楊彥寧

摘要：隨著火力發(fā)電廠裝機(jī)容量的不斷增大和調(diào)峰力度的不斷增加，整個發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷變化比較頻繁，而且變化幅度比較大，所以必須加大對風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速以及泵類設(shè)備流量的調(diào)節(jié)措施，對其實(shí)現(xiàn)實(shí)時的調(diào)節(jié)，進(jìn)而保證能源利用率的有效提高。文章介紹了在火力發(fā)電廠風(fēng)機(jī)和泵類設(shè)備中應(yīng)用的高壓變頻調(diào)速技術(shù)，并對其應(yīng)用的必要性進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：高壓變頻調(diào)速技術(shù)；火電廠；泵類；風(fēng)機(jī)；發(fā)電機(jī)組 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM621 文章編號：1009-2374（2015）36-0085-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.36.041

近年來，我國經(jīng)濟(jì)取得了快速的發(fā)展，同時社會對于電力的需求也在不斷增加，但面對當(dāng)前日益嚴(yán)峻的資源形式，社會各界都給予了高度的重視?；鹆Πl(fā)電廠作為我國電力的主要生產(chǎn)者，同時也是資源消耗最大的用戶，在電力生產(chǎn)過程中，需要資源源源不斷的供給，資源的大量消耗使得當(dāng)今的資源形式更加嚴(yán)峻。為緩解資源壓力，響應(yīng)國家節(jié)能減排的重大戰(zhàn)略決策，對火力發(fā)電廠中的泵和風(fēng)機(jī)等設(shè)備中的節(jié)能措施進(jìn)行了深入的研究，同時也受到了越來越多的專業(yè)技術(shù)人員的關(guān)注。在對節(jié)能措施的研究過程中，高壓變頻調(diào)速技術(shù)憑借其自身的系列優(yōu)點(diǎn)，如運(yùn)行穩(wěn)定、故障率低、良好的節(jié)能效果，使得這一技術(shù)已被廣泛地應(yīng)用于發(fā)電廠的節(jié)能改造過程中。

1 火力發(fā)電廠高壓變頻技術(shù)的必要性

1.1 火力電廠中泵與風(fēng)機(jī)類設(shè)備應(yīng)用現(xiàn)狀

在現(xiàn)階段的火電廠中，風(fēng)機(jī)和泵的選擇時都是使用了效率較高的設(shè)備，一般條件下，電廠所應(yīng)用到的設(shè)備額定效率能達(dá)到80%。在具體的機(jī)組設(shè)備配置的設(shè)計過程中，如果按照常規(guī)的設(shè)計規(guī)范來講，就要滿足鍋爐輔助設(shè)備的出力要大于鍋爐的出力，而鍋爐的出力也要大于蒸汽輪機(jī)的出力，而蒸汽輪機(jī)的出力還要大于發(fā)電機(jī)的出力，在火力發(fā)電廠中的機(jī)組的最大流量和最大阻力的基礎(chǔ)之上，又將風(fēng)機(jī)和泵類設(shè)備的出力裕量提高了10%左右。所以在火力發(fā)電廠中的主要輔助設(shè)備的容量就會比生產(chǎn)過程中的實(shí)際值要高出很多，而且設(shè)計出力會比實(shí)際出力高出25%左右，當(dāng)機(jī)組在滿負(fù)荷工況下運(yùn)行時，輔機(jī)設(shè)備一般都是由兩臺以并列的方式運(yùn)行的，另外還要保證當(dāng)其中一臺設(shè)備因?yàn)楣收显虿荒苷＿\(yùn)行時，另一臺機(jī)組要滿足能夠帶動機(jī)組大部分負(fù)荷的要求。

1.2 我國火力發(fā)電廠市場現(xiàn)狀

（1）現(xiàn)階段，發(fā)電市場上的機(jī)械設(shè)備，如磨煤機(jī)、泵類和風(fēng)機(jī)等設(shè)備普遍存在一種現(xiàn)象就是具有配置裕量較大的現(xiàn)象，而且能耗也比較高；（2）電網(wǎng)在運(yùn)行過程中存在暫時性的供大于求的現(xiàn)象，而且大部分的火力電廠都不能保證在滿負(fù)荷的工況下運(yùn)行，發(fā)電機(jī)組的帶負(fù)荷率和有效利用率都比較低；（3）在電廠的火力發(fā)電機(jī)組中，參加調(diào)峰運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)組和發(fā)電機(jī)組的單機(jī)容量也越來越大。

1.3 火電廠中高壓變頻調(diào)速技術(shù)的特點(diǎn)介紹

異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速關(guān)系式為：

n=n0（1-s）=60f0（1-s）/p

注：在上式中，n表示的是異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速；n0表示的是電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速；s代表的就是電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率；p代表的是電動機(jī)繞組的極對數(shù)；f0代表的是電動機(jī)的電源頻率。

從上面的關(guān)系式分析可以得出結(jié)論：電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n與電源頻率f0成正比例關(guān)系，只要改變該頻率f0就能夠使轉(zhuǎn)速n發(fā)生相應(yīng)的改變。高壓變頻調(diào)速技術(shù)相應(yīng)速度調(diào)節(jié)過程的實(shí)現(xiàn)依靠的就是改變電動機(jī)電源頻率的改變來完成的。高壓變頻調(diào)速技術(shù)最早的出現(xiàn)是在20世紀(jì)的90年代，近年來，伴隨著現(xiàn)代社會科技水平的不斷提高，該技術(shù)憑借其本身的優(yōu)點(diǎn)贏得了市場上的廣泛認(rèn)可，使其也成為了現(xiàn)代火力電廠節(jié)能改造的首選方案。因?yàn)樵诨鹆Πl(fā)電廠的生產(chǎn)過程中，對一些常規(guī)能源如煤、水等資源的消耗的調(diào)節(jié)要嚴(yán)格以整個發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷的變化為基準(zhǔn)來進(jìn)行，并以機(jī)組負(fù)荷的變化為標(biāo)準(zhǔn)來完成對機(jī)組設(shè)備泵與風(fēng)機(jī)流量的調(diào)節(jié)。然而，火力發(fā)電廠中的泵與風(fēng)機(jī)類設(shè)備都是由定速風(fēng)機(jī)來帶動的，所利用的都是通過對擋板門或者閥門的控制來實(shí)現(xiàn)對節(jié)流的控制，這一控制過程的實(shí)現(xiàn)存在著很大量的電能損失。因此，要實(shí)現(xiàn)當(dāng)今火力電廠經(jīng)濟(jì)效益的最大化，就必須對其進(jìn)行相應(yīng)高壓節(jié)能改造。同時，在火力發(fā)電的過程中，泵和風(fēng)機(jī)類設(shè)備都有著十分廣泛的應(yīng)用，這些設(shè)備的耗電量也占據(jù)了整個發(fā)電機(jī)組耗電總量的70%左右，而耗能參數(shù)也作為了衡量火力電廠經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)。隨著經(jīng)濟(jì)調(diào)度方式的不斷深入，火電廠對于設(shè)備節(jié)能減排的研究也在不斷開展，高壓變頻調(diào)速技術(shù)在火電廠泵與風(fēng)機(jī)設(shè)備實(shí)踐中的推廣和應(yīng)用，給當(dāng)下的電廠節(jié)能減排工作提供了一定的技術(shù)保障。

2 高壓變頻調(diào)速技術(shù)在火力電廠中的應(yīng)用要點(diǎn)

2.1 變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用條件

交流電動機(jī)的工作原理：通過在電動機(jī)內(nèi)部的切割磁感線，產(chǎn)生磁感電流，完成能量的傳遞，如果過程中電機(jī)的磁通量過大，就有可能導(dǎo)致產(chǎn)生的電流值也比較大，嚴(yán)重時會直接燒壞發(fā)電機(jī)組，然而，如果電機(jī)氣隙磁通量又過小，就會造成電機(jī)達(dá)不到規(guī)定的出力要求，所以在對機(jī)組進(jìn)行高壓變頻調(diào)速節(jié)能改造之前，務(wù)必要進(jìn)行的一步工作就是保證電機(jī)恒定的氣隙磁通量。另外，根據(jù)電機(jī)的變頻調(diào)速特性，如果供電頻率比電機(jī)的額定功率高，那么就會使得電機(jī)在工作過程中只能維持到額定電壓，其電壓值也不會隨變化而升高，而此時如果進(jìn)行變頻調(diào)速操作就會造成電機(jī)氣隙磁通量的減弱和轉(zhuǎn)矩的減小。

2.2 電廠中高壓變頻調(diào)速裝置的配置

（1）在火電廠中的大型的輔助設(shè)備多為成對配置，單獨(dú)的一臺機(jī)組也能夠滿足整個機(jī)組大部分負(fù)荷的要求。此外，當(dāng)機(jī)組在滿負(fù)荷的工況下運(yùn)行時通過高壓變頻調(diào)速技術(shù)將會造成不必要的能量損耗，所以針對具體情況，可以對一套輔助機(jī)組進(jìn)行高壓變頻的改造，當(dāng)機(jī)組運(yùn)行在高負(fù)荷的工況下時，我們可以采用兩套機(jī)組并列運(yùn)行，而當(dāng)運(yùn)行負(fù)荷比較低時，又可以采用單獨(dú)的變頻機(jī)組進(jìn)行工作，同時通過對爐膛壓力的測定來實(shí)現(xiàn)對風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的實(shí)時調(diào)節(jié)；（2）在火力電廠中的一些泵和風(fēng)機(jī)類設(shè)備，其轉(zhuǎn)矩和自身的轉(zhuǎn)速的二次方成正比例關(guān)系，當(dāng)對這些設(shè)備完成高壓變頻改造后，電機(jī)電流會得到一定程度的下降，而且整個機(jī)組的發(fā)熱量也會降低，為有效避免由于單側(cè)風(fēng)機(jī)的變頻改造造成的兩側(cè)風(fēng)路排煙系統(tǒng)的較大溫差，可以利用母管完成兩路的送風(fēng)運(yùn)行；（3）在變頻改造后的機(jī)組中，由于電機(jī)的固有頻率和變頻器的載波頻率相近，很有可能會產(chǎn)生共振的現(xiàn)象，導(dǎo)致較大噪聲的產(chǎn)生，所以為避免噪音的污染，工作人員可以對變頻器的載波頻率進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)；（4）通過對電動機(jī)的變頻改造，給電動機(jī)的運(yùn)行也帶來了一定的影響。如對鼠籠式異步電機(jī)的變頻改造完成后，會導(dǎo)致高次諧波在電機(jī)的定子電流中的出現(xiàn)，使得電動機(jī)的能量損耗增加的同時還降低了電動機(jī)的功率和效率。除此之外，因?yàn)楦邏鹤冾l器存在較小的電容量衰減，能夠有效地降低電機(jī)的啟動電流，充分地保證了電動機(jī)的使用年限。所以在設(shè)計過程中，要對系統(tǒng)的安全性和可靠性進(jìn)行綜合全面的考慮，在必要的時候?yàn)楸ＷC系統(tǒng)的通風(fēng)效果可以增設(shè)一個變頻器旁路系統(tǒng)。

3 高壓變頻調(diào)速技術(shù)節(jié)能分析

火力發(fā)電廠中的風(fēng)機(jī)是發(fā)電機(jī)組的重要輔助設(shè)備之一，主要有引風(fēng)機(jī)和送風(fēng)機(jī)兩種。引風(fēng)機(jī)和送風(fēng)機(jī)的風(fēng)量會隨著機(jī)組發(fā)電負(fù)載范圍的調(diào)整發(fā)生一定的變化，一般情況下，風(fēng)機(jī)都會在工頻狀態(tài)下以較低的效率來運(yùn)行，這一現(xiàn)象就直接導(dǎo)致了大量能量的消耗?；痣姀S的設(shè)備配置圖如圖1所示：

圖1 設(shè)備機(jī)組配置圖

火電廠中的引風(fēng)機(jī)和送風(fēng)機(jī)的運(yùn)行形式由并列運(yùn)行和單臺運(yùn)行，運(yùn)行形式主要是根據(jù)相應(yīng)的機(jī)組負(fù)載的變化。同時在負(fù)載運(yùn)行的條件下使用高壓變頻裝置，由于高壓變頻器本身存在效率上的影響，不僅達(dá)不到節(jié)能的效果，相反還會增加能源的損耗，所以機(jī)組采用了兩套引、送風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，為的就是避免單套配置在變頻運(yùn)行過程中，在兩側(cè)風(fēng)路會存在較大的溫差，此時就需要將兩路的送風(fēng)配置為由母管完成送風(fēng)運(yùn)行，由于輸送過來的風(fēng)具有不同的風(fēng)壓和風(fēng)量，通過兩路送風(fēng)裝置將風(fēng)在母管中混合，然后在空氣預(yù)熱器中預(yù)熱，這樣一來就能夠達(dá)到一定的平衡。機(jī)組的引風(fēng)系統(tǒng)在電場電除塵的作用下均勻混合，而單獨(dú)的變頻裝置不能達(dá)到此效果，對整個煙風(fēng)系統(tǒng)沒有影響。

從圖1可以看出，甲側(cè)機(jī)組鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)系統(tǒng)完成了高頻節(jié)能的改造，而乙側(cè)的風(fēng)機(jī)系統(tǒng)還是采用了原來的擋板節(jié)流的方式。在高壓變頻節(jié)能改造甲側(cè)的風(fēng)機(jī)系統(tǒng)后，對整個機(jī)組的負(fù)荷的變化最大，兩側(cè)風(fēng)門開至最大范圍，這時兩側(cè)的風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行形式是并列運(yùn)行。一般風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的風(fēng)量調(diào)節(jié)不由乙側(cè)控制，主要是由甲側(cè)的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速來進(jìn)行調(diào)節(jié)的。如果機(jī)組由高負(fù)荷變?yōu)榈拓?fù)荷，就要停止乙側(cè)的風(fēng)機(jī)運(yùn)行，主要靠變頻風(fēng)機(jī)來進(jìn)行風(fēng)量的調(diào)節(jié)，這樣方能實(shí)現(xiàn)高壓變頻調(diào)速技術(shù)的最佳節(jié)能效果。采用負(fù)壓閉環(huán)控制技術(shù)來確保鍋爐的燃燒工作，主要通過送風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)器根據(jù)煤量變化的耦合信號來調(diào)節(jié)。風(fēng)量的調(diào)節(jié)是由甲側(cè)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)的，送風(fēng)機(jī)的控制系統(tǒng)也對甲側(cè)引風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)有影響，只有維持最佳的煤風(fēng)比例和最合適的爐膛負(fù)壓，才能夠保證自動調(diào)節(jié)的正常運(yùn)作，保證鍋爐燃燒工作的順利進(jìn)行。

4 結(jié)語

隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，能源短缺問題日益嚴(yán)峻，對應(yīng)的節(jié)能減排工作也會得到政府和相關(guān)部門越來越多的關(guān)注。對于火力發(fā)電廠來講，高壓變頻調(diào)速技術(shù)的廣泛應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了大型泵類和風(fēng)機(jī)設(shè)備的變頻改造的完成，它不僅有效地降低了火力電廠的生產(chǎn)投資成本，同時提高了火力電廠的市場競爭力，而且也切實(shí)符合國家建設(shè)“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”社會的要求，具有顯著的社會、經(jīng)濟(jì)效益，相信高壓變頻調(diào)速技術(shù)在不久的將來將會得到更為廣泛的推廣和應(yīng)用。

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（責(zé)任編輯：秦遜玉）