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        淺析變頻調(diào)速技術(shù)在火電廠中的應(yīng)用

        2015-05-30 13:14:14崔祖濤董赫倫
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2015年20期
        關(guān)鍵詞:變頻調(diào)速火電廠節(jié)能

        崔祖濤 董赫倫

        摘 要:文章介紹了變頻調(diào)速技術(shù)核心部件的工作原理,指出了變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用在國內(nèi)外火電廠的發(fā)展現(xiàn)狀,從理論上分析了采用變頻調(diào)速技術(shù)如何節(jié)能,并用具體案例說明了節(jié)能效果,對變頻調(diào)速技術(shù)未來給予展望。

        關(guān)鍵詞:變頻調(diào)速;火電廠;節(jié)能

        1 變頻調(diào)速技術(shù)概述

        變頻調(diào)速技術(shù)以變頻調(diào)速系統(tǒng)作為實(shí)際應(yīng)用,其核心部分是變頻器和控制器。其系統(tǒng)的工作原理是根據(jù)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與其輸入頻率具有一定的比例關(guān)系,這樣通過改變電動(dòng)機(jī)頻率值進(jìn)而改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。下面對其核心部分進(jìn)行簡要概述。

        1.1 變頻器

        變頻器的主要作用是將所接收的參數(shù)為380V、50Hz三相電源轉(zhuǎn)換為可調(diào)節(jié)頻率的三相電源。根據(jù)變頻器的變頻的原理可將變頻器分為直接變頻和間接變頻兩種形式。直接變頻的形式為交-交變頻;間接變頻的形式為交-直-交變頻。所謂的間接變頻就是將交流電通過整流器后變?yōu)橹绷麟姡笤偻ㄟ^逆變器作用后調(diào)制成為頻率可調(diào)的交流電。

        1.2 控制器

        控制器產(chǎn)生脈寬調(diào)制波形,驅(qū)動(dòng)變頻器的功率開關(guān)管,得以輸出正弦三相交流電,從而使電動(dòng)機(jī)在規(guī)定的轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)。通過脈寬調(diào)制方法改變矩形脈沖的寬度就可以達(dá)到控制逆變器輸出的交流基波電壓幅值目的,通過調(diào)整調(diào)制矩形脈沖波形的頻率就能達(dá)到控制交流基波電壓的頻率目的,這樣實(shí)現(xiàn)了變頻調(diào)速對電壓和頻率協(xié)調(diào)控制的要求。變頻控制器通過單片機(jī)等設(shè)備進(jìn)行軟件編程實(shí)現(xiàn)其控制功能。

        2 變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

        節(jié)能降耗是火電廠降低其運(yùn)行成本的重要措施。發(fā)電煤耗和廠用電率兩個(gè)參數(shù)是考核火電廠節(jié)能降耗工作的重要指標(biāo)。在火力電廠所使用的動(dòng)力設(shè)備中,泵和風(fēng)機(jī)是廠用電耗電大戶。隨著時(shí)代的發(fā)展,各個(gè)行業(yè)用電要求也在提高,各個(gè)電廠的調(diào)峰力度加強(qiáng),這樣導(dǎo)致了火電廠設(shè)備的負(fù)荷變化范圍變大,為了能夠使得火電廠在正常狀態(tài)下工作,對火電廠泵和風(fēng)機(jī)等輔機(jī)的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)是有效措施。節(jié)流調(diào)節(jié)可以實(shí)現(xiàn)對流量的改變,其原理是使用節(jié)流閥改變管道的通流阻力,但是采用這種方法并不能改變驅(qū)動(dòng)源的輸出功率,造成能源大量浪費(fèi)。電力行業(yè)正在進(jìn)行競價(jià)上網(wǎng)、廠網(wǎng)分開等方面的改革。只有降低火電廠的廠用電率和發(fā)電成本,才能提高火電廠自身的競爭實(shí)力。

        在國外已把變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用在火電廠的輔機(jī)上,并且取得了很好的節(jié)能效果?;鶉鴥?nèi)許多火電廠開始探索新的技術(shù),變頻技術(shù)便是其中一種。華能新華火電廠引用美國羅賓康復(fù)無諧波頻率器件的負(fù)壓風(fēng)機(jī),節(jié)電率達(dá)到27%~67%;山東黃島火力發(fā)電廠送風(fēng)機(jī)引用美國羅克韋爾AB1557的變頻裝置后,年度節(jié)電可以達(dá)到3.4×106kW·h,效益可觀。四川華蓉山火力發(fā)電廠引用國產(chǎn)的變頻裝置,節(jié)電效果達(dá)到45%~67%。

        3 變頻調(diào)速技術(shù)在火電廠應(yīng)用的節(jié)能原理

        軸功率是泵和風(fēng)機(jī)的重要參數(shù),在實(shí)際工況點(diǎn)的軸功率值的大小直接反映設(shè)備消耗電能的多少。在火電廠內(nèi)部系統(tǒng)的制粉系統(tǒng)和汽水系統(tǒng)中有大量的泵和風(fēng)機(jī)應(yīng)用,這都要消耗大量的電能,下面就影響泵和風(fēng)機(jī)軸功率的因素進(jìn)行分析。

        以水泵為例,泵的軸功率可用下式表示:

        P=■kW (1)

        式中:H-揚(yáng)程,單位m;Q-流量,單位m3/h;?籽-水密度,單位kg/m3,由于泵在實(shí)際運(yùn)行中可將水視為不可壓縮流體,故為常數(shù)。

        從上式中看出,水泵的軸功率與揚(yáng)程和流量有關(guān)。如圖1所示,橫軸表示流量,縱軸表示水泵揚(yáng)程,采用節(jié)流調(diào)節(jié)時(shí),當(dāng)水泵的流量由轉(zhuǎn)速在n1狀態(tài)下的工況點(diǎn)M1對應(yīng)的流量Q1減少到工況點(diǎn)M2對應(yīng)的流量Q2時(shí),水泵的功耗面積由H1M1Q1O變化到H2M2Q2O,從圖中看出,兩個(gè)工況點(diǎn)功耗相差不多。當(dāng)采用變頻調(diào)速調(diào)節(jié)時(shí),水泵的流量由轉(zhuǎn)速在n1狀態(tài)下的工況點(diǎn)M1對應(yīng)的流量Q1減少到轉(zhuǎn)速在n2狀態(tài)下工況點(diǎn)M3對應(yīng)的流量Q2,水泵的功耗面積由H1M1Q1O變化為H3M3Q2O,從圖中看出,采用變頻調(diào)速調(diào)節(jié)時(shí)節(jié)能效果明顯。

        圖1 水泵的特性曲線

        傳統(tǒng)的節(jié)流調(diào)節(jié)在實(shí)際過程中改變了通道的流通阻力,但是操作過程驅(qū)動(dòng)源本身的輸出電功率沒有改變,進(jìn)而造成了能源的浪費(fèi)。泵與風(fēng)機(jī)設(shè)備存在相似定律:

        ■=■■■■ (2)

        式中:?籽-工質(zhì)密度,對于不同工況點(diǎn)為同一值;D-設(shè)備葉片直徑,對于同一設(shè)備其值不變;n-設(shè)備在不同工況點(diǎn)的轉(zhuǎn)速。

        由相似定律可知采用變頻器對泵和風(fēng)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制,可以達(dá)到軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比,從而達(dá)到節(jié)約能源的目的。

        4 案例分析

        某電廠功率為230kW電動(dòng)水泵,使用1臺(tái)300kVA變頻器調(diào)速,其節(jié)能效果如表1所示。

        表1 泵調(diào)速實(shí)驗(yàn)結(jié)果

        通過上表數(shù)據(jù),采用變頻調(diào)節(jié)功耗是節(jié)流調(diào)節(jié)功耗的29%,因此變頻調(diào)節(jié)比傳統(tǒng)的節(jié)流調(diào)節(jié)要節(jié)約能源。

        5 結(jié)束語

        通過實(shí)際應(yīng)用表明,用變頻調(diào)速替代傳統(tǒng)的擋板或閥門的控制,可以達(dá)到節(jié)能目的,并且經(jīng)濟(jì)效益可觀。變頻調(diào)速技術(shù)在火電廠應(yīng)用的前景是非常廣闊的。

        參考文獻(xiàn)

        [1]郭立軍,何川.泵與風(fēng)機(jī)[M].北京:中國電力出版社,1997.

        [2]楊慶柏,高紅.變頻調(diào)速技術(shù)及其在火電廠中的應(yīng)用[J].東北電力技術(shù),2002(5):50-52.

        作者簡介:崔祖濤(1985-),男,河南開封,現(xiàn)工作于新疆工程學(xué)院,大學(xué)本科學(xué)歷,研究方向:鍋爐燃燒,職稱:初級。

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