垃圾焚燒發(fā)電廠電氣設(shè)計(jì)中的節(jié)能措施

林士穎

(中國五洲工程設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，北京 100053)

0 引言

生活垃圾焚燒發(fā)電的過程需要消耗大量的電能，如何降低這部分能耗，非常值得研究與探討。本文僅就電氣節(jié)能方面提出一些看法與措施。

1 垃圾焚燒發(fā)電的節(jié)能措施

1.1 設(shè)置變頻器

大容量電動(dòng)機(jī)，如引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)、空壓機(jī)、給水泵、凝結(jié)水泵、循環(huán)水泵等設(shè)備運(yùn)行在低負(fù)荷狀態(tài)時(shí)，若不采取措施，極易造成能源浪費(fèi)。目前大多項(xiàng)目依靠電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)節(jié)能，在眾多調(diào)速方式中，變頻調(diào)速是應(yīng)用最為高效且廣泛的。

(1)風(fēng)量Q、風(fēng)壓H、軸功率P與轉(zhuǎn)速n的關(guān)系

當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由n1變?yōu)閚2時(shí)，風(fēng)量Q1/Q2=n1/n2；風(fēng)壓H1/H2=(n1/n2)2；軸功率P1/P2=(n1/n2)3。以上可見，如果通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速由n1改變?yōu)閚2時(shí)，風(fēng)機(jī)的風(fēng)量變化與轉(zhuǎn)速比的一次方成正比；風(fēng)壓變化與轉(zhuǎn)速比的二次方成正比；功率變化與轉(zhuǎn)速比的三次方成正比。

(2)電動(dòng)機(jī)容量計(jì)算

電動(dòng)及容量的計(jì)算公式如式(1)所示：

P=Q×H/(ηT×ηF)×130%

(1)

式中，P為風(fēng)機(jī)馬達(dá)輸出軸功率，W；Q為風(fēng)機(jī)風(fēng)量，L/S；H為風(fēng)機(jī)風(fēng)壓，Kpa；ηT為風(fēng)機(jī)的效率；ηF為傳動(dòng)裝置的效率。

(3)變頻器的節(jié)能原理

變頻器根據(jù)工況來調(diào)整風(fēng)機(jī)或水泵轉(zhuǎn)速，以控制風(fēng)量或水量，滿足運(yùn)行要求。從轉(zhuǎn)速與電機(jī)功率的關(guān)系可以看出，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降時(shí)，電機(jī)功率會(huì)大大下降；另一方面變頻器的調(diào)速范圍為0～100%連續(xù)可調(diào)；在整個(gè)頻率調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)保持在0.95以上，這也加大了電機(jī)的效率。在垃圾焚燒發(fā)電廠內(nèi)使用變頻器，大約可以使廠用電率降低1%～3%。

1.2 正確選擇和配置低壓廠用變壓器

在垃圾焚燒發(fā)電廠電氣設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)負(fù)荷類別、負(fù)荷運(yùn)行方式、設(shè)備位置等進(jìn)行廠用負(fù)荷計(jì)算并合理布置廠用變壓器，明確廠用變壓器的備用方式是采用明備用還是暗備用，正確選擇和配置廠用變壓器的容量和臺(tái)數(shù)。變壓器自身的損耗主要有空載損耗與負(fù)載損耗，空載損耗基本固定不變，負(fù)載損耗與負(fù)載電流的二次方成正比，如公式(2)所示：

ΔP=3I2R

(2)

當(dāng)變壓器運(yùn)行在負(fù)載率為60%～70%時(shí)，變壓器的功率總損耗為最小，即變壓器處于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式。一般情況下低壓廠用變壓器選擇干式變壓器，損耗小，當(dāng)投資允許時(shí)，選擇非晶合金的變壓器更為節(jié)能，而且長(zhǎng)期運(yùn)行費(fèi)用更低。

1.3 開關(guān)站、變配電所接近負(fù)荷中心設(shè)置

廠用10kV(或6kV)開關(guān)站、廠用電400V變配電所按生產(chǎn)區(qū)和工房設(shè)置電源點(diǎn)，就近供電，可以降低供電電壓降落，減短供電半徑，減少線路損耗。

對(duì)于遠(yuǎn)離主工房的生產(chǎn)車間，若設(shè)置了車間變配電所，且廠用變壓器兩臺(tái)互為備用，此時(shí)應(yīng)該采用兩臺(tái)變壓器同時(shí)工作，而不是一臺(tái)工作一臺(tái)備用的方式，因?yàn)閮膳_(tái)變壓器同時(shí)工作，每臺(tái)變壓器的工作電流是總電流的1/2，兩臺(tái)變壓器運(yùn)行的損耗是一臺(tái)運(yùn)行的1/2。

1.4 供配電系統(tǒng)三相平衡

大多數(shù)垃圾焚燒發(fā)電廠低壓廠用變壓器是動(dòng)力和照明共用的，單相用電負(fù)荷(照明、空調(diào)等)占一定比例，在設(shè)計(jì)時(shí)要注意做到三相負(fù)荷分配平衡。否則，會(huì)加大線路損耗，配電變壓器損耗。

1.5 合理選擇導(dǎo)體截面

除了配電裝置的匯流母線以外，對(duì)于全年負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)較大，長(zhǎng)度超過20m的母線，發(fā)電機(jī)到主變壓器和發(fā)電機(jī)到主配電裝置的母線，均應(yīng)按照經(jīng)濟(jì)電流密度選擇。

對(duì)于電流較大的電纜宜按經(jīng)濟(jì)電流密度校驗(yàn)截面。通常按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇時(shí)，比按載流量以及動(dòng)熱穩(wěn)定選擇的電纜截面大1～2級(jí)，雖然線損減少，但初期投資增加。根據(jù)計(jì)算，一般2～4年即可收回投資，而且年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)愈大，回收年限愈短。當(dāng)超過回收年限之后，因損耗減少每年可節(jié)省的費(fèi)用，逐年累計(jì)是十分可觀的。

1.6 采用高效節(jié)能的電動(dòng)機(jī)以及電壓的選擇

廠用交、直流電動(dòng)機(jī)均宜采用效率高、功率因數(shù)高的電動(dòng)機(jī)。目前大多數(shù)垃圾焚燒發(fā)電廠高壓廠用電壓均選擇為10kV時(shí)，而不選擇6kV，主要是因?yàn)楫?dāng)前10kV電動(dòng)機(jī)工藝成熟，價(jià)格下降，與6kV電動(dòng)機(jī)相差不多。而10kV與6kV相比送電功率高、電能損耗小、供電質(zhì)量高、電壓降落小、所需電纜截面小。當(dāng)高壓廠用電壓為10kV時(shí)，250kW以上的電動(dòng)機(jī)可采用10kV，250kW以下的電動(dòng)機(jī)宜采用380V；合理選擇電動(dòng)機(jī)的電壓等級(jí)，可以很好的控制線路電壓降，也可以減小電纜的截面。

對(duì)于單機(jī)容量較大的電動(dòng)機(jī)可以采用雙速電動(dòng)機(jī)(如冷卻塔風(fēng)機(jī))，根據(jù)不同的季節(jié)等工況來決定電機(jī)采用高速或低速運(yùn)行，一般能節(jié)省風(fēng)機(jī)所消耗電能的40%～50%。

1.7 照明的節(jié)能設(shè)計(jì)

垃圾焚燒發(fā)電廠照明設(shè)計(jì)應(yīng)選用單燈功率高、光效高的光源，可選用LED燈、高效熒光燈、高效金鹵燈、電磁感應(yīng)燈等；選用綠色、高效、配光合理、安全的燈具。廠區(qū)道路照明可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況選擇風(fēng)光互補(bǔ)路燈。在焚燒廠房?jī)?nèi)可選LED三防燈；主控樓和綜合樓及其他辦公場(chǎng)所可采用LED格柵燈；一般廠房采用防水防塵LED燈。由此可以達(dá)到既節(jié)能又獲得較好色溫的效果。

對(duì)照明的控制應(yīng)該采取一些有利于節(jié)能的手段。建筑物內(nèi)燈具控制根據(jù)生產(chǎn)要求及自然采光情況分組控制。首先，適當(dāng)?shù)卦O(shè)置照明控制開關(guān)，方便隨時(shí)根據(jù)自然光的情況來決定燈的開關(guān)，在走廊以及樓梯間可采用聲控或微波感應(yīng)等方式來控制燈的明滅。其次，在生產(chǎn)車間內(nèi)可設(shè)計(jì)時(shí)間控制器來根據(jù)天明天黑的時(shí)間來控制照明燈的開關(guān)。

加強(qiáng)照明用電管理也是照明節(jié)電的重要方面。照明節(jié)電管理主要以節(jié)電宣傳教育和建立實(shí)施照明節(jié)電制度為主，使人們養(yǎng)成隨手關(guān)燈的習(xí)慣；對(duì)集體宿舍按戶安裝電度表、限制用電，這些都能有效地降低照明用電量。當(dāng)燈泡積污時(shí)，其光通量可能降到正常光通量的50%以下。燈泡、燈具、玻璃、墻壁不清潔時(shí)，其反射率和透光率也會(huì)大大降低。為了保證燈的發(fā)光效果，應(yīng)根據(jù)照明環(huán)境定期清潔燈泡、燈具和墻壁。當(dāng)燈已出現(xiàn)閃動(dòng)時(shí)，要及時(shí)更換；因?yàn)闅怏w放電燈在啟動(dòng)時(shí)耗電最高，因此需要配置節(jié)能型電子鎮(zhèn)流器，提高氣體放電燈的功率因數(shù)。

1.8 諧波治理

當(dāng)注入電網(wǎng)的諧波超過允許值時(shí)，諧波電流會(huì)使變壓器的銅耗增加、諧波污染會(huì)增加輸電線路的損耗、諧波污染會(huì)增大中性線電流，引起中性點(diǎn)漂移、造成過負(fù)荷發(fā)熱，使損耗增加，降低供電的電能質(zhì)量。諧波污染將會(huì)使電纜的介質(zhì)損耗、輸電損耗增大，泄漏電流上升，溫升增大及干式電纜的局部放電增加，引發(fā)單相接地故障的可能性增加。應(yīng)根據(jù)諧波源的特點(diǎn)采用相應(yīng)的濾波措施，如配備有源濾波器等。

1.9 加強(qiáng)計(jì)量管理

發(fā)電機(jī)、主變壓器、高壓電動(dòng)機(jī)、廠用變壓器、各生產(chǎn)工藝、照明、通風(fēng)空調(diào)等均設(shè)置電能計(jì)量裝置，有效加強(qiáng)發(fā)電及用電的電能管理。根據(jù)各部分的用電情況，制定相應(yīng)的節(jié)能措施，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的。

1.10 太陽能光伏發(fā)電

一般情況下，垃圾焚燒發(fā)電廠均建設(shè)在人跡罕至的地方，此處陽光充足，可在屋面或外墻上安裝太陽能板，形成小型光伏發(fā)電。光伏發(fā)電作為一種新型的、具有廣闊發(fā)展前景的發(fā)電和能源綜合利用方式，倡導(dǎo)就近發(fā)電、就近并網(wǎng)、就近轉(zhuǎn)換、就近使用的原則，因此在垃圾焚燒發(fā)電廠設(shè)置光伏發(fā)電，將其所發(fā)電能用于電廠的照明、空調(diào)、通風(fēng)等，則可以利用太陽能并節(jié)省下垃圾焚燒所產(chǎn)生的電能。

2 結(jié)束語