王紹平

(華電四川發(fā)電有限公司攀枝花分公司，四川 攀枝花 617065)

1 設(shè)備技術(shù)改造概況

華電四川發(fā)電有限公司攀枝花分公司改造前采用東方鍋爐(集團(tuán))股份有限公司生產(chǎn)的DG460/13.73－Ⅱ4型循環(huán)流化床鍋爐，配套上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的N150－13.24/535/535型汽輪機(jī)及哈爾濱發(fā)電動(dòng)機(jī)廠生產(chǎn)的QF－150/160－2型發(fā)電動(dòng)機(jī)。每臺(tái)循環(huán)流化床鍋爐配置引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)、高壓流化風(fēng)機(jī)及給水泵各2臺(tái)。2010年，按照中國(guó)華電集團(tuán)公司節(jié)能改造計(jì)劃安排，對(duì)#11機(jī)組引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)(共6臺(tái))進(jìn)行節(jié)能改造。采用國(guó)電南京自動(dòng)化股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)國(guó)電南自)生產(chǎn)的ASD 6000S系列變頻調(diào)速系統(tǒng)取代原來(lái)的擋板調(diào)節(jié)和液力偶合器調(diào)節(jié)方式，使轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)更加平滑、智能和方便，在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中，沖擊電流明顯下降，節(jié)能效果顯著。

(1)改造前高壓輔機(jī)主要參數(shù)見(jiàn)表1。

(2)改造主要是在保持電動(dòng)機(jī)和風(fēng)機(jī)參數(shù)不變的原則下選擇不同容量的變頻器，見(jiàn)表2。

(3)國(guó)電南自生產(chǎn)的成套變頻器裝置，現(xiàn)場(chǎng)改造接線簡(jiǎn)單，調(diào)試方便，但對(duì)運(yùn)行環(huán)境和溫度提出了較高要求。該廠工程技術(shù)人員借鑒了系統(tǒng)內(nèi)多家火電廠變頻改造經(jīng)驗(yàn)，改造中就地選擇合適地點(diǎn)修建變頻器室，每個(gè)變頻室安裝2臺(tái)及以上變頻裝置，并根據(jù)變頻器容量大小和最大3%額定容量估計(jì)發(fā)熱損耗，據(jù)此在每個(gè)變頻室安裝了適量的空調(diào)。改造后一次接線和原理如圖1所示(虛線框內(nèi)為變頻室及變頻裝置柜)。

圖1 改造后一次接線和原理圖

(4)電動(dòng)機(jī)變頻改造要求和輔助設(shè)備能耗參數(shù)。

1)在正常情況下，電動(dòng)機(jī)在變頻調(diào)速狀態(tài)下運(yùn)行;在變頻器檢修或故障狀態(tài)下，可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)電動(dòng)機(jī)工頻旁路運(yùn)行。

2)變頻器應(yīng)把自身狀態(tài)反映給集控室，并接受遠(yuǎn)程操作命令。

表1 改造前高壓輔機(jī)主要參數(shù)

表2 變頻器選擇情況

3)在集控室分散控制系統(tǒng)(DCS)上可實(shí)現(xiàn)變頻器的開(kāi)/閉環(huán)運(yùn)行選擇，DCS接收變頻器轉(zhuǎn)換的4～20 mA輸出轉(zhuǎn)速模擬量信號(hào)進(jìn)行監(jiān)視。開(kāi)環(huán)狀態(tài)下，集控室操作員通過(guò)DCS直接給變頻器4～20 mA模擬量輸出信號(hào)控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速;閉環(huán)狀態(tài)下，DCS根據(jù)反饋給變頻器4～20 mA模擬量輸出信號(hào)控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。變頻器依據(jù)該模擬量運(yùn)算輸出運(yùn)行頻率并在內(nèi)部實(shí)現(xiàn)平衡。在設(shè)計(jì)時(shí)，4～20 mA對(duì)應(yīng)20～50 Hz。變頻器具有最低轉(zhuǎn)速限制，保證機(jī)組最低負(fù)荷運(yùn)行要求，當(dāng)模擬量信號(hào)發(fā)生故障時(shí)變頻器輸出保持不變。

4)在變頻器運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)負(fù)載閥門(mén)置于全開(kāi)狀態(tài)。

5)在廠家技術(shù)人員指導(dǎo)下進(jìn)行變頻器參數(shù)設(shè)置并調(diào)試。

6)變頻室保持密閉防塵設(shè)計(jì)，配置適量空調(diào)。

7)配置電動(dòng)機(jī)軸承潤(rùn)滑油箱1個(gè)(容積180 m3)，油泵2臺(tái)，1臺(tái)工作1臺(tái)聯(lián)鎖備用，油泵功率為1.50 kW。

8)變頻器其他輔助設(shè)備(功率柜風(fēng)機(jī)、干式移相變壓器風(fēng)機(jī)等)，能耗共計(jì)5.00 kW。

2 節(jié)能分析

以#11鍋爐2臺(tái)引風(fēng)機(jī)為例，分別統(tǒng)計(jì)80，90，100，120，130，140，150 MW 負(fù)荷下變頻改造前、后用電情況，每個(gè)負(fù)荷點(diǎn)取不同日期10 h平均用電量做分析，求出節(jié)能數(shù)據(jù)，確定設(shè)備經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式。

(1)改造前風(fēng)機(jī)設(shè)備用電統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

(2)變頻改造后風(fēng)機(jī)設(shè)備用電統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

(3)變頻器及輔助設(shè)備能耗分析。引風(fēng)機(jī)變頻改造后，機(jī)組在不同負(fù)荷下的能耗下降幅度有所不同。在變頻器調(diào)試期間，由調(diào)節(jié)頻率與電動(dòng)機(jī)電流的對(duì)應(yīng)關(guān)系可知，變頻器頻率設(shè)定低于20 Hz，進(jìn)行分析無(wú)實(shí)際意義。因循環(huán)流化床鍋爐必須滿足最小流化風(fēng)量條件限制，變頻器頻率在機(jī)組啟動(dòng)和正常運(yùn)行工況下均大于20 Hz，所以，主要分析頻率在20～50 Hz時(shí)的耗電情況。從理論上分析，變頻器在50 Hz時(shí)幾乎不節(jié)能。

變頻改造后增加了油泵、風(fēng)機(jī)、移相變壓器、功率模塊、冷卻風(fēng)機(jī)等耗能設(shè)備，其每小時(shí)能耗計(jì)算如下:

1)移相變壓器能耗。查閱變壓器廠家說(shuō)明書(shū)，該移相變壓器能耗為1.5%額定容量，即1600×1.5%=24.00(kW)。

2)18個(gè)功率模塊能耗。查閱廠家說(shuō)明書(shū)，每個(gè)功率模塊損耗為0.35%額定容量，即18×0.580×187 ×0.35%=6.83(kW)。

3)11臺(tái)冷卻風(fēng)機(jī)能耗。5×1.5+6×0.75=12.00(kW)。

4)其他輔助設(shè)備能耗估計(jì)為1.00 kW。輔助設(shè)備總計(jì)最大能耗為43.83 kW。

(4)不同負(fù)荷下變頻器能耗對(duì)比見(jiàn)表5。

表3 改造前風(fēng)機(jī)設(shè)備用電量統(tǒng)計(jì) kW·h

表4 變頻改造后風(fēng)機(jī)設(shè)備用電量統(tǒng)計(jì) kW·h

表5 不同負(fù)荷下變頻器能耗對(duì)比

如果該廠#11機(jī)組年運(yùn)行7 680 h、大小修時(shí)間為45 d(1 080 h)、上網(wǎng)電價(jià)為0.438元/(kW·h)，則該機(jī)組2臺(tái)引風(fēng)機(jī)年節(jié)能價(jià)值=656×7680×0.438=2206 679(元)。按照該廠2臺(tái)風(fēng)機(jī)變頻改造價(jià)480萬(wàn)元分析，最多3年即可收回成本。

該廠原液力偶合器近3年平均用油價(jià)值約18萬(wàn)元，如果把該廠原液力偶合器調(diào)速用油價(jià)值計(jì)算進(jìn)去，節(jié)能效果更顯著。

(5)2臺(tái)機(jī)組廠用電對(duì)比分析。#11機(jī)組6月完成風(fēng)機(jī)變頻改造，#12機(jī)組仍為液力偶合器或擋板調(diào)節(jié)，2臺(tái)相同類(lèi)型機(jī)組在不考慮循環(huán)水泵、冷卻水泵等公用設(shè)備和系統(tǒng)耗電的情況下，比較廠用電大小。2臺(tái)機(jī)組廠用電對(duì)比情況見(jiàn)表6。

表6 2臺(tái)機(jī)組不同月份廠用電對(duì)比

由以上分析可知:變頻改造后，#11機(jī)組風(fēng)機(jī)電耗比#12機(jī)組下降0.3% ～0.5%，且廠用電均有不同程度減少，節(jié)能效果顯著。

3 風(fēng)機(jī)變頻改造后存在問(wèn)題及采取的措施

(1)原風(fēng)機(jī)所使用電動(dòng)機(jī)的額定功率較改造前下降10%。在調(diào)試過(guò)程中，頻率為50 Hz時(shí)出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)電流與變頻器進(jìn)線電流相差17 A的現(xiàn)象，即電動(dòng)機(jī)電流達(dá)到額定電流187A，而變頻器進(jìn)線電流只有170 A。華電四川發(fā)電有限公司攀枝花分公司技術(shù)人員與廠家調(diào)試人員共同分析認(rèn)為，可能是電動(dòng)機(jī)電流中包含了無(wú)功電流和不平衡電流成分，所以出現(xiàn)偏差。電動(dòng)機(jī)是否允許過(guò)載運(yùn)行以滿足鍋爐所需風(fēng)量，應(yīng)根據(jù)電動(dòng)機(jī)制造廠過(guò)載試驗(yàn)確定，所以，電動(dòng)機(jī)電流仍然按照額定電流監(jiān)視運(yùn)行，短時(shí)過(guò)載運(yùn)行應(yīng)嚴(yán)格按照制造廠規(guī)定執(zhí)行。

(2)風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)采用強(qiáng)迫循環(huán)風(fēng)冷卻方式，冷卻風(fēng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)同軸運(yùn)行，長(zhǎng)時(shí)間低頻運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)發(fā)熱不能有效散出。因此，調(diào)試中設(shè)置開(kāi)機(jī)升頻變速點(diǎn)和降頻變速點(diǎn)為20 Hz，規(guī)定電動(dòng)機(jī)不允許在20 Hz以下停留運(yùn)行。

(3)為有效降低啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，在風(fēng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中進(jìn)、出口風(fēng)門(mén)應(yīng)關(guān)閉，風(fēng)機(jī)變頻器啟動(dòng)頻率達(dá)到20 Hz及以上全開(kāi)風(fēng)門(mén)。雖然該引風(fēng)機(jī)變頻器設(shè)計(jì)了旁路運(yùn)行直接啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，但在工頻直接啟動(dòng)試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，啟動(dòng)電流達(dá)到900 A以上，6 kV母線電壓自6.0kV下降到5.4kV，啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)35s，對(duì)系統(tǒng)沖擊較大。從保護(hù)定值方面分析，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題;從電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)查原因，發(fā)現(xiàn)該型電動(dòng)機(jī)定子線圈和鐵芯是按照液力偶合器調(diào)速輕載啟動(dòng)設(shè)計(jì)，不具備直接啟動(dòng)條件，降低了設(shè)備可靠性。

(4)增加變頻器及輔助設(shè)備運(yùn)行維護(hù)。電氣產(chǎn)品對(duì)環(huán)境要求較高，變頻器室安裝在鍋爐車(chē)間，灰、渣、粉塵、汽、水等較重，影響變頻器安全運(yùn)行。針對(duì)此情況，制訂了變頻室空調(diào)、濾網(wǎng)等定期維護(hù)和設(shè)備切換制度，將變頻室室溫遠(yuǎn)傳集控室監(jiān)視，及時(shí)發(fā)現(xiàn)溫度異常情況并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查。

由以上分析可知，風(fēng)機(jī)變頻改造后，不同工況下能耗下降10%～36%。火力發(fā)電廠風(fēng)機(jī)應(yīng)用量大、面廣且能耗較高。因此，在風(fēng)機(jī)上推廣變頻節(jié)能技術(shù)，取代落后的擋風(fēng)板或閥門(mén)載流調(diào)節(jié)方式，使風(fēng)機(jī)始終處于科學(xué)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)提高企業(yè)綜合經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益具有十分重要的意義。

［1］徐海，施利春.變頻原理及應(yīng)用［J］.北京:清華大學(xué)出版社，2010.