陳文峰　王傳軍

摘要：變頻改造對(duì)于節(jié)能有著極大的作用，鍋爐風(fēng)機(jī)變頻改造節(jié)約了電能，取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。文章介紹了鍋爐引風(fēng)機(jī)的改造過(guò)程以及變頻改造后產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：高壓變頻器；火電廠風(fēng)機(jī)；鍋爐引風(fēng)機(jī)；變頻改造；風(fēng)機(jī)設(shè)備 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM621 文章編號(hào)：1009-2374（2015）11-0045-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.11.023

在火電廠的生產(chǎn)過(guò)程中，風(fēng)機(jī)是一種較為常見(jiàn)的設(shè)備，在多個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)都發(fā)揮了積極作用，如鍋爐風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)等。這些設(shè)備一般多作為輔助設(shè)備存在，但是其耗電量卻非常大，若能夠?qū)︼L(fēng)機(jī)設(shè)備進(jìn)行節(jié)能改進(jìn)，勢(shì)必能夠大大降低火電廠的整體能耗，提高火電廠的發(fā)電效率。而風(fēng)機(jī)設(shè)備的節(jié)能改造過(guò)程中，高壓變頻器能夠發(fā)揮非常積極的作用，也是節(jié)能改造技術(shù)的主要手段。焦煤集團(tuán)馮營(yíng)電廠在對(duì)本廠的2×50MW機(jī)組鍋爐引風(fēng)機(jī)和二次風(fēng)機(jī)電機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造時(shí)，就采用了這一技術(shù)。高壓變頻器安裝之后，風(fēng)機(jī)設(shè)備的工作效率有了非常明顯的提升，且操作也更加簡(jiǎn)便，更重要的是其大大降低了冷風(fēng)機(jī)的能耗量，為電廠節(jié)省了大量的成本，經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益良好。

1 風(fēng)機(jī)變頻改造的必要性分析

現(xiàn)如今，工業(yè)科技水平不斷提升，各種先進(jìn)科技的使用大大地促進(jìn)了工業(yè)生產(chǎn)力水平的提升。其中變頻技術(shù)就是這樣一種技術(shù)，其主要的作用是通過(guò)電力電子技術(shù)來(lái)控制電機(jī)速度，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)運(yùn)行效率的提升。目前，變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)被推廣應(yīng)用到風(fēng)機(jī)、水泵的節(jié)能改造上，用途廣泛。在焦煤集團(tuán)馮營(yíng)電廠的風(fēng)機(jī)改造中，就是利用變頻技術(shù)，將高壓變頻器運(yùn)用在風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)中來(lái)達(dá)到節(jié)能改造的目的。

之所以要對(duì)火電廠的風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造，主要的原因是因?yàn)轱L(fēng)機(jī)是火電廠最主要的輔助設(shè)備，其耗電量非常大，幾乎占鍋爐發(fā)電量的2%，且風(fēng)機(jī)的耗電量會(huì)隨著發(fā)電機(jī)組容量的增大而不斷增大。在200MW及以下機(jī)組，風(fēng)機(jī)的流量控制是通過(guò)調(diào)整入口導(dǎo)向葉片的角度，也就是風(fēng)門開(kāi)度的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這種調(diào)節(jié)的截流損耗一般為30%Pe（額定容量）。這種調(diào)節(jié)方式經(jīng)濟(jì)效益差、能耗大，且還會(huì)對(duì)設(shè)備帶來(lái)一定的不利影響，增大設(shè)備故障發(fā)生率和維修難度。在此情況下，控制風(fēng)機(jī)的能耗就勢(shì)在必行，這是提高電廠發(fā)電效益的關(guān)鍵。

2 高壓變頻器在風(fēng)機(jī)變頻改造中的應(yīng)用原理

高壓變頻器主要是利用高壓交流變頻調(diào)速技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)變頻控制的調(diào)速裝置，與其他調(diào)速器相比，高壓變頻器的整體效益更好，不但節(jié)能效益和調(diào)速精度較高，且調(diào)速的范圍更廣，運(yùn)行更加安全可靠，維修起來(lái)也較為方便，為此馮營(yíng)電廠在進(jìn)行風(fēng)機(jī)節(jié)能改造時(shí)首先確定的方案就是采用高壓變頻器進(jìn)行改造。其在運(yùn)行中的節(jié)能原理如下所示：

風(fēng)機(jī)設(shè)備屬平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其轉(zhuǎn)速n與流量Q，壓力H以及軸功率P具有如下關(guān)系：Q∝n，H∝n2，P∝n3；即，流量與轉(zhuǎn)速成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。根據(jù)風(fēng)機(jī)（泵）工作特性：系統(tǒng)采用閥門調(diào)節(jié)時(shí)，風(fēng)機(jī)（泵）工作點(diǎn)將由A沿曲線向B點(diǎn)移動(dòng)；系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)時(shí)，風(fēng)機(jī)（泵）轉(zhuǎn)速由n0調(diào)整為n'時(shí)負(fù)載設(shè)備工作點(diǎn)將由B點(diǎn)降至C點(diǎn)。

根據(jù)流體機(jī)械的特性而開(kāi)發(fā)的風(fēng)機(jī)專用型變頻器，通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)拖動(dòng)電機(jī)的輸入頻率，從而改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)氣體流量、流速和壓力，取代擋板、閥門等落后調(diào)節(jié)方式，可輕松實(shí)現(xiàn)25%～80%的節(jié)能量。

3 風(fēng)機(jī)變頻改造方案

馮營(yíng)電廠此次改造分別將兩臺(tái)爐的引風(fēng)機(jī)和送風(fēng)機(jī)各改造一臺(tái)，方案是一拖一手動(dòng)旁路的典型方案，原理是由3個(gè)高壓隔離開(kāi)關(guān)QS1、QS2和QS3組成（見(jiàn)圖2，其中QF為原高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的斷路器）。要求QS2和QS3不能同時(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)。斷路器和高壓隔離開(kāi)關(guān)互鎖，防止誤操作。優(yōu)點(diǎn)是在檢修變頻器時(shí)，有明顯斷電點(diǎn)，能夠保證人身安全，同時(shí)也可手動(dòng)使負(fù)載投入工頻電網(wǎng)運(yùn)行，造價(jià)低等。

變頻裝置采用的是北京利德華福的HARSVERT高壓變頻裝置，該調(diào)速系統(tǒng)采用直接“高-高”變換形式，為單元串聯(lián)多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，主體結(jié)構(gòu)由多組功率模塊串并聯(lián)而成，從而由各組低壓疊加而產(chǎn)生需要的高壓輸出，它對(duì)電網(wǎng)諧波污染小，總體諧波畸變THD小于4%，輸出波形質(zhì)量好，不存在諧波引起的電機(jī)附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問(wèn)題，不必加輸出濾波器，就可以使用普通的異步電機(jī)，500kW/6kV每個(gè)系統(tǒng)共有15個(gè)功率單元，每5個(gè)功率單元串連構(gòu)成一相，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示：

4 高壓變頻器的保護(hù)作用

本電廠改造所用高壓變頻器的功率單元是按照模塊化方式進(jìn)行設(shè)計(jì)的，因此若在運(yùn)行中某一單元出現(xiàn)了故障而不能繼續(xù)運(yùn)行，其他備用單元可以立即將其替換掉，不會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng)的正常工作，因此起到了非常好的保護(hù)作用，具體可以體現(xiàn)在以下浪涌吸收保護(hù)、熔斷器保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)、缺相保護(hù)、光纖故障保護(hù)以及變壓器保護(hù)等多個(gè)方面。以下我們以過(guò)流保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)、缺相保護(hù)和變壓器保護(hù)為例進(jìn)行分析：

第一，過(guò)流保護(hù)的主要作用是當(dāng)電機(jī)所通過(guò)的輸入電流超過(guò)了額定電流的1.5倍，且持續(xù)超過(guò)3s以上，則變頻器就會(huì)立即采取停機(jī)措施，而當(dāng)其輸出電流超過(guò)額定電流的2倍且持續(xù)10s以上，就會(huì)立即采取停機(jī)措施，以保護(hù)設(shè)備。

第二，過(guò)熱保護(hù)的作用主要可以體現(xiàn)在兩個(gè)層面上，即其可以實(shí)現(xiàn)雙重保護(hù)。當(dāng)然變頻調(diào)速系統(tǒng)柜體內(nèi)的溫度超過(guò)預(yù)設(shè)溫度時(shí)，系統(tǒng)首先會(huì)發(fā)出信號(hào)，提示工作人員。若過(guò)熱問(wèn)題沒(méi)有得到有效借鑒，主要的設(shè)備元件溫度已經(jīng)超過(guò)了極限溫度，則變頻器就會(huì)采取停機(jī)措施。一般變壓器F級(jí)絕緣的極限溫度為130℃，而功率器件的極限溫度則為85℃。

第三，缺相保護(hù)的作用實(shí)現(xiàn)主要是利用功率模塊，也就是說(shuō)，當(dāng)變頻器輸入側(cè)出現(xiàn)了掉相的問(wèn)題時(shí)，設(shè)置在功率模塊上的缺相保護(hù)設(shè)置就會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，嚴(yán)重時(shí)將會(huì)采取停機(jī)保護(hù)措施。

第四，變壓器保護(hù)的作用主要體現(xiàn)在四點(diǎn)：（1）其接線端子非常大，能夠很好地和進(jìn)線電纜連接在一起；（2）變壓器的各個(gè)分接頭即使出現(xiàn)了短路現(xiàn)象，也不會(huì)對(duì)線段端接頭產(chǎn)生損傷；（3）變壓器允許通過(guò)負(fù)荷的能力較強(qiáng)，噪音也一般控制在60dB的范圍內(nèi)，負(fù)荷國(guó)家相關(guān)規(guī)定和要求；（4）變壓器繞組系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)過(guò)熱保護(hù)功能，當(dāng)繞組溫度超過(guò)120℃時(shí)會(huì)發(fā)出警報(bào)，超過(guò)130℃則會(huì)跳閘。

5 變頻改造后的效果

通過(guò)對(duì)焦煤集團(tuán)馮營(yíng)發(fā)電廠鍋爐輔機(jī)設(shè)備進(jìn)行變頻改造，其風(fēng)機(jī)設(shè)備的運(yùn)行效率大大提升，取得非常顯著的節(jié)

能環(huán)保效益和良好的經(jīng)濟(jì)效益，主要可以體現(xiàn)在以下五點(diǎn)：

第一，在采用高壓變頻器來(lái)控制風(fēng)機(jī)系統(tǒng)后，風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行更加穩(wěn)定，不但能夠根據(jù)負(fù)荷合理對(duì)風(fēng)量大小進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，還可以有效地解決傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行中存在的風(fēng)門調(diào)節(jié)線性度差的問(wèn)題。

第二，安裝高壓變頻器后，引風(fēng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)的服役期限都大大增加了，這是因?yàn)樵诎l(fā)電機(jī)組的運(yùn)行中，引風(fēng)機(jī)作為一種離心電機(jī)，其在啟動(dòng)時(shí)需要耗費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間，啟動(dòng)時(shí)所需要的電流也非常大，幾乎是額定電流的6～8倍，這樣不但會(huì)耗費(fèi)大量的電能，而且還會(huì)給機(jī)械設(shè)備造成非常大的沖擊力，從而縮短其使用壽命。而在安裝了高壓變頻器之后，就可以通過(guò)變頻調(diào)速的方法來(lái)使引風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，這樣就不會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生較大的沖擊力，因而在很大程度上保護(hù)了引風(fēng)機(jī)設(shè)備和電動(dòng)機(jī)，從而延長(zhǎng)其服役期限。

第三，安裝高壓變頻器之后，節(jié)省了大量的電能，電廠的2臺(tái)引風(fēng)機(jī)每年可節(jié)約電量500萬(wàn)kWh。

第四，變頻改造后，風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的功率因數(shù)得到大大的提升，幾乎可以達(dá)到0.95，當(dāng)然這也是因?yàn)楸敬胃脑熘兴褂玫淖冾l器為電壓源型結(jié)構(gòu)的變頻器。

第五，變頻改造后，不但節(jié)能效果顯著，而且還大大地降低了廠房的噪音污染程度，為操作人員提供了良好的工作環(huán)境。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在火電廠的生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)中，采取一定的節(jié)能措施來(lái)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行改造是非?？尚械模@也是未來(lái)火電廠實(shí)現(xiàn)持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)途徑。本文中介紹的高壓變頻器在應(yīng)用到風(fēng)機(jī)設(shè)備上之后取得了非常顯著的節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益，不但提升了系統(tǒng)的運(yùn)行效率與安全可靠性，而且還在很大程度上改善了設(shè)備的運(yùn)行工況，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的自動(dòng)化，從本廠的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可以證明，今后，高壓變頻器在火電廠的節(jié)能改造中會(huì)有更廣闊的應(yīng)用

前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 熊俊.高壓變頻器在火電廠的應(yīng)用[D].南昌大學(xué)，2010.

[2] 唐修波.火力發(fā)電廠鍋爐風(fēng)機(jī)變頻器改造及其自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)[D].南京理工大學(xué)，2010.

[3] 劉培忠，金新勝.高壓變頻器在電廠風(fēng)機(jī)節(jié)能中的實(shí)踐與應(yīng)用[J].變頻器世界，2006，（6）.

[4] 賈慶，李思宏，李玉山.高壓變頻器在熟料生產(chǎn)線高溫風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用[J].中國(guó)水泥，2011，（1）.

（責(zé)任編輯：秦遜玉）