600 MW火電機組引風機變頻改造及節能分析

趙云凱

(山西平朔煤矸石發電有限責任公司，山西 朔州 036800)

0 引 言

隨著中國工業經濟的迅猛發展，高能耗和環境污染問題逐漸加劇。為了有效解決該問題，國家出臺了一系列的節能減排政策，指導工業經濟的發展方向，提倡“綠水青山就是金山銀山”。而所有工業經濟的發展，都離不開電力的支撐，隨著電力技術的更新迭代，老舊機組的能耗和環境污染問題逐漸突出，亟待解決[1-2]。

在現有的發電方式中，煤電機組依然是最主要的發電方式，根據中電聯2020年發布的全國電力工業統計快報來看，火電機組以50 450億kW·h占據了2019年全國發電量的68.87%。一般火力發電機組的廠用電占發電量的4%～7%，拖動水泵、風機等輔機的廠用電動機的耗電量占廠用電的80%左右，電廠高耗電設備運行時間長，且隨著發電負荷率的降低，這些設備常處于低負荷或變負荷的工況狀態，偏離設備的設計工況，運行效率降低，電能浪費嚴重。因此，對電廠進行節能研究具有很大的研究價值和理論意義。

電廠進行節能減排的工作重心主要是解決風機、水泵等輔機設備的能源消耗問題[3]。目前火電廠對引風機的節能主要通過節流擋板調節和動靜葉調節，兩者的節能效果顯著，但是設備構造復雜，運行中對風機的磨損也較為嚴重，相比較而言，變頻調節的節能效果更加明顯[4]。該文以某2臺600 MW超臨界火電機組作為改造對象進行超低排放改造，并對配套引風機進行變頻改造。將原系統中引風機、增壓風機單列改為引增合一，引風機采用變頻調速加靜葉調節模式，并對引風機變頻調速節能效果和效益進行分析。

1 引風機的變頻改造方案

1.1 引風機的作用

引風機是鍋爐煙氣系統中的主要設備之一。煤炭經磨煤機磨到要求的粒度后，送入鍋爐爐膛燃燒，產生的煙氣攜帶熱能，與水冷壁中的循環水進行熱量交換，帶著熱能的水變為蒸汽，驅動汽輪機發電。在整個燃燒過程中，換熱后的熱煙氣中含有大量粉塵，需要引風機將其送入后續流程繼續進行余熱利用，引風機要克服煙氣流動的系統阻力，保持爐膛內一直處于負壓狀態[4]。

1.2 改造方案

此次針對3號、4號機組4臺引風機進行變頻改造，將原有系統中“引風機+增壓風機”模式改造為“引增合一模式”，采用合同能源管理模式進行，改造工程歷時5個月。引風機變頻改造采用一拖一手動旁路柜方案，如圖1所示。

圖1 變頻改造方案圖

改造方案是由3個高壓隔離開關QS41、QS42、QS43和高壓開關QF、電動機M組成。要求QS42和QS43之間存在機械互鎖邏輯，不能同時閉合。變頻運行時，QS43斷開，QS41和QS42閉合；工頻運行時，QS41和QS42斷開，QS43閉合。高壓開關QF、電動機M為現場原有設備。對于設備配套的相應高壓變頻器，此技術方案采用的變頻器由若干個低壓PWM變頻功率單元串聯的方式實現直接高壓輸出。變頻器具有對電網諧波污染極小，輸入功率因數高，輸出波形質量好，不存在諧波引起的電機附加發熱、轉矩脈動、噪音、dv/dt及共模電壓等問題的特性，不必加輸出濾波器，就可以使用普通的異步電機，不需要更換電機。

引風機變頻器受分布式控制系統(distributed control system, DCS)控制時分自動和手動兩種方式。手動狀態時，運行人員通過改變DCS操作畫面控制變頻器轉速，實現工藝的調節。自動控制時，正常情況下，變頻風機作為運行風機長期運轉，調節器發出風門全開指令，由變頻器接受遠程調節器的自動轉速控制信號，調整風機轉速滿足機組不同負荷的要求。當變頻器故障跳閘時，經判斷為變頻器內部故障，而引風機、電機均正常的情況下，可以手動切換到工頻狀態，最大可能的降低變頻跳閘后工頻運行對系統的影響。

2 改造效果

2.1 引風機節能

1)節能效果理論計算

根據近幾年機組的運行情況，機組全年負荷率保持在65%～71%之間，風機轉速降低到額定轉速的80%，在計算中取平均負荷率為68%，由此可得出工頻運行時電動機的有功功率為

P1=6 850×68%=4 658 kW

根據流體力學原理:

式中：n1為變頻轉速；n2為額定轉速。可得變頻運行工況下實際消耗的有功功率：

P2=6 850×0.83=3 507.2 kW

變頻運行時，電動機的有功功率為

式中：λ1為變頻效率；λ2為傳動效率。

理論節電率為

2)實際節能效果計算

經過引風機變頻改造后，引風機電機功率核定為6 850 kW，根據經驗數據，工頻運轉電機平均功率約為電機額定功率的60%，即：

P工頻=6 850×0.6=4 110 kW

經統計從3月至5月共73天的數據可得，火電機組兩臺引風機耗電量為1 212.39萬kW·h，單臺電機變頻模式平均功率折算如下：

節電率:

變頻器改造后的節能效率與理論計算值接近。

2.2 經濟效益及社會效益

引風機變頻改造后單臺電機每小時節能量為650 kW·h，3號機組全年運行5 020 h，2臺電機節能量為652.6萬kW·h。4號機組全年運行3 390 h，節能量為440.7萬kW·h，2臺機組全年節能量為1 093.3萬kW·h。依照每節約l kW·h電能，對應減少0.35 kg標準煤的燃燒利用，同時減少污染物的排放：減排粉塵0.272 kg、CO20.997 kg、SO20.03 kg、NOX0.015 kg。由此可以計算出，3號、4號機組引風機變頻改造后，2臺機組全年節能減排的社會效益如下：節約標準煤4 373.2 t、減排粉塵2 973 t、減排CO210 900 t、減排SO2328 t、減排NOX164 t。

此次引風機變頻改造在超低排放改造期間進行，在超低排放改造增加系統阻力和增加用電設備的情況下，廠用電指標不超設計值。引風機變頻改造不僅為廠內經濟運行提供了助力，同時為社會的環保減排作出了一定的貢獻。

3 結 語

火電機組經過引風機變頻改造后，節能效果明顯，改善了機組的調節性能，減小了機械的磨損程度，同時也很大程度上減少了煤的用量和污染物的排放，有利于解決當前能源不足和環境污染等問題，為同類火電機組節能改造提供一定的理論和指導意義。