GD5000高壓變頻器在熱電機(jī)組引風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用

                           深圳市英威騰電氣股份有限公司 董慶棟

摘要：根據(jù)高壓變頻器在某集團(tuán)熱電分公司引風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用，分析改造前后的控制策略以及實(shí)際節(jié)能效果

關(guān)鍵詞：引風(fēng)機(jī) 高壓變頻器 節(jié)能改造

一、概述

該廠現(xiàn)有220t/h循環(huán)流化床鍋爐1臺(tái)，240t/h循環(huán)流化床鍋爐 6臺(tái)， 600t/h循環(huán)流化床鍋爐3臺(tái)，2臺(tái)25MW雙抽凝汽式機(jī)組，2臺(tái)30MW雙抽凝汽式機(jī)組，2臺(tái)50MW雙抽凝汽式機(jī)組，1臺(tái)150MW雙抽凝汽式機(jī)組，是集團(tuán)內(nèi)部最大的供熱單位，并在后端蒸汽需求降低時(shí)將一部分富裕蒸汽用來(lái)發(fā)電。根據(jù)集團(tuán)“短平快”項(xiàng)目計(jì)劃，對(duì)6、9#爐引風(fēng)機(jī)、7、9#爐二次風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行高壓變頻改造。

二、改造情況

1．循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)工藝流程

根據(jù)機(jī)組負(fù)荷的變化，機(jī)組控制系統(tǒng)將負(fù)荷指令傳遞至燃料系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)平衡，達(dá)到安全穩(wěn)定運(yùn)行的目的。在機(jī)組負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大，負(fù)荷調(diào)節(jié)快的情況下，循環(huán)流化床需調(diào)節(jié)給煤量，空氣量和返料循環(huán)量，其負(fù)荷須可在30%-110%之間調(diào)節(jié)；此外由于截面風(fēng)速高和吸熱控制容易，循環(huán)流化床鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)速率要求也很快，一般達(dá)每分鐘4%。因此，通過(guò)采用調(diào)節(jié)一次風(fēng)壓、風(fēng)量，實(shí)現(xiàn)燃料系統(tǒng)快速負(fù)荷響應(yīng)，就對(duì)風(fēng)量的供給及使用等工藝指標(biāo)提出了很高的要求。一方面，系統(tǒng)對(duì)風(fēng)壓要求嚴(yán)格，過(guò)高影響噴燃器的火焰形態(tài)、過(guò)低風(fēng)導(dǎo)致燃燒不充分。另一方面，系統(tǒng)對(duì)風(fēng)量的控制受到諸多因素的影響，風(fēng)溫的變化、鍋爐負(fù)荷的變動(dòng)，都直接影響風(fēng)量的控制指標(biāo)。

由于目前引風(fēng)機(jī)風(fēng)量調(diào)節(jié)方式不能很好的滿(mǎn)足鍋爐燃燒能力及穩(wěn)定性運(yùn)行需要，所以有必要對(duì)引風(fēng)機(jī)進(jìn)行節(jié)能和調(diào)節(jié)性能改造，來(lái)滿(mǎn)足機(jī)組整體調(diào)節(jié)性能需要。

2．一次動(dòng)力系統(tǒng)策略

為了充分保證系統(tǒng)的可靠性，為變頻器同時(shí)加裝工頻旁路裝置，變頻器異常時(shí)，變頻器停止運(yùn)行，電機(jī)可以直接手動(dòng)切換到工頻下運(yùn)行。工頻旁路由3個(gè)高壓隔離開(kāi)關(guān)QS1、QS2和QS3組成（其中QF為甲方原有高壓開(kāi)關(guān)）。要求QS2不能與QS3同時(shí)閉合，在機(jī)械上實(shí)現(xiàn)互鎖。變頻運(yùn)行時(shí)，QS1和QS2閉合，QS3斷開(kāi)；工頻運(yùn)行時(shí)，QS3閉合，QS1和QS2斷開(kāi)。

為了實(shí)現(xiàn)變頻器故障的保護(hù)，變頻器對(duì)6KV開(kāi)關(guān)QF進(jìn)行聯(lián)鎖，一旦變頻器故障，變頻器跳開(kāi)QF，要求甲方對(duì)QF的合分閘電路進(jìn)行適當(dāng)改造。工頻旁路時(shí)，變頻器應(yīng)允許QF合閘，撤消對(duì)QF的跳閘信號(hào)，使電機(jī)能正常通過(guò)QF合閘工頻啟動(dòng)。設(shè)計(jì)方案如下：

一拖一手動(dòng)旁路圖

三．控制系統(tǒng)方案

機(jī)組自動(dòng)化投入率比較高，為減少此次引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)變頻改造對(duì)整個(gè)鍋爐系統(tǒng)的影響，仍然由DCS實(shí)現(xiàn)引風(fēng)系統(tǒng)投自動(dòng)的控制邏輯與爐膛負(fù)壓PID調(diào)節(jié)，變頻器作為一個(gè)執(zhí)行設(shè)備，接收DCS來(lái)的爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)與擋板開(kāi)度調(diào)節(jié)的協(xié)調(diào)控制。改造前后DCS控制邏輯圖如下所示：

對(duì)于DCS來(lái)說(shuō)，引風(fēng)系統(tǒng)改造前后的區(qū)別是控制對(duì)象不再是擋板而是引風(fēng)機(jī)負(fù)荷率，DCS根據(jù)系統(tǒng)工況判斷所需要的引風(fēng)機(jī)負(fù)荷率，直接控制引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速與擋板開(kāi)度，滿(mǎn)足爐膛負(fù)壓的控制需要。

四．節(jié)能效果分析

1、引風(fēng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)數(shù)據(jù)：

1）工頻運(yùn)行時(shí)引風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)統(tǒng)計(jì)

2）電價(jià)： 0.5316元/kW·h

3）全年工作時(shí)間：7240h

2、工頻狀態(tài)下的年耗電量計(jì)算：

P_d：電動(dòng)機(jī)總功率 ；P_A：A電動(dòng)機(jī)功率 ；P_B：B電動(dòng)機(jī)功率 ；I_A：A電動(dòng)機(jī)輸入電流 ；I_B：B電動(dòng)機(jī)輸入電流 ；  U：電動(dòng)機(jī)輸入電壓 ； cosφ：功率因子。

計(jì)算公式：P_A =×U×I_A×cosφ ；P_B=×U×I_B×cosφ ；

則P_d =P_A+P_B=×U×(I_A+I_B)×cosφ…①

電動(dòng)機(jī)在工頻狀態(tài)下，引風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)實(shí)際功耗計(jì)算值見(jiàn)下表。

C_d：年耗電量值 ；T：年運(yùn)行時(shí)間 ；δ：?jiǎn)呜?fù)荷運(yùn)行時(shí)間百分比 。                           

累計(jì)年耗電量公式：C_d= T×∑（P_d×δ） …②

C_d =7922566 kW·h

因此，采用工頻運(yùn)行時(shí)，每年引風(fēng)機(jī)耗電量約為792萬(wàn)度電。

3、變頻狀態(tài)下的年耗電量計(jì)算：

電動(dòng)機(jī)在變頻狀態(tài)下，引風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)下表。

C_b：年耗電量值 ；T：年運(yùn)行時(shí)間 ；δ：?jiǎn)呜?fù)荷運(yùn)行時(shí)間百分比 。   

累計(jì)年耗電量公式：C_b= T×∑（P_b×δ） …⑤

C_b =4611485 kW·h

因此，采用變頻運(yùn)行時(shí)，每年引風(fēng)機(jī)耗電量約為461萬(wàn)度電。

4、節(jié)能計(jì)算：

年節(jié)電量：ΔC= C_d－C_b = 792－461=331萬(wàn)kW·h

節(jié)電率： （ΔC/C_d）×100% =（331/ 792）×100% =41%

節(jié)約電費(fèi)若以上網(wǎng)電價(jià)0.5316元/度計(jì)算，則每年引風(fēng)機(jī)改變頻可節(jié)約電費(fèi)為：331×0.5316=176萬(wàn)元。

五．總結(jié)

經(jīng)改造后的引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)與改造前的控制閥門(mén)開(kāi)度調(diào)節(jié)相比，除了上述直接經(jīng)濟(jì)效益外，還有許多間接經(jīng)濟(jì)效益：

（1）采用變頻調(diào)速，消除了大電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)影響。

（2）采用變頻調(diào)速，消除了大電動(dòng)機(jī)大電流啟動(dòng)時(shí)的沖擊力矩對(duì)電機(jī)損壞。

（3）采用變頻調(diào)速，延長(zhǎng)了電機(jī)、管道和閥門(mén)的使用壽命，減輕了維修人員的工作量，降低了維修費(fèi)用。

（4）提高了系統(tǒng)自動(dòng)裝置的穩(wěn)定性，為系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運(yùn)行提供了可靠保證；系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)得到改善，提高系統(tǒng)效率。