高壓變頻調(diào)速技術(shù)在發(fā)電廠300?MW機(jī)組中的節(jié)能應(yīng)用

沈葳蕤

[摘 ? ?要]高壓變頻調(diào)速技術(shù)在發(fā)電廠中應(yīng)用較為廣泛，尤其是在發(fā)電廠風(fēng)機(jī)與水泵設(shè)備上應(yīng)用高壓變頻調(diào)速技術(shù)，能夠有效調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)和水泵的運(yùn)行速度。在發(fā)電廠中，風(fēng)機(jī)與水泵的用電量最大，如果風(fēng)機(jī)和水泵的運(yùn)行效率不高，很容易造成嚴(yán)重的電能浪費(fèi)。應(yīng)用高壓變頻調(diào)速技術(shù)能夠有效提高風(fēng)機(jī)和水泵的運(yùn)行效率。本文對(duì)高壓變頻調(diào)速技術(shù)在發(fā)電廠節(jié)能方面的應(yīng)用情況進(jìn)行了分析，以供參考。

[關(guān)鍵詞]高壓變頻調(diào)速技術(shù);300 MW;風(fēng)機(jī);水泵;應(yīng)用

[中圖分類(lèi)號(hào)]TM921.51 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2020）05–00–03

Energy-saving Application of High Voltage Frequency Conversion Speed

Regulation Technology in 300 MW Units of Power Plant

Shen Wei-rui

[Abstract]High-voltage frequency conversion speed regulation technology is widely used in power plants， especially the application of high-voltage frequency conversion speed regulation technology to power plant fans and pumps， which can effectively adjust the operating speed of fans and pumps.In power plants， fans and pumps consume the largest amount of electricity.If the operation efficiency of fans and pumps is not high， it is easy to cause serious power waste.Application of high-voltage frequency conversion speed regulation technology can effectively improve the operating efficiency of fans and pumps.This article analyzes the application of high-voltage frequency conversion speed regulation technology in power plant energy saving for reference.

[Keywords]high voltage frequency conversion speed regulation technology; 300 MW; fan; water pump; application

本文以火力發(fā)電廠中300 MW機(jī)組為例，對(duì)相應(yīng)的風(fēng)機(jī)與水泵用電消耗情況，以及高壓變頻調(diào)速技術(shù)在風(fēng)機(jī)和水泵中的節(jié)能應(yīng)用情況進(jìn)行分析[1]。當(dāng)前，高壓變頻調(diào)速技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用較為廣泛，尤其是發(fā)電廠，為提升風(fēng)機(jī)與水泵的運(yùn)行效率，減少用電消耗，就需要采用高壓變頻調(diào)速技術(shù)[2]。在具體應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)變頻調(diào)速原理，結(jié)合風(fēng)機(jī)與水泵的具體情況，合理應(yīng)用高壓變頻調(diào)速技術(shù)。

1 ?變頻調(diào)速器

變頻調(diào)速器生產(chǎn)過(guò)程中，充分結(jié)合了計(jì)算機(jī)信息技術(shù)，在工業(yè)設(shè)備中有著較為廣泛的應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)不斷更新，相應(yīng)的體積不斷變小，重量在減輕的同時(shí)，其性能不斷增強(qiáng)，在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用[3]。以發(fā)電廠為例，變頻調(diào)速器在風(fēng)機(jī)和水泵應(yīng)用較多，通過(guò)對(duì)變頻調(diào)速器的使用，可以有效提升風(fēng)機(jī)和水泵的運(yùn)行效率。隨著變頻調(diào)速器的不斷發(fā)展，在電力行業(yè)中的應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大，相應(yīng)的性能不斷完善，人們對(duì)變頻調(diào)速器也更加重視起來(lái)。

2 ?高壓變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 ?行業(yè)應(yīng)用

從目前行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀看，高壓變頻器主要被應(yīng)用于基礎(chǔ)工業(yè)領(lǐng)域與重工業(yè)領(lǐng)域中，在一些輕工業(yè)領(lǐng)域中，一部分情況下也會(huì)應(yīng)用到高壓變頻器。

2.2 ?技術(shù)需求

從當(dāng)前對(duì)高壓變頻調(diào)速技術(shù)的需求情況看，這一技術(shù)更多的被應(yīng)用在節(jié)能節(jié)電設(shè)備設(shè)施上。利用高壓變頻調(diào)速技術(shù)能夠有效改善發(fā)電廠風(fēng)機(jī)與水泵的負(fù)載量，從而能夠有效實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)壓力與流量的調(diào)節(jié)控制作用，進(jìn)而保證相關(guān)設(shè)備運(yùn)行更加節(jié)能[4]。同時(shí)，在一些工廠中，在皮帶機(jī)與提升機(jī)等相關(guān)設(shè)備領(lǐng)域上，同樣可以通過(guò)應(yīng)用高壓變頻調(diào)速技術(shù)來(lái)對(duì)相應(yīng)的負(fù)載情況進(jìn)行控制，進(jìn)而保證相應(yīng)設(shè)備的節(jié)能運(yùn)行。

2.3 ?產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

高壓變頻器的產(chǎn)品拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及技術(shù)發(fā)展路線情況顯示，當(dāng)前高壓變頻器相關(guān)產(chǎn)品還是更多的被應(yīng)用于兩象限的通用產(chǎn)品之中，技術(shù)發(fā)展則偏向于單元串聯(lián)。目前，變頻器結(jié)構(gòu)大多以四象限三電平能量回饋性結(jié)構(gòu)為主，我國(guó)相應(yīng)的變頻器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中也有部分產(chǎn)品運(yùn)用到多電平能量回饋結(jié)構(gòu)中相應(yīng)的單元串聯(lián)。有些高壓變頻器產(chǎn)品的用途相對(duì)比較特殊，這類(lèi)較為特殊的變頻器結(jié)構(gòu)主要有交一交結(jié)構(gòu)以及電流源型結(jié)構(gòu)等，與一般的高壓變頻器產(chǎn)品相比，這些高壓變頻器的應(yīng)用領(lǐng)域較少，有著很強(qiáng)的針對(duì)性。

3 ?高壓變頻調(diào)速技術(shù)節(jié)能控制原理

電能生產(chǎn)過(guò)程中，輔機(jī)系統(tǒng)主要的生產(chǎn)過(guò)程中的流量、壓力、液壓以及溫度等數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)格的控制。通常輔機(jī)系統(tǒng)所采用的控制方案，主要是對(duì)閥門(mén)以及擋板等開(kāi)度設(shè)備和機(jī)械設(shè)備進(jìn)行控制，在此基礎(chǔ)上來(lái)調(diào)節(jié)相應(yīng)特性參數(shù)的定量。在這一控制方案操作過(guò)程中，通常會(huì)出現(xiàn)較為顯著的節(jié)流損失問(wèn)題[5]。另外，輔機(jī)電機(jī)的運(yùn)行一般都會(huì)長(zhǎng)時(shí)間處于一個(gè)工頻運(yùn)行，但在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中，通常輔機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行都處于非滿(mǎn)負(fù)荷狀態(tài)，因此相應(yīng)的電能資源形成很大的浪費(fèi)。

應(yīng)用高壓變頻調(diào)速技術(shù)能夠有效實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果，在應(yīng)用過(guò)程中，結(jié)合輔機(jī)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況，對(duì)其相關(guān)工藝參數(shù)進(jìn)行合理的利用，可以有效控制電機(jī)輸入的電源頻率，進(jìn)而保證輔機(jī)系統(tǒng)輸出、輸入系統(tǒng)的有效平衡，并能夠?qū)ζ胶馇闆r實(shí)現(xiàn)有力控制，進(jìn)而保障相應(yīng)電能資源的高效利用，從而避免節(jié)流損失問(wèn)題的發(fā)展，更好的控制實(shí)現(xiàn)節(jié)能較好目標(biāo)。同時(shí)，通過(guò)采用合理的變頻調(diào)速控制方案，還能有效控制起動(dòng)電流，進(jìn)而使得輔機(jī)系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程中，更好的控制好廠用電系統(tǒng)沖擊問(wèn)題，還能有效延長(zhǎng)輔機(jī)系統(tǒng)的使用時(shí)長(zhǎng)。

結(jié)合相關(guān)理論，對(duì)相應(yīng)的風(fēng)機(jī)和水泵轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，相應(yīng)的性能調(diào)節(jié)曲線見(jiàn)圖1。從n1調(diào)整到n2時(shí)，相應(yīng)的能量，其轉(zhuǎn)換效率所呈現(xiàn)的是持續(xù)不變的狀態(tài)，結(jié)合功率（N）、揚(yáng)程（H）、相應(yīng)流量（Q），就能夠根據(jù)公式計(jì)算出相應(yīng)的改變，具體公式如下：

（1）

圖1 改變水泵或風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)性能曲線

利用這一公式，就能夠按照水泵與風(fēng)機(jī)相應(yīng)的特性，來(lái)對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)。結(jié)合式（1），對(duì)圖1進(jìn)行分析，可以看出所采取的調(diào)節(jié)方案中，通過(guò)常規(guī)閥門(mén)調(diào)節(jié)或者是擋板變流調(diào)節(jié)，電機(jī)處于一個(gè)額定轉(zhuǎn)速進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，相應(yīng)的管阻特性能夠在閥門(mén)全開(kāi)到關(guān)小這一過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)對(duì)揚(yáng)程和流量等設(shè)備參數(shù)的有效控制。

利用面積估算方法，可以大概了解相應(yīng)的電能消耗情況。在調(diào)節(jié)流量條件相同時(shí)，從Q1到Q2的轉(zhuǎn)變過(guò)程中，常規(guī)閥門(mén)與擋板變流調(diào)節(jié)的電能消耗量為OQ2BH?2，采用變頻調(diào)速節(jié)能控制方案后，相應(yīng)的電能消耗量則為OQ2CH2。

根據(jù)相應(yīng)的分析結(jié)果，變頻調(diào)速控制相應(yīng)的功率要遠(yuǎn)低于節(jié)流控制軸功率，且相應(yīng)的風(fēng)機(jī)或者水泵的電機(jī)推動(dòng)系統(tǒng)理論能夠讓相應(yīng)的電能資源H2CBH?2實(shí)現(xiàn)有效節(jié)能。根據(jù)相應(yīng)的電機(jī)學(xué)知識(shí)內(nèi)容可以了解，風(fēng)機(jī)或者是水泵電機(jī)的生產(chǎn)轉(zhuǎn)矩以及相應(yīng)的電機(jī)輸入電源，相應(yīng)的頻率（f）、磁極對(duì)數(shù)（p）以及轉(zhuǎn)差率（s）這三個(gè)參數(shù)之間存在直接的關(guān)系，相應(yīng)的關(guān)系式為：

（2）

從式（2）可以看出，電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)整只要改變相應(yīng)的磁極和電機(jī)轉(zhuǎn)差率就可實(shí)現(xiàn)，能夠在很大程度上實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)的電機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。但在實(shí)際調(diào)整過(guò)程中，其可行性與靈活性還是比較差。當(dāng)前，經(jīng)過(guò)多年研究，電機(jī)輸入電源頻率改變相應(yīng)的成果已經(jīng)有了突破性的進(jìn)展，同時(shí)，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程匯總也有著較為成熟的經(jīng)驗(yàn)[6]。簡(jiǎn)單來(lái)講，在風(fēng)機(jī)和水泵的電解節(jié)能改造過(guò)程中，應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)就能夠有效控制電機(jī)輸入電源頻率，進(jìn)而有效調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)而充分保障動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電流改造的有效實(shí)現(xiàn)。

4 ?高壓變頻調(diào)速技術(shù)在發(fā)電廠節(jié)能方面的應(yīng)用

4.1 ?在風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用

風(fēng)機(jī)作為發(fā)電廠中重要的輔助設(shè)備之一，以火力發(fā)電機(jī)為例，在鍋爐中的送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)或排粉風(fēng)機(jī)和煙氣再循環(huán)風(fēng)機(jī)這幾種風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，所消耗的電量能夠達(dá)到整個(gè)機(jī)組相應(yīng)發(fā)電量的2%。且電站鍋爐風(fēng)機(jī)相應(yīng)的容量會(huì)隨著發(fā)電機(jī)組容量的不斷提高而增大。因此，為有效降低發(fā)電廠用電率，就需要不斷提高風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率[7]。在火力發(fā)電廠運(yùn)行過(guò)程中，送風(fēng)機(jī)作為輔機(jī)設(shè)備，主要是給鍋爐提供氧氣，引風(fēng)機(jī)則是將鍋爐高溫?zé)煔膺M(jìn)行除塵后排出的設(shè)備，這兩個(gè)設(shè)備是電站鍋爐中的主要輔機(jī)設(shè)備。

通常，300 MW機(jī)組所采用的是動(dòng)葉可調(diào)的送風(fēng)機(jī)（1800 kW）兩臺(tái)以及靜葉可調(diào)的引風(fēng)機(jī)（2200 kW）兩臺(tái)。送風(fēng)機(jī)能夠有效保障風(fēng)煤配比，可以對(duì)燃燒所需的灰粉可燃物與煙氣含氧量相應(yīng)的比例進(jìn)行有效控制，引風(fēng)機(jī)則能夠穩(wěn)定鍋爐膛負(fù)壓情況。針對(duì)機(jī)組負(fù)荷變化情況，應(yīng)當(dāng)確保送、吸風(fēng)量與煤粉量的靈活調(diào)整，以此來(lái)確保鍋爐燃燒以及負(fù)壓的穩(wěn)定[8]。300 MW機(jī)組要實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)量的有效調(diào)節(jié)，需要對(duì)相應(yīng)的動(dòng)、靜葉進(jìn)行調(diào)節(jié)，在調(diào)節(jié)過(guò)程中相應(yīng)的節(jié)流損耗會(huì)出于20%額定容量左右。但應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，可以有效消除風(fēng)門(mén)與葉片的節(jié)流損耗問(wèn)清。

4.2 ?在水泵中的應(yīng)用

在300 MW機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，相應(yīng)的除氧器壓力會(huì)根據(jù)機(jī)組負(fù)荷情況而變化，在66～300 MW范圍內(nèi)，相應(yīng)的滑壓為0.15～0.8 MPa。水泵的轉(zhuǎn)速越高，尤其是在滿(mǎn)負(fù)荷轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)是，水的溫度很容易達(dá)到飽和溫度，進(jìn)而被汽化，從而造成汽蝕[9]。通過(guò)對(duì)水泵變頻調(diào)節(jié)改造，可以有效提高水泵的抗汽蝕能力。在火力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中，相應(yīng)的水泵包括循環(huán)水泵、凝結(jié)水泵以及鍋爐給水泵，還有包括熱網(wǎng)水泵、消防水泵、生活水泵、補(bǔ)給水泵、射水泵、冷卻水泵、灰漿泵、除鹽水泵、清水泵、低壓加熱器疏水泵、過(guò)濾器反洗泵以及軸封水泵等。發(fā)電廠水泵數(shù)量較多，在電力生產(chǎn)過(guò)程中，所消耗的電量在整個(gè)電廠用電量中占很大一部分比例，是火力發(fā)電廠中耗電量最大的一類(lèi)輔機(jī)。因此，要實(shí)現(xiàn)發(fā)電廠的節(jié)能生產(chǎn)，就一定要提高水泵的運(yùn)行效率[10]。應(yīng)用高壓變頻調(diào)速技術(shù)，對(duì)水泵轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整控制，可以有效提高水泵運(yùn)行效率，同時(shí)，還能降低水泵汽蝕發(fā)生概率，延長(zhǎng)水泵使用時(shí)間。

5 ?結(jié)語(yǔ)

在發(fā)電廠的風(fēng)機(jī)與水泵中應(yīng)用高壓變頻調(diào)速技術(shù)，能夠有效保障相應(yīng)設(shè)備的安全可靠運(yùn)行，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)節(jié)能效果與經(jīng)濟(jì)效益的有效提升。在發(fā)電廠電力生產(chǎn)過(guò)程中，風(fēng)機(jī)與水泵作為主要的電量消耗設(shè)備，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)高壓變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用，才能有效減少發(fā)電廠發(fā)電能耗與成本，進(jìn)而提升發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)效益，提高發(fā)電廠的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，因此，應(yīng)當(dāng)大力推廣高壓變頻調(diào)速技術(shù)。

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