時間:2008-03-12 16:07:00來源:dujing
圖1 風(fēng)機、水泵的流量功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系[/align]
我國50MW以上機組鍋爐風(fēng)機運行效率普遍很低,效率大約為45—65%。一般來講,使用高壓變頻器后風(fēng)機運行效率將提高20—30%,大約1.5至2年即可以收回改造投資費用。隨著電力行業(yè)改革的不斷深化,廠網(wǎng)分家、競價上網(wǎng)等政策的逐步實施,降低廠用電率、降低發(fā)電成本、提高電價競爭力,已成為各發(fā)電廠努力追求的經(jīng)濟目標。從實際應(yīng)用中可知:火力發(fā)電廠是高壓變頻器的使用大戶,目前西門子、ABB、羅賓康、AB等國外品牌的電力用戶占40%以上。大量的工程實踐證明,推廣變頻技術(shù)可以改善許多生產(chǎn)系統(tǒng)的運行方式,如循環(huán)水、凝結(jié)水系統(tǒng)的流量調(diào)節(jié)控制等,對機組安全經(jīng)濟運行的改善是十分重要的手段。
對于一個300MW的火電機組來講,與每個鍋爐機組配套并且需要進行高壓變頻調(diào)速的設(shè)備主要有:鋼球磨煤機4臺,因機組發(fā)電量和煤質(zhì)的不同,其主電機的功率280kW至1100kW不等,取常見(平均)功率4x560kW,電壓6kV(以下數(shù)據(jù)均取平均值,其工作電壓均為6kV);制粉系統(tǒng)中的排粉風(fēng)機2臺,配套電機功率2~710kW;除灰系統(tǒng)中的灰漿泵3臺(1臺運行,1臺備用,1臺檢修),其電機功率為3x250kW;鍋爐送風(fēng)機2臺,電動機功率2x1000kW;鍋爐引風(fēng)機2臺,電動機功率2x2000kW;鍋爐一次風(fēng)機2臺,電動機功率2x630kW。以上全部負載容量合計11.67MW,占300MW機組額定總發(fā)電量的4%左右。另外,一些機組較多的大型電廠(如4x300MW、600MW、2x600MW等火電廠)還會有循環(huán)水泵(單機容量500kW~2300kW)、凝結(jié)水泵(單機容量560kW~2950kW)、給水泵(單機容量800kW~2300kW)等設(shè)備需要變頻調(diào)速運行,這些設(shè)備通常至少需要兩臺機組互為備用運行。如果將這些設(shè)備的容量按滿負荷進行合算,那么總用電量幾乎等于實際全部廠用電,而實際上這些大型輔機的耗電量占廠用電的80%左右。
目前,只有一部分火電廠對送風(fēng)機、引風(fēng)機進行了高壓變頻改造,少數(shù)電廠對各種水泵及一次風(fēng)機進行了改造,廠內(nèi)擁有10~20臺高壓變頻器。而大多數(shù)的電廠擁有高壓變頻器的數(shù)量不多于5臺,有很多電廠沒有應(yīng)用高壓變頻器。根據(jù)國家電力信息網(wǎng)的數(shù)據(jù),截止至2002年底,全國6MW以上火電機組總計3984臺,裝機總?cè)萘?4446.86萬kW。全國300MW及以上火電機組總計313臺,裝機總?cè)萘窟_110,753.0MW。其中包括300MW機組191臺,裝機總?cè)萘?7,300.0MW;320MW機組7臺,裝機總?cè)萘?,240.0MW;350MW機組44臺,裝機總?cè)萘?5,600.0 MW;600MW機組26臺,裝機總?cè)萘?5,600.OMW。200MW~300MW火電機組總計205臺,裝機總?cè)萘?1,850.0MW。IOOMW一200MW火電機組總計343臺,裝機總?cè)萘?9,798.7MW。如果按照50%的變頻調(diào)速改造計算,需要高壓變頻器4000MW左右。而目前在我國火電廠已經(jīng)應(yīng)用的高壓變頻器數(shù)量為500~600多臺左右,因此高壓變頻器在電力行業(yè)有著廣闊的發(fā)展空間。
1.2冶金行業(yè)應(yīng)用現(xiàn)狀
在鋼鐵廠,一些重要的風(fēng)機、水泵如煉鋼除塵風(fēng)機、高爐除塵風(fēng)機、燒結(jié)余熱風(fēng)機、冷軋氫氣加壓機、鍋爐給水泵等設(shè)備,通常由交流異步電機驅(qū)動。這些設(shè)備調(diào)速范圍比較寬,對工藝、環(huán)保的影響比較大。早期大部分鋼鐵廠的風(fēng)機、水泵設(shè)備不調(diào)速,直接采用工頻供電,定速驅(qū)動,通過調(diào)節(jié)風(fēng)門與閥門來控制風(fēng)量與給水量,同樣把能量都白白地浪費了。如果采用高壓變頻器進行變頻調(diào)速,則可以節(jié)約大量的電能,給企業(yè)帶來效益。此外,鋼鐵廠的大型風(fēng)機如高爐鼓風(fēng)機、燒結(jié)主排風(fēng)機和制氧機的功率都比較大,一般采用同步電機驅(qū)動,也可以進行變頻調(diào)速改造。
另外,在鋼鐵廠通常會使用一些起重設(shè)備,如裝船機、卸船機、堆取料機、煉鋼轉(zhuǎn)爐氧、副槍與傾動設(shè)備以及大型行車等。這些起重設(shè)備的特點是它們屬于位能性負載,要求啟動轉(zhuǎn)矩大,過載能力強,早期的調(diào)速設(shè)備一般采用直流調(diào)速。這種方法雖然技術(shù)成熟,但是日常的維護工作量很大,因此隨著高壓變頻技術(shù)的不斷發(fā)展、日趨成熟,交流變頻調(diào)速已廣泛的應(yīng)用到了起重設(shè)備中。目前,鋼鐵廠的熱軋、冷軋的主軋機也紛紛采用了高壓變頻器。熱軋與冷軋用主軋機對調(diào)速的要求高,要求過載能力強,控制精度高,動態(tài)響應(yīng)快,應(yīng)用的高壓變頻器國外品牌居多。近些年來,高壓變頻器的節(jié)能效果和調(diào)速性能等都得到了企業(yè)的肯定,國內(nèi)多家鋼鐵廠都已經(jīng)進行了高壓變頻調(diào)速改造。
而對于一個年產(chǎn)量30萬噸的軋鋼廠,其車間的電器設(shè)備總?cè)萘吭?8500kW左右,其中高壓主傳動設(shè)備電機容量為10200kW左右。其中包括:粗扎機1臺,容量lx2000kW~一中扎機組4臺,容量4~550kW~二中軋機組4臺,容量4~500kW~精軋機組8臺,容量8~500kW。在早期建設(shè)的軋鋼廠中,這些主傳動電機大部分采用直流電機,隨著高壓變頻技術(shù)的成熟,這些電機逐步被交流調(diào)速所代替。簡單計算一下,這些高壓電機的用電率占到軋鋼廠總用電的55%左右。
對于鋼鐵廠,高爐的主要外圍設(shè)備有熱風(fēng)爐、除塵設(shè)備和水渣處理設(shè)備。一般每座高爐有3—4座熱風(fēng)爐,其中一座為向高爐送熱風(fēng)狀態(tài),一座為蓄熱狀態(tài),一座為燃燒加熱狀態(tài),某些鋼鐵廠會有一座備用熱風(fēng)爐,每臺熱風(fēng)爐需配備1臺鼓風(fēng)機。部分鋼鐵廠的熱風(fēng)爐鼓風(fēng)機采用直接由汽輪機帶動大型鼓風(fēng)機的方式,更多的鋼鐵廠已經(jīng)改造為高壓電動機帶動鼓風(fēng)機了。除塵設(shè)備中包括裝料除塵風(fēng)機和出鐵除塵風(fēng)機,由于出鐵除塵風(fēng)機的調(diào)速范圍特別大,目前出鐵除塵風(fēng)機大量采用了變頻調(diào)速。一般每臺高爐至少配備2臺除塵風(fēng)機,配備3—4臺沖渣給水泵。據(jù)中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會網(wǎng)2006年1月公布的數(shù)據(jù):2005年全國粗鋼產(chǎn)量34936.15萬噸,生鐵產(chǎn)量33040.47萬噸,鋼材產(chǎn)量(含重復(fù)材)37117.02萬噸。2005年,我國鋼鐵企業(yè)的規(guī)模迅速擴大。其中年產(chǎn)1000萬噸粗鋼以上的企業(yè)有達到8家,包括寶鋼、鞍鋼、武鋼、首鋼、沙鋼、萊鋼、濟鋼、唐鋼;年產(chǎn)500萬一970萬噸粗鋼的企業(yè)有10家,包括馬鋼、華菱鋼鐵、包鋼、邯鋼、本鋼、攀鋼、安陽鋼鐵、太鋼、酒鋼、建龍鋼鐵等;年產(chǎn)300萬一500萬噸粗鋼的企業(yè)有16家。年產(chǎn)500萬噸以上粗鋼的18家鋼鐵企業(yè),他們的粗鋼產(chǎn)量合計達16197.16萬噸,占全國粗鋼產(chǎn)量的46.36%t81。目前冶金行業(yè)的高壓變頻器主要應(yīng)用在風(fēng)機、水泵上,在軋機上應(yīng)用的很少,因此高壓變頻器在冶金行業(yè)有著廣闊的前景。
2 高壓變頻器在電力、冶金行業(yè)應(yīng)用特點
2.1 電力行業(yè)應(yīng)用特點
電力行業(yè)高壓變頻器的應(yīng)用主要集中在風(fēng)機與泵類負載,并且呈現(xiàn)為單機容量較大的特點。電力行業(yè)應(yīng)用新技術(shù)向來保守,原因是電力部門對供電安全的要求非常高,因此大型的高壓風(fēng)機改造目前還很不普遍?;痣姀S應(yīng)用高壓變頻器的主要目的是調(diào)速節(jié)能,經(jīng)過幾年時間的運行實踐,現(xiàn)在高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的可靠性基本可以滿足發(fā)電企業(yè)的要求,火電廠已經(jīng)逐漸接受了高壓變頻調(diào)速這一新技術(shù)。
對電廠而言,設(shè)備的可靠運行是最為重要的因素之一。任何一種輔機調(diào)速設(shè)備,不管性能多么好,節(jié)能多么顯著,如果可靠性沒有保證,一切就都無從談起。因為一旦這些關(guān)鍵的輔機設(shè)備因調(diào)速裝置故障而非正常停機,往往會導(dǎo)致主機負荷大幅度下降,嚴重時甚至將引起主機停機、鍋爐熄火停運,從而造成發(fā)電事故,其引起的損失將遠遠不是節(jié)能效益可以比擬的。所以高壓變頻器在電廠應(yīng)用,對其可靠性就有相當(dāng)高的要求。例如,火電廠中的送風(fēng)機和引風(fēng)機。由于機組的負荷會經(jīng)常變化,要保證鍋爐爐膛負壓、煙氣氧量及相應(yīng)的汽溫、汽壓穩(wěn)定,因此就需要及時地調(diào)整送、吸風(fēng)量及煤粉量。送風(fēng)機一般采用調(diào)整入口導(dǎo)向葉片的方式實現(xiàn)風(fēng)量調(diào)節(jié),葉片開度經(jīng)常在60%一80%之間變化,而引風(fēng)機風(fēng)門采用擋板調(diào)節(jié),日常運行開度一般只有50%左右。利用高壓變頻器對其進行調(diào)速時,一般調(diào)速范圍大約為40Hz一50Hz。
2.2冶金行業(yè)應(yīng)用特點
冶金行業(yè)在國民經(jīng)濟中所處的地位非常重要,且都是規(guī)模較大,效益顯著,連續(xù)、高效式地生產(chǎn)流程性企業(yè)。具備一定規(guī)模的鋼鐵企業(yè)基本上都已實現(xiàn)車間內(nèi)的過程自動化控制,生產(chǎn)過程已經(jīng)高度的自動化,生產(chǎn)現(xiàn)場有大量的現(xiàn)場設(shè)備需要進行控制。由于現(xiàn)場的環(huán)境非常惡劣,灰塵大、振動強、溫度變化大,且需要24小時連續(xù)不斷地運行,因此對生產(chǎn)現(xiàn)場控制設(shè)備較其它行業(yè)有了更高的要求。例如,鋼鐵廠的除塵風(fēng)機是除塵凈化系統(tǒng)的動力中樞,一旦它不能正常運行,不但會影響生產(chǎn),造成巨大的經(jīng)濟損失,同時還有可能威脅到現(xiàn)場生產(chǎn)人員的人身安全。因此,與除塵風(fēng)機配套的高壓調(diào)速系統(tǒng)要求具有極高的可靠性。
以煉鐵高爐的除塵風(fēng)機為例,在高爐煉鐵的生產(chǎn)過程中,出鐵過程并不是連續(xù)不斷的,而是周期性間斷的。利用高壓變頻器適時對除塵風(fēng)機進行變頻調(diào)速控制,則可實現(xiàn)顯著的節(jié)能效果。在出鐵時,會產(chǎn)生大量的棕紅色煙塵,此時要求除塵風(fēng)機高速運行,變頻器設(shè)定值則定為45Hz左右;而在不出鐵時,風(fēng)機只需要很低的轉(zhuǎn)速,變頻器設(shè)定值則定為20Hz左右。同樣,在煉鋼電爐中,除塵風(fēng)機也要根據(jù)電爐產(chǎn)生的煙氣量的不同,適時調(diào)節(jié)風(fēng)量,滿足生產(chǎn)工藝的要求。一般電爐的生產(chǎn)周期分為:加料、加鐵、供電、供電供氧、采樣、出鋼及堵眼七個步驟。各個過程中電爐不但產(chǎn)生的煙氣量不同,電爐的溫度要求也不同。若風(fēng)機風(fēng)量過大,則會損失爐內(nèi)熱量,延長生產(chǎn)周期,浪費能源;若風(fēng)量過小,則會導(dǎo)致爐內(nèi)溫度過高,可能燒毀設(shè)備。
另外,在冶金行業(yè)中,一些大功率設(shè)備要求傳動系統(tǒng)具有很好的低速啟動性能,同時要求電機和變頻器具備較強的過載能力,如起重機、大功率的傾動設(shè)備等。還有一些大功率設(shè)備如軋機,要求傳動系統(tǒng)具有很高的控制精度,快速的動態(tài)反應(yīng),同時也要具備一定的過載能力。加之現(xiàn)場運行環(huán)境惡劣,因此除了對變頻器的調(diào)速精度和調(diào)速性能有較高要求外,對高壓變頻器系統(tǒng)及其控制網(wǎng)絡(luò)的可靠性也有很高的要求。
3 高壓變頻器的市場前景
據(jù)調(diào)查預(yù)測,中國變頻器應(yīng)用總的潛在市場應(yīng)為1200—1800億元,低壓變頻器將占市場份額的60%左右,中高壓變頻器則將占市場份額的40%。中國變頻器市場目前正處于一個高速增長的時期,在過去幾年內(nèi)保持著12%~20%的高速增長,在2003年,市場規(guī)模甚至超過了55億元人民幣。有關(guān)人士認為,至少需要10年以后,中國的變頻器市場才能飽和并趨于成熟。高壓變頻器受高壓電力電子器件的制約,在各行業(yè)中的應(yīng)用才剛剛起步,有待進一步推廣。目前高壓變頻器應(yīng)用較多的行業(yè)是冶金、石化、電廠、城市供水和建材等。根據(jù)使用環(huán)境的不同,變頻器的使用壽命從4年到15年不等,每年都會出現(xiàn)大量的產(chǎn)品更換市場。目前,國外高壓變頻器品牌主要有西門子、ABB、Rockwell、三菱、羅賓康等,國內(nèi)主要有東方日立、利得華福等廠家,目前我國擁有高壓變頻器的總數(shù)已經(jīng)超過了6000臺。我國高壓變頻器市場的發(fā)展歷程如圖2所示,從圖中很容易看出高壓變頻器市場的強勁上升勢頭。

圖3 2004年高壓變頻器行業(yè)運行比例(單位:億元)[/align]
4.1電力行業(yè)市場容量
在高壓變頻器的市場中,電力行業(yè)的需求和市場容量最大,占到50%以上。在已運行的火電廠中,需要進行變頻調(diào)速改造的高壓大容量電機達5000余臺,僅該領(lǐng)域的市場潛力就達65億元之多。根據(jù)國民經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃,21世紀開始的十年電力建設(shè)發(fā)展速度約為7%~8%,平均每年新增裝機2400~2500萬kW,與機組配套的每年新增風(fēng)機、水泵等高壓大容量旋轉(zhuǎn)設(shè)備需要500~600臺。僅對這些新增設(shè)備的配套高壓變頻器作估算,每年市場潛力就可達6.5~7.8億元。
4.2冶金行業(yè)市場容量
冶金行業(yè)的用電量占全國工業(yè)總用電的14.18%。在我國,電機驅(qū)動系統(tǒng)的能源利用率比國外平均水平低20%左右,電機只相當(dāng)于國外20世紀50~60年代的技術(shù)水平,有很大的節(jié)能潛力。冶金行業(yè)目前用的開采電鉆、電鏟大多數(shù)采用直流調(diào)速,電機容量在100~500kW之間,只有少量引進的設(shè)備采用了交流變頻調(diào)速;礦井提升機的傳動電機容量在500—4000kW之間,采用直流傳動,也有部分改為交流調(diào)速傳動;礦井通風(fēng)機、排水泵等礦井安全生產(chǎn)保障的主力設(shè)備,電機容量在200~800kW之間,而且數(shù)量很多,節(jié)能潛力巨大。
僅在鋼鐵行業(yè)應(yīng)用的風(fēng)機、水泵總裝機容量就在200萬kW以上,隨著冶金工業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整和冶金生產(chǎn)的環(huán)保要求,冶金工業(yè)將大量新建軋鋼生產(chǎn)線,并大量應(yīng)用除塵風(fēng)機和冷卻水泵,這樣每年的新增容量也將非常可觀。其中有。50%的風(fēng)機、水泵需要進行交流變頻調(diào)速改造或新裝機組自身配套高壓變頻器,其市場容量也將超過百萬kW。
高壓變頻器的發(fā)展正方興未艾。隨著電力電子技術(shù)本身的發(fā)展以及國民經(jīng)濟高速發(fā)展的需要,高壓變頻器在我國電力、冶金及其它行業(yè)的應(yīng)用也必將有一個更大的發(fā)展。高壓變頻器的可靠應(yīng)用將成為我國電力節(jié)能的主要措施之一。
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