張掖發(fā)電公司引風(fēng)機變頻技改可行性論證

馬 軍

甘肅電投張掖發(fā)電有限責(zé)任公司，甘肅張掖 734000

0 引言

張掖發(fā)電公司#1、2鍋爐設(shè)計容量1025T/H，配有兩臺AN-28e6靜葉可調(diào)軸流式引風(fēng)機，額定風(fēng)量839400m3/h、全壓為3641Pa，配用YKK7101-8型電動機，額定功率2000kW、額定電壓6kV、額定電流231A，電機無調(diào)速裝置，靠改變風(fēng)機靜葉的角度來調(diào)節(jié)風(fēng)量。引風(fēng)機在各負(fù)荷下靜葉開度較小，變頻改造后節(jié)能效果顯著。

1 項目技術(shù)可行性

1.1 變頻節(jié)能原理

電機變頻改造后，當(dāng)負(fù)荷變化，調(diào)整風(fēng)機轉(zhuǎn)速，風(fēng)機運行效率變化不大，但風(fēng)機流量隨轉(zhuǎn)速的一次方變化，壓力隨轉(zhuǎn)速的平方變化，軸功率隨轉(zhuǎn)速的三次方變化。當(dāng)風(fēng)機轉(zhuǎn)速降低后，其軸功率隨轉(zhuǎn)速的三次方降低，相應(yīng)電機的電功率也隨轉(zhuǎn)速的三次方降低，即達(dá)到節(jié)能降耗的目的。在進(jìn)行變頻調(diào)速后，還可以實現(xiàn)對引風(fēng)機負(fù)荷的線性調(diào)節(jié)，通過調(diào)節(jié)頻率改變電動機轉(zhuǎn)速，使鍋爐爐膛壓力維持在規(guī)定范圍。

1.2 引風(fēng)機運行現(xiàn)狀

張掖發(fā)電公司機組負(fù)荷一般在60%～100%之間變化，在各負(fù)荷下引風(fēng)機靜葉開度、電流如表1所示。

項 目 180200250300320（mW）（mW）（mW）（mW）（mW）靜葉開度（%） 29 30 41 56 60引鳳機電流（A） 90 92 110 120 130

從歷史運行情況來看，引風(fēng)機選定容量過大，單臺引風(fēng)機即可帶到230mW～240mW負(fù)荷，在各負(fù)荷下靜葉開度、電流均較小。從一般變頻調(diào)速改造經(jīng)驗來看，靜葉可調(diào)風(fēng)機靜葉開度70%是一個改造是否可行、經(jīng)濟的分界點，張掖發(fā)電公司引風(fēng)機在滿負(fù)荷320mW時靜葉開度只有60%，180mW負(fù)荷時只有29%，從經(jīng)驗來看改造后節(jié)能效果較大。

1.3 項目實施技術(shù)方案

改造的目的是節(jié)能，所以變頻器容量的選取沒有必要按照電動機的額定容量來選取，只要按照引風(fēng)機電機的實際最大運行電流考慮即可滿足要求。但變頻器容量選取也不能過小，某電廠300mW機組引風(fēng)機變頻器額定容量選取1600kVA，雖然減少了投資，但引風(fēng)機在變頻運行時只能帶到250mW負(fù)荷。張掖發(fā)電公司引風(fēng)機建議選定額定容量2250kVA，額定電流選為220A，變頻裝置電氣一次系統(tǒng)接線方式采用 “一拖一” 帶旁路控制柜方式，事故情況下自動切旁路。

1.3.1 DCS系統(tǒng)與高壓變頻器的接口方案

由于增加變頻裝置，DCS系統(tǒng)需增加與變頻裝置的通信信號，根據(jù)實際情況需設(shè)置通信信號22個，其中模擬量信號有4個，開關(guān)量信號18個。開關(guān)量信號每臺高壓變頻裝置設(shè)置：

1）運轉(zhuǎn)信號；

2）待用信號；

3）停用信號；

4）重故障信號；

5）輕故障信號；

6）高壓合閘準(zhǔn)備信號；

7）停止信號；

8）啟動信號；

9）旁路信號。

模擬量信號每臺高壓變頻裝置設(shè)置：

1）轉(zhuǎn)速反饋信號；

2）轉(zhuǎn)速控制信號。

在變頻裝置運行時主要通過對DCS系統(tǒng)中以上信號進(jìn)行定義，對相關(guān)邏輯進(jìn)行組態(tài)來實現(xiàn)對變頻裝置的控制與調(diào)節(jié)。

1.3.2 DCS控制中增加以下內(nèi)容

為了實現(xiàn)對變頻裝置的啟停操作及頻率調(diào)節(jié)，在主機DCS系統(tǒng)中增加以下內(nèi)容：

1）在主機DCS系統(tǒng)中增加高壓變頻裝置的啟停按鈕，用于遠(yuǎn)方啟停高壓變頻裝置；

2）在主機DCS系統(tǒng)中增加頻率調(diào)節(jié)手操器，調(diào)整變頻裝置的頻率，以實現(xiàn)引風(fēng)機轉(zhuǎn)速手動、自動控制；

3）在主機DCS系統(tǒng)中增加高壓變頻裝置工頻旁路狀態(tài)顯示、重故障報警顯示、輕故障報警顯示。

1.3.3 運行方式及控制邏輯的說明

1）引風(fēng)機高壓變頻裝置的運行方式

引風(fēng)機啟動可以變頻啟動，也可以工頻啟動，一般情況下，選擇變頻方式啟動。由于運行中高壓變頻裝置可能出現(xiàn)故障，運行中高壓變頻裝置還必須具備兩臺工頻運行或一臺工頻、另一臺變頻的運行方式。

高壓變頻裝置的運行方式分兩種：遠(yuǎn)方控制和就地控制。就地控制時，高壓變頻裝置只能就地控制，遠(yuǎn)方操作無效，DCS系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速信號自動跟蹤變頻裝置的轉(zhuǎn)速反饋。

高壓變頻裝置DCS控制分兩種：自動方式和手動方式。手動控制方式時，通過改變DCS畫面轉(zhuǎn)速控制中的頻率值控制高壓變頻裝置頻率，實現(xiàn)爐膛負(fù)壓的調(diào)節(jié)。

2）引風(fēng)機高壓變頻裝置啟動的允許條件

引風(fēng)機變頻裝置啟動必須具備三個條件：

（1）變頻裝置的高壓部分啟動已完成；

（2）高壓變頻裝置就地就緒開關(guān)已投入運行；

（3）高壓變頻裝置的轉(zhuǎn)速輸出量符合要求，即設(shè)定值小于30%。

1.4 項目現(xiàn)場施工可行性

引風(fēng)機變頻改造需增加一個變頻小室，建議#1、2機組分設(shè)變頻小室，建筑面積60m2左右（9*6m），#1機組位置可設(shè)在引風(fēng)機小室南側(cè)，#2機組可設(shè)在引風(fēng)機小室北側(cè)。若進(jìn)行改造，變頻小室土建工期較長，但可以提前進(jìn)行，其它工程需時間40天，可以結(jié)合機組大修進(jìn)行。若考慮增壓風(fēng)機同用一變頻小室，通風(fēng)冷卻難度較大，需廠家進(jìn)行計算、確定冷卻方案。

2 項目實施后對設(shè)備、系統(tǒng)運行可靠性影響及可采取的措施

目前，國內(nèi)已有多家電廠進(jìn)行了靜葉可調(diào)式軸流風(fēng)機變頻改造，控制系統(tǒng)已相當(dāng)成熟，沒有重大技術(shù)問題。出現(xiàn)的問題有以下幾種：

1）變頻器選型偏小，帶負(fù)荷困難，某電廠改造后變頻運行只能帶250mW負(fù)荷；

2）變頻器故障。目前普遍采用變頻器設(shè)置旁路柜的方式，當(dāng)變頻器故障后有兩種控制方法，一是維持原有的控制邏輯，送風(fēng)機跳閘，要啟動引風(fēng)機必須工頻啟動，這使得設(shè)備可靠性有所降低；二是增加變頻故障后自動切工頻的功能，可靠性有所提高；

3）變頻器冷卻。變頻器運行時，產(chǎn)生的熱量很大，需10匹以上的空調(diào)5個～6個；

4）大容量轉(zhuǎn)機啟動的問題。當(dāng)高壓6kV母線上大電機起動或母線進(jìn)行切換時會造成高壓電網(wǎng)瞬間閃動，若變頻裝置不具備瞬停功能，變頻裝置會立即停機，給生產(chǎn)造成重大的經(jīng)濟損失。若增加瞬時停電再起動功能，可以根據(jù)電源波動恢復(fù)時電動機惰走的實際轉(zhuǎn)速計算出對應(yīng)的頻率，以此頻率為初始頻率使電動機起動并加速到波動前的運行狀態(tài)，以實現(xiàn)電機的連續(xù)運行，提高可靠性；

5）張掖發(fā)電公司#2機組引風(fēng)機在低負(fù)荷時有喘振現(xiàn)象，應(yīng)和風(fēng)機廠家溝通，變頻改造對風(fēng)機喘振有沒有影響。

3 項目同類電廠實施情況

3.1 楊柳青電廠

楊柳青熱電廠為四臺300mW燃煤發(fā)電機組，引風(fēng)機為靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機，改造時采用了東方日立（成都)電控設(shè)備有限公司高壓變頻裝置，可以實現(xiàn)工頻與變頻間的自動切換的功能。變頻調(diào)速改造后節(jié)電效果非常明顯，在滿負(fù)荷時節(jié)電126.49kW·h，在低負(fù)荷時節(jié)電349.8kW·h。

3.2 山西陽光電廠

山西陽光發(fā)電有限責(zé)任公司1#機組（燃煤）設(shè)計出力為300mW，機爐配有兩臺AN-28靜葉可調(diào)軸流式引風(fēng)機，額定功率2000kW、額定電壓6kV、額定電流254A，額定風(fēng)量928800m3/h、全壓為3196Pa，配用YKK800-8-W型電動機，電機無調(diào)速裝置，靠改變風(fēng)機靜葉的角度來調(diào)節(jié)風(fēng)量。引風(fēng)機電機變頻改造后節(jié)電效果顯著，在滿負(fù)荷時節(jié)電130.58kW·h，在低負(fù)荷時節(jié)電338.68kW·h。

4 項目實施后的效果

4.1 直接經(jīng)濟效益

若張掖發(fā)電公司進(jìn)行引風(fēng)機變頻改造，根據(jù)其他電廠經(jīng)驗，廠用電率可降低0.2%以上。

表2 某電廠引風(fēng)機工頻變頻參數(shù)對比表

200mW 75 662 35.5 354 46.50%

若機組運行時間按300天，每度電按0.28元計算，節(jié)省電費如表3所示。

工況負(fù)荷（mW） 工況1 工況2 工況3 工況4200260300200260300200260300200260300每天運行小時數(shù)（h） 16 4 4 12 6 6 8 8 8 6 6 12每天節(jié)省電量（kW·h） 14696 114609 105773 90518負(fù)荷率（%） 75 79 83 87每天節(jié)省電費（元） 4114 3820 3525 3017機組年利用小時數(shù)（h） 5400 5700 6000 6300兩機年發(fā)電量（億kW·h） 32.4 34.2 36 37.8年節(jié)省資金（萬元） 123.4 114.6 105.7 90.5

其中工況1和工況2比較符合張掖發(fā)電公司目前運行情況，若國內(nèi)經(jīng)濟情況好轉(zhuǎn)，可以達(dá)到工況3，即進(jìn)行變頻改造后年節(jié)約電費在105.7萬元～123.4萬元。由于張掖發(fā)電公司目前引風(fēng)機機運行電流較上表稍高，變頻改造后經(jīng)濟效益應(yīng)該比以上計算要顯著。

4.2 項目投資預(yù)算、回收期

本項目兩臺引風(fēng)機變頻預(yù)計投資在290萬元左右（若接觸器改為開關(guān)還需增加20萬元），加上土建投資8萬元、安裝費用10萬元，共需項目資金308萬元，估計投資回收周期需2.5年～3年。

4.3 間接經(jīng)濟效益分析

1）機變頻改造后，電機實現(xiàn)了軟啟動，峰值電流和峰值時間大為減少，消除了對電網(wǎng)和負(fù)載的沖擊，避免產(chǎn)生操作過電壓而損傷電機絕緣，延長了電動機和風(fēng)機的使用壽命；

2）低負(fù)荷下轉(zhuǎn)速降低，減少了機械部分的磨損和振動，延長了風(fēng)機大修周期，從而節(jié)省了大量的檢修費用；

3）在低負(fù)荷時利用變頻調(diào)節(jié)，風(fēng)機調(diào)節(jié)精度高，平穩(wěn)，爐膛負(fù)壓穩(wěn)定；

4）變頻后電機功率因數(shù)高，輸入電流減小，減輕了變壓器、電網(wǎng)的負(fù)擔(dān)；

5）低負(fù)荷時，風(fēng)機噪音減小，改善作業(yè)環(huán)境。

5 結(jié)論

靜葉可調(diào)軸流式引風(fēng)機變頻調(diào)節(jié)技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，故障率小，且現(xiàn)在增加了自動旁路功能，可靠性進(jìn)一步提高，節(jié)能效果明顯。建議進(jìn)行引風(fēng)機變頻改造，工頻變頻切換采用自動開關(guān)形式。

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