摘要:本文結(jié)合華能秦嶺電廠吸風(fēng)機送風(fēng)機的變頻改造項目，對高壓變頻器在火力發(fā)電廠的應(yīng)用進行了分析。高壓變頻器不僅可以達到節(jié)能明顯的目的，更主要是風(fēng)機調(diào)節(jié)性能好，同時也改善了風(fēng)機和電動機啟動工況，延長了設(shè)備的使用壽命。
關(guān)鍵詞: 吸風(fēng)機、節(jié)能、變頻調(diào)速裝置

1、引言
     華能秦嶺發(fā)電有限責(zé)任公司3#~#6鍋爐為直吹式煤粉爐設(shè)計出力為220MW，采用平衡通風(fēng)法，鍋爐配有兩臺吸風(fēng)機YC3552吸風(fēng)機，額定風(fēng)量1452116m3/h、全壓為5600Pa，配用Y2240-6/1430型電動機，額定功率2240kW、額定電壓6kV、額定電流271A，電機無調(diào)速裝置，靠改變風(fēng)機擋板開度來調(diào)節(jié)風(fēng)量；兩臺送風(fēng)機型號G4-73-11NO29.5D額定風(fēng)量649000m3/h、全壓為6693Pa，電動機型號YLB173/41-8/10，額定功率1250kW、額定電壓6kV、額定電144A，電機無調(diào)速裝置，靠改變風(fēng)機擋板開度來調(diào)節(jié)風(fēng)量。

3#鍋爐風(fēng)機額定參數(shù)：

送風(fēng)機和電機的額定參數(shù):

     發(fā)電廠的發(fā)電負荷一般在60%-100%之間變化，發(fā)電機輸出功率變化，鍋爐處理也要相應(yīng)調(diào)整，鍋爐的送風(fēng)量、吸風(fēng)量相應(yīng)變化，吸風(fēng)機出力調(diào)整采用通過改變風(fēng)機的擋板調(diào)節(jié)，用風(fēng)門擋板調(diào)節(jié)截流損耗很大，尤其在鍋爐低負荷時，風(fēng)機還可能產(chǎn)生喘振，異步電動機在啟動時啟動電流一般達到電機額定電流的8-10倍，對廠用電形成沖擊，同時強大的沖擊轉(zhuǎn)矩對電機和風(fēng)機的使用壽命存在很大不利影響。當(dāng)風(fēng)機轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時，其運行效率變化不大，其流量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，當(dāng)風(fēng)機轉(zhuǎn)速降低后，其軸功率隨轉(zhuǎn)速的三次方降低，驅(qū)動風(fēng)機的電機所需的電功率亦可相應(yīng)降低，所以調(diào)速是風(fēng)機節(jié)能的重要途徑。采用變頻調(diào)速后可以實現(xiàn)對吸風(fēng)機電機轉(zhuǎn)速的線性調(diào)節(jié)，通過改變電動機轉(zhuǎn)速使?fàn)t膛負壓、鍋爐氧量等指標(biāo)與吸風(fēng)機風(fēng)量維持一定的關(guān)系。
     由于目前吸風(fēng)機風(fēng)量調(diào)節(jié)方式不能很好的滿足鍋爐燃燒能力及穩(wěn)定性運行需要，所以有必要對吸風(fēng)機進行節(jié)能和調(diào)節(jié)性能改造，來滿足機組整體調(diào)節(jié)性能需要。
　　變頻調(diào)速裝置可以優(yōu)化電動機的運行狀態(tài)，大大提高其運行效率，達到節(jié)能目的。過去受價格、可靠性以及容量等因素的限制，在我國火力發(fā)電市場上一直未能得到更廣泛的應(yīng)用。近年來，隨著電力電子器件、控制理論和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，變頻器的價格不斷下降，可靠性不斷增強，高壓大容量變頻器已經(jīng)在發(fā)電廠輔機中得到廣泛應(yīng)用。
     本次我廠3#鍋爐的吸風(fēng)機和送上采用了四套高壓變頻裝置，利用變頻器來改變電動機的轉(zhuǎn)速，以此來調(diào)節(jié)吸風(fēng)機和送風(fēng)機的風(fēng)量和風(fēng)壓。按目前電廠3＃鍋爐兩臺吸風(fēng)機運行實際情況，在機組滿發(fā)的情況下，吸風(fēng)機運行電流為153A左右，送風(fēng)機運行電流只有102A左右，為了保證高壓變頻器足夠的余量，我們按照電機額定電流來考慮，最終選定的吸風(fēng)機高壓變頻器型號為SH-HVF-Y6K/2240、送風(fēng)機該高壓變頻器高壓變頻器型號為SH-HVF-Y6K/1250為湖北三環(huán)發(fā)展股份有限公司制造，屬于系列電壓源型全數(shù)字控制變頻器，為高-高方式、采用H橋串聯(lián)方案。

2、風(fēng)機運行節(jié)能分析
    按照流體機械的相似定律，風(fēng)機、水泵的流量Q、壓頭(揚程)H、軸功率P與轉(zhuǎn)速n之間有如下比例關(guān)系：

     離心式風(fēng)機在變速調(diào)節(jié)的 過程中，如果不考慮管道系統(tǒng)阻力R的影響，且風(fēng)壓H隨流量Q成平方規(guī)律變化，則風(fēng)機的效率可在一定的范圍內(nèi)保持最高效率不變(只有在負荷率低于80％時才略有下降)。圖l示出了離心式風(fēng)機不同調(diào)節(jié)方式耗電特性比較情況，

      圖2示出了采用調(diào)節(jié)門調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方式時風(fēng)機的效率與流量曲線圖。

      由圖2可知：在風(fēng)機的風(fēng)量由100％下降到50％時，變速調(diào)節(jié)與風(fēng)門調(diào)節(jié)方式相比，風(fēng)機的效率平均高出30％以上。因而，從節(jié)能的觀點看，變速調(diào)節(jié)方式為最佳調(diào)節(jié)方式。

通過以上公式我們可以得出以下結(jié)論：
    當(dāng)鍋爐負荷一定時，若風(fēng)機系統(tǒng)的漏風(fēng)率一定，風(fēng)機效率、電機效率、傳遞效率基本不變時，系統(tǒng)的控制效率越高，電機所消耗的電功率越小。風(fēng)機系統(tǒng)由原來的風(fēng)門擋板調(diào)節(jié)改為變頻調(diào)節(jié)，系統(tǒng)的 ：控制效率得到顯著提高。

3、改造方案確定
3．1主回路設(shè)計
    為了充分保證系統(tǒng)的可靠性，變頻器同時加裝工頻旁路裝置。變頻器異常時，變頻器不能正常運行，電機可以手動切換到工頻運行狀態(tài)下運行，以保證生產(chǎn)的需要；其原理圖如下：

    QF為甲方側(cè)高壓開關(guān)柜，由甲方提供；QS1、QS2、QS3由乙方與變頻器配套提供。高壓電源經(jīng)用戶開關(guān)柜高壓開關(guān)QF到刀閘柜，經(jīng)輸入刀閘QS1到高壓變頻裝置，變頻裝置輸出經(jīng)出線刀閘QS2送至電動機；高壓電源還可經(jīng)旁路刀閘QS3直接起動電動機。進出線刀閘QS1、QS2和旁路刀閘QS3的作用是：一旦變頻裝置出現(xiàn)故障，即可馬上斷開出線刀閘QS2，再斷進線刀閘QS1，將變頻裝置隔離，手動合旁路刀閘QS3，在工頻電源下起動電機運行。QS1、QS2、QS3安裝在一個刀閘柜中與變頻裝置配套供貨。QS2與QS3之間通過機械閉鎖，防止誤操作。電機及用戶側(cè)高壓斷路器QF保留甲方原有設(shè)備。

3.2、控制方式
A：鍋爐吸風(fēng)機以壓力為控制對象的閉環(huán)控制，根據(jù)鍋爐負荷，維持鍋爐壓力在—50Pa左右，以輸入的4～20mA模擬量值為控制依據(jù)，實現(xiàn)自動控制
b: 鍋爐送風(fēng)機實現(xiàn)開環(huán)控制，根據(jù)鍋爐負荷和尾氣中的含氧量，
以上三種控制方式用戶可通過人機界面（觸摸屏）設(shè)置，滿足不同的工況要求
3.3對外接口
變頻調(diào)速系統(tǒng)進入甲方現(xiàn)有控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)情況，按設(shè)定程序?qū)崿F(xiàn)電機轉(zhuǎn)速控制。
3.3.1、調(diào)速裝置提供的數(shù)字量輸出

以上所有數(shù)字量采用無源節(jié)點輸出，節(jié)點容量均為AC220V/5A。
3.3.2、調(diào)速裝置可提供的模擬量輸出

調(diào)速裝置可以提供兩路4～20mA的電流源輸出，帶負載能力均為250Ω
3.3.3、調(diào)速裝置所需求的數(shù)字量輸入

以上信號由遠端甲方來的控制信號，要求提供的信號點為干接點
3.3.4、調(diào)速裝置所需求的模擬量輸入

4、鍋爐控制邏輯改造
    在送風(fēng)機高壓變頻改造造試運行行期間，由于對高壓變頻器主控芯片虛焊故障后使高壓斷路器跳閘，由于運行經(jīng)驗不足，造成了鍋爐MFT動作，為此我們和高壓變頻器制造廠家湖北三環(huán)發(fā)展股份有限公司和DSC廠家共同研究后，對控制系統(tǒng)作了如下更改：

吸風(fēng)機系統(tǒng)
    鍋爐的協(xié)調(diào)控制正常運行時通常采用鍋跟機的運行方式，一旦一側(cè)吸風(fēng)機高壓變頻器因故障跳閘，則DCS控制系統(tǒng)
(1)、RB動作報警信號發(fā)出；
(2)、給粉機依次以18s間隔自動停運，給粉機停運后相應(yīng)一次風(fēng)門關(guān)至0%；
(3)、A(或B)吸風(fēng)機高壓變頻器逐漸升到50Hz，并使電機運行電流小于額定電流，若吸風(fēng)機電流接近額定電流，則吸風(fēng)機高壓變頻器輸出頻率應(yīng)適當(dāng)降低。送風(fēng)機高壓變頻器自動強降頻率10%，一次風(fēng)擋板自動調(diào)節(jié)；
(4)、 DEH自動以目標(biāo)值100%降到80%、減負荷速率30MW/min動作；
送風(fēng)機系統(tǒng)

5、變頻改造效果
5.1、吸風(fēng)機送發(fā)風(fēng)機高壓變頻改造前后運行運行參數(shù)對比
現(xiàn)以3#鍋爐為例進行分析
5.2、風(fēng)機變頻改造后頻運行參數(shù)

      在機組負荷率基本相同的情況下，吸風(fēng)機工頻運行平均功率為1350KW,變頻運行時平均功率1150KW; 送風(fēng)機工頻運行平均功率為900KW,變頻運行時平均功率525KW;單臺吸風(fēng)機（2240kW/6kV）節(jié)能率15%，年節(jié)約電量約144萬kWh，如上網(wǎng)計算電費為0.4元/kWh、年節(jié)約電費約58萬元，吸風(fēng)機高壓變頻器改造簡單回收期不超過3年。單臺送風(fēng)機（1250kW/6kV）節(jié)能率42%，年節(jié)約電量約270萬kWh，年節(jié)約電費約108萬元，簡單回收期不超過2年；吸風(fēng)機和送風(fēng)機變頻器改造后廠用電率下降約0.5%，節(jié)電效果顯著。

6、間接效益
6.1、變頻改造后，實現(xiàn)電機軟啟動，啟動電流小于額定電流值，啟動更平滑。
6.2、電機以及負載轉(zhuǎn)速下降，系統(tǒng)效率得到提高，取得節(jié)能效果。大大減少了對設(shè)備的維護量，節(jié)約了人力物力資源。
6.3、由于電機以及負載采用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)后，工作特性改變，設(shè)備工況得到改善，延長設(shè)備使用壽命。
6.4、功率因數(shù)由原來的0.85左右提高到0.95以上，不僅省去了功率因數(shù)補償裝置，而且減少了線路損耗。
6.5、廠房設(shè)備噪聲污染將降低。
6.6、能提高整個系統(tǒng)的自動化水平和工藝水平。
6.7、節(jié)能減排，減少了溫室氣體的排放，保護了環(huán)境。
6.8、負載改變頻后，由于變頻器采用單元串聯(lián)移相技術(shù)，因此在理論上可以消除35次以下諧波。由于實際制造工藝的限制，網(wǎng)側(cè)電壓諧波總含量可以控制在2％以內(nèi)，電流諧波總含量小于2％。延長了電機的使用壽命。
6.9、變頻輸出采用PWM技術(shù)控制，輸出電壓波形基本接近正弦波，諧波總含量小于2％，上述指標(biāo)均滿足IEEE-519國際電能質(zhì)量諧波標(biāo)準(zhǔn)要求。延長了電機的使用壽命。

7、結(jié)束語
　　綜上所述，變頻裝置在電廠應(yīng)用大有作為，是今后的技術(shù)發(fā)展方向，不僅是節(jié)能明顯，更主要是調(diào)節(jié)性能好，同時也改善了風(fēng)機和電動機的使用壽命。隨著高科技技術(shù)發(fā)展趨勢，制造成本不斷下降，新的產(chǎn)品不斷問世，大大簡化了裝置的結(jié)構(gòu)，減少了元器件，提高了變頻裝置的可靠性。但在吸風(fēng)機和送風(fēng)機的改造過程中應(yīng)注意高壓變頻器的故障情況下的快速減負荷邏輯，為了提高高壓變頻器的可靠性應(yīng)注意高壓變頻器的通風(fēng)散熱。

參考文獻
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