熱電廠風機電機系統(tǒng)高壓變頻的節(jié)能改造

本文分析熱電廠風機系統(tǒng)高壓變頻節(jié)能改造的必要性，簡述變頻調(diào)速節(jié)能原理，以實例對風機進行節(jié)能分析與計算，并提出節(jié)能改造方案，風機系統(tǒng)的經(jīng)濟性和可靠性大大提高。

關鍵詞：排粉風機；節(jié)能改造；ZINVERT；高壓變頻調(diào)速
一、工程概述與節(jié)能改造的必要性
　　旺隆熱電廠擁有兩臺額定蒸發(fā)量為420t/h的高溫高壓自然循環(huán)煤粉鍋爐，發(fā)電機組裝機容量2*100MW。該廠是為了治理新塘地區(qū)大氣污染和東江水資源污染而建設的環(huán)保項目。該廠為熱電聯(lián)產(chǎn)型電廠，在發(fā)電的同時，向周邊的服裝、漂染廠等企業(yè)集中供給蒸汽，先后替代了東江二級水源保護區(qū)內(nèi)的164座效率低、污染大的自建小鍋爐，擬向附近的廣東南方制堿廠集中供熱，所產(chǎn)生的城市環(huán)保效益與節(jié)能效益明顯。
　　經(jīng)過長期運行分析和實地調(diào)研，#1、#2爐的4臺排粉機以及2臺脫硫增壓風機在實際的生產(chǎn)過程中通過擋板或導葉來調(diào)節(jié)所需的風量大小，主要存在以下問題：
（1）排粉風機通過風門檔板調(diào)節(jié)風量、風壓，造成大量能量消耗在風門阻力上，設備工作效率低，造成不必要的損耗。
（2）排粉風機采用風門調(diào)節(jié)，會帶來風機、管網(wǎng)較大振動、噪音和磨損，減少設備壽命，增大設備維護量。
（3）風機采用風門控制調(diào)節(jié)風量、壓力，調(diào)節(jié)控制精度低，不利于遠程控制或自動控制。
（4）脫硫增壓風機采用靜葉調(diào)節(jié)方式，通過改變風機靜葉的角度來調(diào)節(jié)風量。盡管比采用控制入口擋板開度來實現(xiàn)風量的調(diào)節(jié)有一定的節(jié)能效果，但節(jié)流損失仍然很大，低負荷時節(jié)流損失更大。
（5）異步電動機的啟動電流一般達到額定電流的8-10倍，對廠用電形成沖擊，強大的沖擊轉矩對電機和風機的使用壽命存在很大不利影響。
　　經(jīng)過周密分析，有必要對以上電機系統(tǒng)進行變頻改造。改變原始的擋板控制，不管是從生產(chǎn)工藝控制還是用電損耗、減少設備維護量以及自動化程度上都能帶來極大的改善。
二、風機變頻調(diào)速節(jié)能原理簡介
　　從流體力學的原理得知，使用感應電動機驅動的風機、水泵負載，軸功率P與流量Q，揚程H的關系為：
。
　　當電動機的轉速由n1變化到n2時,Q、H、P與轉速的關系如下:
　　　　

　　可見流量Q和電機的轉速n是成正比關系的，而所需的軸功率P與轉速的立方成正比關系。所以當需要80％的額定流量時，通過調(diào)節(jié)電機的轉速至額定轉速的80％，即調(diào)節(jié)頻率到40Hz即可，這時所需功率將僅為原來的51.2％。
　　如圖1所示，從風機、水泵的運行曲線圖來分析采用變頻調(diào)速后的節(jié)能效果。
　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　圖1
　　當所需風量、流量從Q1減小到Q2時，如果采用調(diào)節(jié)閥門的辦法，管網(wǎng)阻力將會增加，管網(wǎng)特性曲線上移，系統(tǒng)的運行工況點從A點變到新的運行工況點B點運行，所需軸功率P2與面積H2×Q2成正比；如果采用調(diào)速控制方式，風機、水泵轉速由n1下降到n2，其管網(wǎng)特性并不發(fā)生改變，但風機、水泵的特性曲線將下移，因此其運行工況點由A點移至C點。此時所需軸功率P3與面積HB×Q2成正比。從理論上分析，所節(jié)約的軸功率Delt(P)與（H2-HB）×（C-B）的面積成正比。
　　考慮減速后效率下降和調(diào)速裝置的附加損耗，通過實踐的統(tǒng)計，風機泵類通過調(diào)速控制可節(jié)能20％～50％，有些風機負載節(jié)能比例達60%以上。
三、風機變頻改造節(jié)電分析
　　根據(jù)上述節(jié)能原理，以#1爐排粉風、增壓風機為例，進行節(jié)電分析：
1.風機參數(shù)
　　
2.運行情況及節(jié)能分析
　　
3.旺隆熱電變頻改造節(jié)能分析統(tǒng)計表
　　生產(chǎn)性負載設備年運行小時按照7000h計算，電費按0.498元/kWh計算.
　　
4.采用變頻調(diào)速節(jié)能增效附加好處
（1）網(wǎng)側功率因數(shù)可提高到0.9以上，減少無功功率，滿足電網(wǎng)要求，可進一步節(jié)約上游設備的運行費用。
（2）通過調(diào)節(jié)電機轉速實現(xiàn)節(jié)能，負荷率較低時，轉速也降低，設備的軸承等磨損減輕，設備運行與維護費用下降。
（3）電機可實現(xiàn)軟啟動，啟動時電流不超過額定值的1.2倍，對電網(wǎng)無沖擊，使用壽命延長。
（4）變頻器具有過流、短路、過壓、欠壓、缺相、溫升等多項保護功能，更完善地保護了電機。
四、項目改造的方案簡介
1、電氣改造方案
    采用“一拖一自動旁路”方式高壓變頻裝置：
　　變頻器一次回路由真空接觸器QF3、QF4、QF5組成，6kV電源高壓開關柜真空斷路器QF1，電氣一次接線如圖2。
　　
　　　　　　　　　　　　　　圖2 
　　變頻改造后有兩種運行工況：（1）變頻運行：6kV電源經(jīng)QF1、QF3至變頻裝置，再經(jīng)QF4連接電機；（2）工頻運行：6kV電源經(jīng)QF1、QF5直接連接電機。其中，QF5與QF3、QF4構成電氣閉鎖，確保相關開關任何時候不能同時合閘。
2、系統(tǒng)控制方案
（1）本地控制：利用系統(tǒng)控制器上的鍵盤、控制柜上的按鈕、電位器旋鈕等就地控制。
（2）遠方控制：系統(tǒng)提供數(shù)字和模擬輸入接口，由DCS或上位機實現(xiàn)控制。
3、系統(tǒng)散熱方案
　　系統(tǒng)使用了移相隔離變壓器及大功率高頻開關元件，發(fā)熱量較大，運行環(huán)境的溫度影響系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性及功率元件的使用壽命，因此為了使變頻器能長期穩(wěn)定和可靠地運行，我廠采用室內(nèi)空調(diào)冷卻方式：通過全廠制冷站向各高壓變頻室送冷風以冷卻環(huán)境溫度，同時安裝4臺電空調(diào)作為備用，以滿足系統(tǒng)運行的溫度要求。
五、ZINVERT高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)構成及功能簡介
1．系統(tǒng)構成
（1）旁路柜：連接高壓開關柜與高壓電機的載體，實現(xiàn)工/變頻間的自主及故障切換。
（2）變壓器柜：實現(xiàn)高壓電源的切分，降為相互獨立的低壓電源，實現(xiàn)多重化整流，有效的抑制諧波含量。
（3）功率柜：安放功率單元，變頻系統(tǒng)的核心部件。
（4）控制柜：變頻器的操作面板和內(nèi)部結構。
2．功能簡介
（1）頻率設定
　　裝置可通過LCD面板按鍵、遠方操作盤、計算機后臺通信或DCS等智能接口設定、外部4～20mA或0～10V模擬信號輸入給定、開關量頻率升降給定等多種給定方式進行頻率設定。
（2）斷電恢復再啟動功能
　　電網(wǎng)瞬時停電并在短時間內(nèi)恢復后，系統(tǒng)能在0.2～1.0秒內(nèi)自動搜索電機轉速，實現(xiàn)無沖擊再啟動至設定轉速，保證負載的連續(xù)穩(wěn)定運行。
（3）自動旁路功能
　　當變頻器出現(xiàn)故障時，可將變頻器自動進行旁路，將電機直接接入原電網(wǎng)繼續(xù)運行，大大提高了運行可靠性，保證用戶生產(chǎn)工藝不受影響。
（4）主回路專利SCP技術的應用
　　智光電氣SCP是通過國家輸出兩相直接短路試驗的核心技術。針對高壓電機和電纜頭可能存在的相間短路而采取專有的抑制技術，可有效防止巨大的短路電流沖擊功率管而導
損壞，用戶外部的任何故障不造成ZINVERT的損壞。
六、結語：
　　熱電廠是耗能企業(yè)，“以熱定電，熱電聯(lián)產(chǎn)”的電力生產(chǎn)模式，符合以促進經(jīng)濟、社會、生態(tài)相協(xié)調(diào)的廣州市城市總體建設與發(fā)展模式，符合國家節(jié)能降耗的產(chǎn)業(yè)政策。我廠與廣州智光密切合作，通過合同能源管理（EPC）的節(jié)能服務運營模式，達到共贏的目的。[本文轉自：lunwen.1kejian.com]
　　綜合我廠多年節(jié)能實踐經(jīng)驗及理論計算，與改造前比較，每年可以節(jié)約電量共計約439萬kWh，折合RMB約218.62萬元；按3.45×10-4 噸標煤/kWh 計算，年節(jié)約標煤約1514.55噸。
　　由于變頻節(jié)能系統(tǒng)剛剛投產(chǎn)，具體節(jié)能的效益還有待時間驗證。
參考文獻：
[1]張淼，馮垛生.變頻器的應用與維護[M].廣州：華南理工大學出版社，2009.[本文轉自：lunwen.1kejian.com]
[2]ZINVERT系列高壓智能節(jié)能系統(tǒng)用戶手冊，2008.

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