高压变频器在火力发电厂引风机节能改造上的应用

高压变频器在火力发电厂引风机节能改造上的应用

金继源

新疆国泰新华矿业股份有限公司新疆昌吉831100

摘要：本文介绍了某火力发电厂三台机组引风机调节方式由原液力偶合器调节改造为高压变频器调节的改造项目，分析改造前后的能耗情况，为同类型电厂节能改造提供了参考。

关键词：电厂；风机；改造；节能；高压变频器

引言：火力发电厂是能源的转换工具，既是产能大户，又是耗能大户，同时也是节能潜力大户，电厂用的水泵、风机的耗电量占生产能耗的70%以上。在电力生产过程中，辅机设备的运行调整以及降低厂用电率一直是重要课题。

如何有效地“节能减排”，对于电力安全生产以及提高经济效益有着举足轻重的意义。传统的解决方案是各种风机、水泵都使用两台，一用一备，或每台选型容量均大于50%，运行中，考虑炉膛燃烧调整，使用一台出力不够，所有一次、二次、引风机都存在“转动”备用现象，机组负荷率在80%时，风机电机的实际使用效率都低于70%，且传统调节方式一般为挡板调节或液力耦合器调节，能源消耗较大。

某火力发电厂3×135MW机组同样面临该问题，特别是每台机组配备的两台引风机能耗居高不下，如何减少引风机电耗，提高经济效益成了摆在该厂面前的一项重要课题。

1改造前状况

1.1系统构成

某火力发电厂3×135MW机组，单元制布置，每台机组配置蒸发量480t/h锅炉1台，超高压一次再热抽汽凝汽式空冷135MW汽轮机和135MW空冷发电机各一台，每台锅炉配置两台引风机，引风机布置在锅炉布袋除尘器和烟囱烟道之间，具体见图1。

图1引风机在系统中的位置

1.2设备介绍

该厂每台锅炉配有两台引风机，引风机的型号是Y4-60-14№30.3FL型，为单吸离心式风机。风机包括机壳、叶轮、主轴、进气箱、进风口和进口调节门等部件。风机通过电机带动叶轮旋转，叶轮将能量传递给空气（烟气）。空气（烟气）通过调节门、进气箱、进风口进入叶轮，由进口调节门调节所需风量。转动组由带底座的电机通过液力偶合器驱动，风机主轴由两个自润滑滚子轴承支撑。电机型号为YKK710-6。

1.3调节方式

某火力发电厂3×135WM机组，引风机原全部采用液力耦合器进行软起、调节，正常运行机组基本稳定在100WM负荷运行。

1.4存在问题及解决思路

电厂设计规范决定了电机实际功率值远高于实际运行需求值，而该电厂又是按照煤矸石做燃料进行电机选型，所以电机功率的冗余量极大，在现行运行过程中存在着大量的能源浪费，另外，由于原安装的液力偶合器效率低，故障频发，调节幅度不大，无法满足现场调节的需求。

随着变频技术的成熟，出现了安全、可靠的大功率变频器，使得电厂重要辅机设备使用变频控制成为现实，在负荷率较低时能够实时控制风机转速，在省调调峰时，能够平滑地调整出力，解决冲击电机引起的轴温上升过快的问题，同时保证风机在运行过程中挡板全开，减少节流损失，增加效率，拆除故障频发的液力耦合器，减少设备维护量。

因此，经过分析研究，该厂决定拆除原引风机液力偶合器，加转高压变频器对风机进行调节。

2变频调节与液力偶合器调节对比

2.1变频器调节方式的优点

运行稳定，安全可靠。变频器具有免维护的特点，只需定期清理柜门上的通风滤网，不用停机，保证了生产的连续性。节能效果较为显著，大大降低了电耗。电动机实现了真正的软启动、软停运，变频器提供给电机的无谐波干扰的正弦波电流，降低了电机的故障次数。同时，变频器设置共振点跳转频率，避免了风机会处于共振点运行的可能性，使风机工作平稳，风机轴承磨损减少，延长了电机和风机的使用寿命和维修周期，提高了设备的使用寿命。变频器自身保护功能完善，同原来继电保护比较，保护功能更多，更灵敏，大大加强了对电机的保护。变频器同现场信号采用可靠的连接方式，控制方便，性能可靠，满足生产需要。变频器内置有PLC，现场信号接入灵活。由变频器自身的频率输出进行转速测定。设备适应电网电压波动能力强，当电网电压高达7kV，或者电压低至5kV变频器仍能正常运行。

在加速期间大大减小了噪声，削弱了噪声污染。由于不用定期拆换轴承或者进行维修，避免了机油对环境的污染，使风机房的现场环境有了极大改善。由于电机降低速度运行以及工作在高效率区，因此电机和轴承的温升都很低，这样可以延长风机系统的使用寿命。系统具有保护电机的功能，可以对电机的过流过压进行实时保护。

2.2采用液力耦合调速方式缺点：

一般调速范围在30%～90％之间（新型号调速范围不超过10％—90％），转速不稳定，在低速和高速时均存在丢速现象（高速时更明显），严重时影响工艺、降低产品质量；调至最低转速时转速依然偏高，不能满足工艺条件，由于低速运行时其转差损耗大，转差损耗达15％左右，因此会造成电能资源的浪费；调节精度低、线性度差，响应慢；启动电流仍比较大，影响电网稳定；液力耦合器故障时，无法切换至工频旁路运行，必须停机检修；漏油严重，对环境污染大，地面被油污蚀严重；电动机的效率低，损耗大，尤其低速运行时，效率极低；后期维护、维修费用大。

3改造前后能耗情况

3.1变频改造前能耗状况

由于该厂属于省调电厂，正常都不能满负荷运行，机组负荷率在75%时，单台引风机就能满足出力要求，但是，考虑锅炉燃烧调整问题与机组负荷经常调整，实际使用两台引风机，通过调整引风机出口挡板来调整风量，使得能源浪费严重，而且，在这种运行方式下，因为液力耦合器调整死区问题，调整比较困难，故障较多。同时也增加了电气设备的维护量。

在机组运行期间，机组负荷率在80%左右时，单台引风机的运行电流平均约在141A左右，机组负荷率在100%时，单台引风机的运行电流平均约在159A左右。正常运行工况下，单台机组运行期间，启动2台引风机，运行人员通过调整液力耦合器或者调整出口风门来调节风量。2011年1—5月份的发电厂用电率达到11.47%左右。

3.2变频改造节能计算原理

3.2.1经验公式法

按照实际运行电流I，则现阶段系统消耗功率的计算：

W工频=1.732×U×I×cosφ。

当风机（水泵）转速从n变到n’，流量Q、压力H及轴功率P的变化关系：

Q’=Q（n’/n）（1）

H’=H（n’/n）2（2）

P’=P（n’/n）3（3）

使用变频器后系统估算消耗能量：

W变频=W额定（n’/n）3＝W额定（Q’/Q）3/μ1/μ2

（μ1：电机效率μ2变频器效率）

节电率：n＝（W工频–W变频）/W工频×100％

3.2.2公式推导法

风机效率：μf=0.63

传动效率：μt=0.97

电机效率：μd=0.95

变频器效率：μb=0.965

风机出口流量：Q=115m3/s

风机出口压力：H=-5.4kPa

Pg=1.732×U×I×cosφ

Pb=Pd/μb=Pf/μt*μd*μb=QH/（μf*μt*μd*μb）

μ=（Pg-Pb）/Pg

3.3投资情况

3.3.1变频器成套设施：

与1800KW电机配套的单台变频器：1800*1000*0.7=126万元

3.3.2引风机引出的电力电缆：

电缆型号ZR-VV22，规格为：3*185，电压等级7.3kv，单价按照400元/米，共计需要约200米，8万元，2#引风机需要约260米，约10.4万元。共计18.4万元，包括施工。

3.3.3引风机与配套电机连接方式改造

拆除液力耦合器，价格在1万元左右。

3.3.4变频间设施

隔离原除尘除灰配电室为除尘除灰配、变频设备小间，需要增加隔离墙一堵、空调一台、防火门2个，共计5万元左右。

3.3.5其他费用

设计、施工安装、调试等配用估算20万元每台，单台估计投资170.4万元。

考虑其它安装、设计、调试费用，6台引风机改造共计投资1180万。

3.4节能效果及经济效益

3.4.1电量节约计算：

3.4.1.1电机设计规范

3.4.1.2节能分析

机组在100%、80%两种负荷运行方式下电机状况统计

Pg=1.732×6.3×I×cosφ

机组在100%负荷运行方式下引风机电机变频改造前后能耗比较

A、不使用变频器

Pg=1391kw

B、使用变频

风机效率μf=0.63

传动效率：μt=0.97

电机效率：μd=0.95

变频器效率：μb=0.965

风机出口流量：Q=115m3/s

风机出口压力：H=-5.4kPa

Pb=Pd/μb=Pf/μt*μd*μb=QH/（μf*μt*μd*μb）=115*5.4/（0.63*0.97*0.95*0.965）=1108kW

C、节能效果

μ=（Pg-Pb）/Pg=（1392-1108）/1392=20%

机组在80%负荷运行方式下引风机电机变频改造前后能耗比较

A、不使用变频器

Pg=1298kw

B、使用变频

风机效率μf=0.63

传动效率：μt=0.97

电机效率：μd=0.95

变频器效率：μb=0.965

风机出口流量：Q=115m3/s

风机出口压力：H=-4.3kPa

Pb=Pd/μb=Pf/μt*μd*μb=QH/（μf*μt*μd*μb）=115*4.3/（0.63*0.97*0.95*0.965）=883kW

C、节能效果

μ=（Pg-Pb）/Pg=（1298-883）/1298=30%

3.4.1.3单台电机节电计算

按照机组80%负荷运行，单台引风机年使用300天，共计7200小时，935万KW/h。

从上表可以看出单台引风机年节约电为299万KW/h，6台引风机年节约电299×6=1794万KW/h，折合成标准煤1794×3.5=6279吨。

3.4.2经济效益计算

按照每度电0.3元计算，单台引风机每年节约88万元。

3.4.3社会效益

改造后根据负荷调整风机，实现无极调速，保证安全生产，这是最大社会效益。节约风机调整时间、电机和开关的维护时间。

结束语：

通过变频改造，增加设备的安全可靠性，提高经济效益，提高了工艺流程的自动化水平，减少事故率。同时6台电机每年节约电量1794万KW/h，折合成标准煤1794×3.5=6279吨。

同时，为其他同类型电厂的节能改造提供了参考。

参考文献：

[1]谢碧蓉，重庆恒泰电厂引风机变频节能改造．重庆电力高等专科学校学报，2011（12）．

[2]何川，泵与风机[M]，中国电力出版社，2008（6）．

[3]苏代壮，高压变频器在600MW机组引风机的应用．发电技术，2011（5）．

[4]任战杰，300MW火力发电机组引风机变频改造分析．企业技术开发，2011（9）．