劉立斌

天壕環(huán)境寧夏節(jié)能投資有限公司

熱電廠鍋爐高壓變頻節(jié)能技術(shù)改造分析

劉立斌

天壕環(huán)境寧夏節(jié)能投資有限公司

據(jù)統(tǒng)計，我國的高耗能和高污染行業(yè)集中在電力、石化、冶金、礦業(yè)行業(yè)中，而這些企業(yè)電能的消耗大多數(shù)都是在高壓大功率的三相交流電動機(jī)上。三相交流電動機(jī)的消耗約占整個企業(yè)電能的65～75%，因此，高壓電動機(jī)的節(jié)能對于生產(chǎn)企業(yè)來說非常重要。文章以熱電廠鍋爐風(fēng)機(jī)為研究目標(biāo)，探討熱電廠鍋爐風(fēng)機(jī)高壓變頻節(jié)能技術(shù)改造的需求、原理和方案。

熱電廠；鍋爐風(fēng)機(jī)；高壓變頻節(jié)能

1 熱電廠鍋爐風(fēng)機(jī)現(xiàn)狀

通過分析鍋爐風(fēng)機(jī)原理可知，隨著鍋爐負(fù)荷的變化，二次風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)較為頻繁。而如今大部分鍋爐風(fēng)機(jī)是全頻運(yùn)行的模式，即無法改變風(fēng)機(jī)的運(yùn)行功率，是在風(fēng)機(jī)出風(fēng)口設(shè)置擋板，當(dāng)需要對風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)時，通過調(diào)節(jié)擋板開合度來實(shí)現(xiàn)。這樣的運(yùn)行模式，導(dǎo)致二次風(fēng)機(jī)在進(jìn)行調(diào)節(jié)時，很大一部分的風(fēng)力被擋板消耗，甚至產(chǎn)生的回流風(fēng)再次抵消掉一部分風(fēng)力，造成電力的大量浪費(fèi)。據(jù)統(tǒng)計，鍋爐風(fēng)機(jī)的耗電量占熱電廠總耗電量的45% 左右，而擋板調(diào)節(jié)的方式，使得鍋爐高負(fù)荷時風(fēng)機(jī)浪費(fèi)的電力約為25%，鍋爐低負(fù)荷時風(fēng)機(jī)浪費(fèi)的電力達(dá)到了75%。

2 高壓變頻技術(shù)

所謂高壓變頻技術(shù)，是通過調(diào)節(jié)電壓的輸出，控制風(fēng)機(jī)的實(shí)際功率，從而進(jìn)一步控制風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)量，在風(fēng)機(jī)中應(yīng)用高壓變頻技術(shù)，就可以使得出風(fēng)口的擋板完全打開，利用變頻技術(shù)從源頭調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量輸出。風(fēng)機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)速公式為：n=(1-s)n0，n0=60f/p。其中n為實(shí)際轉(zhuǎn)速，n0為理論轉(zhuǎn)速，s是轉(zhuǎn)差率，f是電機(jī)的運(yùn)行頻率(60是60s)，p是電機(jī)極對數(shù)。由轉(zhuǎn)速公式可看出，在不考慮轉(zhuǎn)差率s的情況下(s=0～0.05)，電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速n=60f/p，即n 與f是成正比例相關(guān)的，n的值會隨著f的增加而增加，隨著f的減少而減少，所以控制功率的輸出，來調(diào)節(jié)f的值，就能夠完成對電機(jī)轉(zhuǎn)速n的調(diào)節(jié)。

HARSVERT-A系列10KV高壓變頻調(diào)器共有21個功率單元，每7個功率單元串聯(lián)構(gòu)成一相。每個功率單元結(jié)構(gòu)上完全一致，可以互換，其電路結(jié)構(gòu)如圖1所示，為基本的交-直-交單相逆變電路，整流側(cè)為二極管三相全橋。通過對IGBT逆變橋進(jìn)行正弦PWM控制。輸入側(cè)由移相變壓器給每個單元供電，移相變壓器的副邊繞組分為3組，構(gòu)成42脈沖整流方式，這種多級移相疊加的整流方式，可以大大改善網(wǎng)絡(luò)的電流波形，使其在負(fù)載下網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)接近1。

輸出側(cè)由每個單元的U、V輸出端子相互串接而成星型接法給電動機(jī)供電，通過對每個單元的PWM波形進(jìn)行重組，這種波形正弦度好，d*/d+小，可減少對電纜和電動機(jī)的絕緣損壞，無需輸出濾波器就可以使輸出電纜有很長的長度，電動機(jī)不需要降額使用，可直接用于舊設(shè)備的改造。同時，電動機(jī)的諧波損耗大大減少，消除了由此引起的機(jī)械振動，減小了軸承和葉片的機(jī)械應(yīng)力。

當(dāng)某一個單元出現(xiàn)故障時，通過將繼電器K閉合，可以將此單元旁路出系統(tǒng)而不影響其它單元的運(yùn)行，變頻器可持續(xù)降額運(yùn)行。如此，可減少停機(jī)造成的損失。

3 鍋爐送風(fēng)系統(tǒng)變頻改造

3.1 問題

克拉瑪依石化公司熱電廠目前廠用電率約為19%，較之同類電廠偏高，主要原因是廠用輔機(jī)運(yùn)行效率低下，其中風(fēng)機(jī)耗電量約占熱電廠用電的25%～30%。熱電廠2#鍋爐為東方鍋爐廠生產(chǎn)的DG-130/3.82-4型、中間倉儲式制粉系統(tǒng)、煤氣混燃鍋爐，配置2臺G4-73-11NO12D型送風(fēng)機(jī)(電機(jī)容量220kW，設(shè)計風(fēng)量71200m3/h)，2臺引風(fēng)機(jī)。送風(fēng)機(jī)是熱電廠主要用電設(shè)備，設(shè)計采用定速電機(jī)帶動送風(fēng)機(jī)，通過擋板調(diào)節(jié)送風(fēng)量，以適應(yīng)機(jī)組負(fù)荷變化，鍋爐送風(fēng)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中存在以下問題。(1)擋板調(diào)節(jié)導(dǎo)致風(fēng)道壓流損失嚴(yán)重，風(fēng)速較大時，會產(chǎn)生擋板的沖擊損耗。(2)擋板動作遲緩，手動時不易操作，操作不當(dāng)會造成送風(fēng)機(jī)振動，難以達(dá)到最佳調(diào)節(jié)狀態(tài)。(3)送風(fēng)機(jī)擋板執(zhí)行機(jī)構(gòu)為大力矩電動執(zhí)行器，故障較多，不適應(yīng)長期頻繁調(diào)節(jié)，使送風(fēng)系統(tǒng)一直不能投入自動運(yùn)行，無法實(shí)現(xiàn)氧量自控。

3.2 改造

基于熱電廠廠用段電壓為10KV，參考其他燃煤電廠變頻調(diào)速改造方案(表1)，最終選擇目前燃煤電廠應(yīng)用較多的高壓方案(保留原有10KV電機(jī))，在電機(jī)與開關(guān)之間增加一套高壓變頻裝置，保留原有工頻回路做為旁路。該方案無需升降壓變壓器，功率器件在電網(wǎng)與電機(jī)之間直接構(gòu)建變換器。變頻系統(tǒng)由高壓變頻器、整流變壓器、電機(jī)和開關(guān)組成，選用北京利德華福電氣技術(shù)有限公司的HARSVERT-A06/035型變頻器，變頻器輸入電壓為6000V，額定功率為220kW，額定電流為35A。

(1)2#鍋爐2臺送風(fēng)機(jī)變頻改造前后半年內(nèi)的耗電量、產(chǎn)汽量及單位噸汽平均耗電量統(tǒng)計見表2，可見變頻改造后在生產(chǎn)相同蒸汽量情況下，送風(fēng)機(jī)耗電量大幅較小。改造后半年時間共計產(chǎn)汽414412t，若以改造前單位噸汽平均耗電量1.5883kW·h計算，則節(jié)約耗電量為213505.06kW·h，以下網(wǎng)電價0.414元/(kW·h)計算，改造后半年時間內(nèi)2#鍋爐2臺送風(fēng)機(jī)僅耗電量一項(xiàng)就節(jié)約電費(fèi)8.84萬元。

(2)2# 鍋爐送風(fēng)機(jī)變頻改造后半年時間內(nèi)，1#～3# 鍋爐產(chǎn)汽量、送風(fēng)機(jī)耗電量及單位噸汽平均耗電量統(tǒng)計見表3，可見，在1#～3# 鍋爐產(chǎn)汽量基本相同情況下，2# 鍋爐2 臺送風(fēng)機(jī)耗電量明顯小于工頻運(yùn)行的1#、3# 鍋爐送風(fēng)機(jī)耗電量。

4 在給水泵中的應(yīng)用意義

變頻器調(diào)速的工作原理是將交流電順變成直流電，平滑濾波后再經(jīng)過逆變回路，將直流電變成不同頻率的交流電，使電動機(jī)獲得無級調(diào)速所需要的電壓和頻率，從而直接改變和控制電動機(jī)的軸功率。鍋爐系統(tǒng)變頻改造后，效率穩(wěn)定在一個較理想范圍內(nèi)，電機(jī)能耗明顯降低。實(shí)現(xiàn)鍋爐氧量自控，為優(yōu)化燃燒、提高鍋爐效率提供可靠保證，另外消除了電機(jī)因啟停產(chǎn)生的慣動量對設(shè)備的機(jī)械沖擊，減少了機(jī)械部分的磨損和振動，延長了風(fēng)機(jī)檢修周期，節(jié)省了維護(hù)費(fèi)用。

[1]元東旭.旺隆熱電廠鍋爐風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的節(jié)能改造技術(shù)研究[D].華南理工大學(xué)，2015.

[2]陳偉玲.熱電廠鍋爐風(fēng)機(jī)高壓變頻節(jié)能技術(shù)改造分析[J].硅谷，2014，15：141+127.