熱電廠風(fēng)機(jī)電機(jī)系統(tǒng)高壓變頻的節(jié)能改造
本文分析熱電廠風(fēng)機(jī)系統(tǒng)高壓變頻節(jié)能改造的必要性，簡(jiǎn)述變頻調(diào)速節(jié)能原理，以實(shí)例對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行節(jié)能分析與計(jì)算，并提出節(jié)能改造方案，風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性大大提高。
關(guān)鍵詞：排粉風(fēng)機(jī)；節(jié)能改造；ZINVERT；高壓變頻調(diào)速
一、工程概述與節(jié)能改造的必要性
旺隆熱電廠擁有兩臺(tái)額定蒸發(fā)量為420t/h的高溫高壓自然循環(huán)煤粉鍋爐，發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量2*100MW。該廠是為了治理新塘地區(qū)大氣污染和東江水資源污染而建設(shè)的環(huán)保項(xiàng)目。該廠為熱電聯(lián)產(chǎn)型電廠，在發(fā)電的同時(shí)，向周邊的服裝、漂染廠等企業(yè)集中供給蒸汽，先后替代了東江二級(jí)水源保護(hù)區(qū)內(nèi)的164座效率低、污染大的自建小鍋爐，擬向附近的廣東南方制堿廠集中供熱，所產(chǎn)生的城市環(huán)保效益與節(jié)能效益明顯。
經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行分析和實(shí)地調(diào)研，#1、#2爐的4臺(tái)排粉機(jī)以及2臺(tái)脫硫增壓風(fēng)機(jī)在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中通過(guò)擋板或?qū)~來(lái)調(diào)節(jié)所需的風(fēng)量大小，主要存在以下問(wèn)題：
（1）排粉風(fēng)機(jī)通過(guò)風(fēng)門(mén)檔板調(diào)節(jié)風(fēng)量、風(fēng)壓，造成大量能量消耗在風(fēng)門(mén)阻力上，設(shè)備工作效率低，造成不必要的損耗。
（2）排粉風(fēng)機(jī)采用風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)，會(huì)帶來(lái)風(fēng)機(jī)、管網(wǎng)較大振動(dòng)、噪音和磨損，減少設(shè)備壽命，增大設(shè)備維護(hù)量。
（3）風(fēng)機(jī)采用風(fēng)門(mén)控制調(diào)節(jié)風(fēng)量、壓力，調(diào)節(jié)控制精度低，不利于遠(yuǎn)程控制或自動(dòng)控制。
（4）脫硫增壓風(fēng)機(jī)采用靜葉調(diào)節(jié)方式，通過(guò)改變風(fēng)機(jī)靜葉的角度來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量。盡管比采用控制入口擋板開(kāi)度來(lái)實(shí)現(xiàn)風(fēng)量的調(diào)節(jié)有一定的節(jié)能效果，但節(jié)流損失仍然很大，低負(fù)荷時(shí)節(jié)流損失更大。
（5）異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流一般達(dá)到額定電流的8-10倍，對(duì)廠用電形成沖擊，強(qiáng)大的沖擊轉(zhuǎn)矩對(duì)電機(jī)和風(fēng)機(jī)的使用壽命存在很大不利影響。
經(jīng)過(guò)周密分析，有必要對(duì)以上電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造。改變?cè)嫉膿醢蹇刂疲还苁菑纳a(chǎn)工藝控制還是用電損耗、減少設(shè)備維護(hù)量以及自動(dòng)化程度上都能帶來(lái)極大的改善。
二、風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能原理簡(jiǎn)介
從流體力學(xué)的原理得知，使用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的風(fēng)機(jī)、水泵負(fù)載，軸功率P與流量Q，揚(yáng)程H的關(guān)系為：
。
當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速由n1變化到n2時(shí),Q、H、P與轉(zhuǎn)速的關(guān)系如下:
可見(jiàn)流量Q和電機(jī)的轉(zhuǎn)速n是成正比關(guān)系的，而所需的軸功率P與轉(zhuǎn)速的立方成正比關(guān)系。所以當(dāng)需要80％的額定流量時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速至額定轉(zhuǎn)速的80％，即調(diào)節(jié)頻率到40Hz即可，這時(shí)所需功率將僅為原來(lái)的51.2％。
如圖1所示，從風(fēng)機(jī)、水泵的運(yùn)行曲線圖來(lái)分析采用變頻調(diào)速后的節(jié)能效果。
圖1
當(dāng)所需風(fēng)量、流量從Q1減小到Q2時(shí)，如果采用調(diào)節(jié)閥門(mén)的辦法，管網(wǎng)阻力將會(huì)增加，管網(wǎng)特性曲線上移，系統(tǒng)的運(yùn)行工況點(diǎn)從A點(diǎn)變到新的運(yùn)行工況點(diǎn)B點(diǎn)運(yùn)行，所需軸功率P2與面積H2×Q2成正比；如果采用調(diào)速控制方式，風(fēng)機(jī)、水泵轉(zhuǎn)速由n1下降到n2，其管網(wǎng)特性并不發(fā)生改變，但風(fēng)機(jī)、水泵的特性曲線將下移，因此其運(yùn)行工況點(diǎn)由A點(diǎn)移至C點(diǎn)。此時(shí)所需軸功率P3與面積HB×Q2成正比。從理論上分析，所節(jié)約的軸功率Delt(P)與（H2-HB）×（C-B）的面積成正比。
考慮減速后效率下降和調(diào)速裝置的附加損耗，通過(guò)實(shí)踐的統(tǒng)計(jì)，風(fēng)機(jī)泵類(lèi)通過(guò)調(diào)速控制可節(jié)能20％～50％，有些風(fēng)機(jī)負(fù)載節(jié)能比例達(dá)60%以上。
三、風(fēng)機(jī)變頻改造節(jié)電分析
根據(jù)上述節(jié)能原理，以#1爐排粉風(fēng)、增壓風(fēng)機(jī)為例，進(jìn)行節(jié)電分析：
1.風(fēng)機(jī)參數(shù)
2.運(yùn)行情況及節(jié)能分析
3.旺隆熱電變頻改造節(jié)能分析統(tǒng)計(jì)表
生產(chǎn)性負(fù)載設(shè)備年運(yùn)行小時(shí)按照7000h計(jì)算，電費(fèi)按0.498元/kWh計(jì)算.
4.采用變頻調(diào)速節(jié)能增效附加好處
（1）網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)可提高到0.9以上，減少無(wú)功功率，滿(mǎn)足電網(wǎng)要求，可進(jìn)一步節(jié)約上游設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用。
（2）通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)節(jié)能，負(fù)荷率較低時(shí)，轉(zhuǎn)速也降低，設(shè)備的軸承等磨損減輕，設(shè)備運(yùn)行與維護(hù)費(fèi)用下降。
（3）電機(jī)可實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)電流不超過(guò)額定值的1.2倍，對(duì)電網(wǎng)無(wú)沖擊，使用壽命延長(zhǎng)。
（4）變頻器具有過(guò)流、短路、過(guò)壓、欠壓、缺相、溫升等多項(xiàng)保護(hù)功能，更完善地保護(hù)了電機(jī)。
四、項(xiàng)目改造的方案簡(jiǎn)介
1、電氣改造方案
采用“一拖一自動(dòng)旁路”方式高壓變頻裝置：
變頻器一次回路由真空接觸器QF3、QF4、QF5組成，6kV電源高壓開(kāi)關(guān)柜真空斷路器QF1，電氣一次接線如圖2。
圖2
變頻改造后有兩種運(yùn)行工況：（1）變頻運(yùn)行：6kV電源經(jīng)QF1、QF3至變頻裝置，再經(jīng)QF4連接電機(jī)；（2）工頻運(yùn)行：6kV電源經(jīng)QF1、QF5直接連接電機(jī)。其中，QF5與QF3、QF4構(gòu)成電氣閉鎖，確保相關(guān)開(kāi)關(guān)任何時(shí)候不能同時(shí)合閘。
2、系統(tǒng)控制方案
（1）本地控制：利用系統(tǒng)控制器上的鍵盤(pán)、控制柜上的按鈕、電位器旋鈕等就地控制。
（2）遠(yuǎn)方控制：系統(tǒng)提供數(shù)字和模擬輸入接口，由DCS或上位機(jī)實(shí)現(xiàn)控制。
3、系統(tǒng)散熱方案
系統(tǒng)使用了移相隔離變壓器及大功率高頻開(kāi)關(guān)元件，發(fā)熱量較大，運(yùn)行環(huán)境的溫度影響系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性及功率元件的使用壽命，因此為了使變頻器能長(zhǎng)期穩(wěn)定和可靠地運(yùn)行，我廠采用室內(nèi)空調(diào)冷卻方式：通過(guò)全廠制冷站向各高壓變頻室送冷風(fēng)以冷卻環(huán)境溫度，同時(shí)安裝4臺(tái)電空調(diào)作為備用，以滿(mǎn)足系統(tǒng)運(yùn)行的溫度要求。
五、ZINVERT高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成及功能簡(jiǎn)介
1．系統(tǒng)構(gòu)成
（1）旁路柜：連接高壓開(kāi)關(guān)柜與高壓電機(jī)的載體，實(shí)現(xiàn)工/變頻間的自主及故障切換。
（2）變壓器柜：實(shí)現(xiàn)高壓電源的切分，降為相互獨(dú)立的低壓電源，實(shí)現(xiàn)多重化整流，有效的抑制諧波含量。
（3）功率柜：安放功率單元，變頻系統(tǒng)的核心部件。
（4）控制柜：變頻器的操作面板和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
2．功能簡(jiǎn)介
（1）頻率設(shè)定
裝置可通過(guò)LCD面板按鍵、遠(yuǎn)方操作盤(pán)、計(jì)算機(jī)后臺(tái)通信或DCS等智能接口設(shè)定、外部4～20mA或0～10V模擬信號(hào)輸入給定、開(kāi)關(guān)量頻率升降給定等多種給定方式進(jìn)行頻率設(shè)定。
（2）斷電恢復(fù)再啟動(dòng)功能
電網(wǎng)瞬時(shí)停電并在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)后，系統(tǒng)能在0.2～1.0秒內(nèi)自動(dòng)搜索電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)無(wú)沖擊再啟動(dòng)至設(shè)定轉(zhuǎn)速，保證負(fù)載的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。
（3）自動(dòng)旁路功能
當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，可將變頻器自動(dòng)進(jìn)行旁路，將電機(jī)直接接入原電網(wǎng)繼續(xù)運(yùn)行，大大提高了運(yùn)行可靠性，保證用戶(hù)生產(chǎn)工藝不受影響。
（4）主回路專(zhuān)利SCP技術(shù)的應(yīng)用
智光電氣SCP是通過(guò)國(guó)家輸出兩相直接短路試驗(yàn)的核心技術(shù)。針對(duì)高壓電機(jī)和電纜頭可能存在的相間短路而采取專(zhuān)有的抑制技術(shù)，可有效防止巨大的短路電流沖擊功率管而導(dǎo)
損壞，用戶(hù)外部的任何故障不造成ZINVERT的損壞。
六、結(jié)語(yǔ)：
熱電廠是耗能企業(yè)，“以熱定電，熱電聯(lián)產(chǎn)”的電力生產(chǎn)模式，符合以促進(jìn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)相協(xié)調(diào)的廣州市城市總體建設(shè)與發(fā)展模式，符合國(guó)家節(jié)能降耗的產(chǎn)業(yè)政策。我廠與廣州智光密切合作，通過(guò)合同能源管理（EPC）的節(jié)能服務(wù)運(yùn)營(yíng)模式，達(dá)到共贏的目的。[本文轉(zhuǎn)自：lunwen.1kejian.com]
綜合我廠多年節(jié)能實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及理論計(jì)算，與改造前比較，每年可以節(jié)約電量共計(jì)約439萬(wàn)kWh，折合RMB約218.62萬(wàn)元；按3.45×10-4 噸標(biāo)煤/kWh 計(jì)算，年節(jié)約標(biāo)煤約1514.55噸。
由于變頻節(jié)能系統(tǒng)剛剛投產(chǎn)，具體節(jié)能的效益還有待時(shí)間驗(yàn)證。
參考文獻(xiàn)：
[1]張淼，馮垛生.變頻器的應(yīng)用與維護(hù)[M].廣州：華南理工大學(xué)出版社，2009.[本文轉(zhuǎn)自：lunwen.1kejian.com]
[2]ZINVERT系列高壓智能節(jié)能系統(tǒng)用戶(hù)手冊(cè)，2008.
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