陳建軍

摘 要：在火電廠的各類(lèi)輔機(jī)設(shè)備中，風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)設(shè)備占據(jù)了絕大多數(shù)的比例，其耗電量也同時(shí)占據(jù)電廠總耗電量的50%以上，而事實(shí)上，風(fēng)機(jī)和泵類(lèi)設(shè)備在使用過(guò)程中，都存在較大的裕量，蘊(yùn)藏著巨大的節(jié)能潛力。在火電廠裝機(jī)容量不斷擴(kuò)大，調(diào)峰力度增加的影響下，機(jī)組的負(fù)荷變化頻繁且變化幅度較大，必須對(duì)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速以及泵類(lèi)設(shè)備的流量等進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，以提高能源的利用效率。本文主要針對(duì)高壓變頻技術(shù)在火電廠風(fēng)機(jī)和泵類(lèi)節(jié)能改造中的應(yīng)用進(jìn)行分析和探討，希望能為火電廠工作的順利進(jìn)行提供理論支持和方案參考。

關(guān)鍵詞：高壓變頻調(diào)速技術(shù)；火電廠；風(fēng)機(jī)；泵類(lèi)；節(jié)能

前言

隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國(guó)社會(huì)對(duì)于電力的需求也在不斷增長(zhǎng)，能源短缺問(wèn)題受到了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。作為電力產(chǎn)品的主要生產(chǎn)者，火電廠同時(shí)也是資源消耗的大戶(hù)，在生產(chǎn)過(guò)程中，需要消耗大量的能源資源，尤其是風(fēng)機(jī)和泵類(lèi)設(shè)備，其節(jié)能研究受到了越來(lái)越多專(zhuān)業(yè)人員的重視。在不斷的發(fā)展過(guò)程中，變頻調(diào)速技術(shù)憑借自身運(yùn)行穩(wěn)定、故障率低、節(jié)能效果顯著等特點(diǎn)，在火電廠節(jié)能改造工作中得到了廣泛的應(yīng)用。

1 火電廠風(fēng)機(jī)和泵類(lèi)設(shè)備能耗現(xiàn)狀

最近幾年，社會(huì)生產(chǎn)力水平快速提高，帶動(dòng)了人們生活水平的提高，同時(shí)也使得社會(huì)對(duì)于電力的需求不斷增加。為了滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的電力需求，火電廠的機(jī)組容量不斷擴(kuò)展，同時(shí)為了保證電力生產(chǎn)和供應(yīng)的可靠性和安全性，機(jī)組分配利用小時(shí)數(shù)相對(duì)較低，加入平均負(fù)荷也較小，則循環(huán)水泵的耗電量會(huì)隨著升高，給水泵同樣會(huì)受此影響而出現(xiàn)耗電量的增加。對(duì)于風(fēng)機(jī)設(shè)備而言，由于煤炭市場(chǎng)的不斷變化及配煤摻燒技術(shù)的推廣，使得煤炭的質(zhì)量與以前相比有了一定的下降，為了提高風(fēng)壓，風(fēng)機(jī)的耗電量也有所上升。相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，目前大型火力發(fā)電廠中的風(fēng)機(jī)和泵類(lèi)設(shè)備用電量占據(jù)了發(fā)電產(chǎn)用電總量的50%以上，加上燃料質(zhì)量問(wèn)題、設(shè)計(jì)問(wèn)題等，火力發(fā)電廠普遍存在著設(shè)備能耗高、機(jī)組負(fù)荷率低的問(wèn)題，在很大程度上影響了發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)效益。因此，做好風(fēng)機(jī)和泵類(lèi)設(shè)備的節(jié)能降耗工作，是十分必要的。但是，目前采用的節(jié)能技術(shù)并沒(méi)有取得良好的成效。以水泵流量的調(diào)節(jié)為例，目前常用的方法是使用節(jié)流閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，這種方式僅僅是對(duì)通道的通流阻力進(jìn)行了改變，對(duì)于電動(dòng)機(jī)的輸出功率卻并沒(méi)有顯著的影響，從而造成了能源的浪費(fèi)。

對(duì)此，從上世紀(jì)八十年代起，國(guó)外的許多企業(yè)加快了對(duì)高壓大功率變頻設(shè)備的研制，并在火電廠輔機(jī)節(jié)能改造工程中廣泛應(yīng)用。上世紀(jì)末，我國(guó)部分大型火力發(fā)電廠也開(kāi)始引入高壓變頻器，對(duì)風(fēng)機(jī)和泵類(lèi)設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的節(jié)能改造，并取得了非常顯著的成果。到目前，應(yīng)用高壓變頻調(diào)速技術(shù)，對(duì)電廠風(fēng)機(jī)和泵類(lèi)設(shè)備進(jìn)行調(diào)速改造，已經(jīng)成為火電廠節(jié)能改造的首選方案。

2 高壓變頻調(diào)速技術(shù)在火電廠節(jié)能改造中的應(yīng)用

高壓變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理，是根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系，通過(guò)對(duì)電動(dòng)機(jī)工作電源頻率的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的，用公式表示為

n=60f（1-s）/p

其中，n表示電機(jī)轉(zhuǎn)速，f表示工作電源輸入頻率，s表示電機(jī)轉(zhuǎn)差率，p指電機(jī)磁極對(duì)數(shù)。

在實(shí)際應(yīng)用中，變頻調(diào)速技術(shù)的調(diào)節(jié)方式包括直流調(diào)速和交流調(diào)速兩種，而高壓交流變頻調(diào)速技術(shù)相對(duì)更加成熟，因此也是火電廠風(fēng)機(jī)和泵類(lèi)設(shè)備節(jié)能改造的主要手段。相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，經(jīng)高壓交流變頻調(diào)速技術(shù)改造后的設(shè)備，可以減少20%以上的耗電量。這里結(jié)合相應(yīng)的工程實(shí)例，對(duì)其應(yīng)用情況進(jìn)行簡(jiǎn)單闡述。

2.1 電廠概況

某火電廠共有4臺(tái)機(jī)組，裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)到1360MW，每臺(tái)機(jī)組都安裝有一次風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)以及送風(fēng)機(jī)，占據(jù)機(jī)組容量的2.31%左右。在不斷的發(fā)展過(guò)程中，該發(fā)電廠逐漸暴露出一些不足和問(wèn)題，如機(jī)組單機(jī)容量小、能耗高等，嚴(yán)重影響了電廠的經(jīng)濟(jì)效益。因此，需要做好電廠的節(jié)能改造工作，降低生產(chǎn)過(guò)程中的能耗，以促進(jìn)電廠的可持續(xù)發(fā)展。

2.2 實(shí)踐應(yīng)用

2.2.1 應(yīng)用條件。之前也提到，高壓交流變頻調(diào)速技術(shù)是火電廠節(jié)能改造中的首選方案，在該電廠改造中同樣選擇該技術(shù)。但是需要注意的是，高壓交流變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用需要具備一定的先決條件：其一，交流電動(dòng)機(jī)的工作原理，是通過(guò)電機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)能量的傳遞，在這個(gè)過(guò)程中，如果電機(jī)的氣隙磁通量過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致鐵心呈現(xiàn)飽和狀態(tài)，造成勵(lì)磁電流過(guò)大，從而燒毀電機(jī)繞組；而如果電機(jī)的氣隙磁通量過(guò)小，則會(huì)造成電機(jī)出力不足的現(xiàn)象。因此，在對(duì)其進(jìn)行變頻改造前，需要采用相應(yīng)的儀器進(jìn)行檢測(cè)，確保電機(jī)氣隙磁通量恒定。其二，由異步電機(jī)自身的變頻調(diào)速控制特性可知，如果電機(jī)的供電頻率高于額定頻率，則其電壓只可能保持在額定電壓，而不會(huì)隨之升高，在這種情況下提高頻率，只會(huì)造成電動(dòng)機(jī)氣隙磁通量的減弱，轉(zhuǎn)矩減小。因此，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的供電頻率低于額定頻率時(shí)，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，保持氣隙磁通量的最大值，而當(dāng)供電頻率高于額定頻率時(shí)，屬于恒功率調(diào)速，保持電壓輸出的最大值。

2.2.2 關(guān)鍵問(wèn)題。在對(duì)高壓變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用的過(guò)程中，需要注意以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：其一，在現(xiàn)代化火電廠中大型輔機(jī)設(shè)備通常都是成對(duì)存在的，一臺(tái)設(shè)備基本上就可以滿(mǎn)足機(jī)組的大部分需求。同時(shí)如果輔機(jī)處于滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，采用變頻技術(shù)可能會(huì)造成耗電量的增加。因此，可以對(duì)其中一臺(tái)輔機(jī)設(shè)備進(jìn)行變頻改造，另一臺(tái)則維持原樣，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷較高時(shí)，兩臺(tái)輔機(jī)并列運(yùn)行，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷較低時(shí)，變頻輔機(jī)單獨(dú)運(yùn)行，結(jié)合相應(yīng)的監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。其二，在對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的變頻改造后，必然會(huì)在一定程度上影響電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。以鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)為例，在進(jìn)行變頻改造后，電動(dòng)機(jī)的定子電流中會(huì)出現(xiàn)高次諧波，不僅會(huì)造成能耗的增大，還可能導(dǎo)致電機(jī)的溫升變大，功率也會(huì)有效降低。而與此同時(shí)，高壓變頻器電容容量的衰減小，可以降低電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流，從而在客觀上延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。因此，在應(yīng)用高壓變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)設(shè)備進(jìn)行節(jié)能改造時(shí)，應(yīng)該充分考慮各方面的因素，在必要時(shí)，可以增加相應(yīng)的變頻器旁路系統(tǒng)，確保生產(chǎn)的安全性和可靠性。其三，對(duì)于風(fēng)機(jī)和泵類(lèi)設(shè)備而言，其轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速平方呈正相關(guān)的關(guān)系，因此在進(jìn)行變頻改造后，會(huì)出現(xiàn)電機(jī)電流下降和發(fā)熱量下降的情況，因此基本上不存在散熱問(wèn)題。但是對(duì)于運(yùn)行頻率較低，且低轉(zhuǎn)速時(shí)轉(zhuǎn)矩較大的場(chǎng)合，應(yīng)該適當(dāng)考慮對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻，以避免出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)過(guò)熱的情況。為了避免出現(xiàn)單側(cè)風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行過(guò)程中，兩側(cè)風(fēng)路排煙溫度差距過(guò)大的情況，可以對(duì)送風(fēng)配置進(jìn)行重新設(shè)置，改為母管送風(fēng)運(yùn)行。

3 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，在現(xiàn)代化工業(yè)不斷發(fā)展的影響下，能源緊缺問(wèn)題日益凸顯，節(jié)能減排工作受到了政府部門(mén)的高度重視。對(duì)于火電廠而言，應(yīng)用高壓變頻調(diào)速技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)于大型風(fēng)機(jī)和泵類(lèi)設(shè)備的變頻改造，不僅可以有效降低生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)成本，提升電廠的競(jìng)爭(zhēng)力，而且也符合了國(guó)家建設(shè)“兩型”社會(huì)的要求，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，應(yīng)該得到進(jìn)一步的推廣。

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