張掖發電公司引風機變頻技改可行性論證

馬 軍

甘肅電投張掖發電有限責任公司，甘肅張掖 734000

0 引言

張掖發電公司#1、2鍋爐設計容量1025T/H，配有兩臺AN-28e6靜葉可調軸流式引風機，額定風量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，電機無調速裝置，靠改變風機靜葉的角度來調節風量。引風機在各負荷下靜葉開度較小，變頻改造后節能效果顯著。

1 項目技術可行性

1.1 變頻節能原理

電機變頻改造后，當負荷變化，調整風機轉速，風機運行效率變化不大，但風機流量隨轉速的一次方變化，壓力隨轉速的平方變化，軸功率隨轉速的三次方變化。當風機轉速降低后，其軸功率隨轉速的三次方降低，相應電機的電功率也隨轉速的三次方降低，即達到節能降耗的目的。在進行變頻調速后，還可以實現對引風機負荷的線性調節，通過調節頻率改變電動機轉速，使鍋爐爐膛壓力維持在規定范圍。

1.2 引風機運行現狀

張掖發電公司機組負荷一般在60%～100%之間變化，在各負荷下引風機靜葉開度、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，引風機選定容量過大，單臺引風機即可帶到230mW～240mW負荷，在各負荷下靜葉開度、電流均較小。從一般變頻調速改造經驗來看，靜葉可調風機靜葉開度70%是一個改造是否可行、經濟的分界點，張掖發電公司引風機在滿負荷320mW時靜葉開度只有60%，180mW負荷時只有29%，從經驗來看改造后節能效果較大。

1.3 項目實施技術方案

改造的目的是節能，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機組引風機變頻器額定容量選取1600kVA，雖然減少了投資，但引風機在變頻運行時只能帶到250mW負荷。張掖發電公司引風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系統與高壓變頻器的接口方案

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

1）運轉信號；

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置：

1）轉速反饋信號；

2）轉速控制信號。

在變頻裝置運行時主要通過對DCS系統中以上信號進行定義，對相關邏輯進行組態來實現對變頻裝置的控制與調節。

1.3.2 DCS控制中增加以下內容

為了實現對變頻裝置的啟停操作及頻率調節，在主機DCS系統中增加以下內容：

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

2）在主機DCS系統中增加頻率調節手操器，調整變頻裝置的頻率，以實現引風機轉速手動、自動控制；

3）在主機DCS系統中增加高壓變頻裝置工頻旁路狀態顯示、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）引風機高壓變頻裝置的運行方式

引風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，遠方操作無效，DCS系統的轉速信號自動跟蹤變頻裝置的轉速反饋。

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畫面轉速控制中的頻率值控制高壓變頻裝置頻率，實現爐膛負壓的調節。

2）引風機高壓變頻裝置啟動的允許條件

引風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已投入運行；

（3）高壓變頻裝置的轉速輸出量符合要求，即設定值小于30%。

1.4 項目現場施工可行性

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

2 項目實施后對設備、系統運行可靠性影響及可采取的措施

目前，國內已有多家電廠進行了靜葉可調式軸流風機變頻改造，控制系統已相當成熟，沒有重大技術問題。出現的問題有以下幾種：

1）變頻器選型偏小，帶負荷困難，某電廠改造后變頻運行只能帶250mW負荷；

2）變頻器故障。目前普遍采用變頻器設置旁路柜的方式，當變頻器故障后有兩種控制方法，一是維持原有的控制邏輯，送風機跳閘，要啟動引風機必須工頻啟動，這使得設備可靠性有所降低；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，產生的熱量很大，需10匹以上的空調5個～6個；

4）大容量轉機啟動的問題。當高壓6kV母線上大電機起動或母線進行切換時會造成高壓電網瞬間閃動，若變頻裝置不具備瞬停功能，變頻裝置會立即停機，給生產造成重大的經濟損失。若增加瞬時停電再起動功能，可以根據電源波動恢復時電動機惰走的實際轉速計算出對應的頻率，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，以實現電機的連續運行，提高可靠性；

5）張掖發電公司#2機組引風機在低負荷時有喘振現象，應和風機廠家溝通，變頻改造對風機喘振有沒有影響。

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燃煤發電機組，引風機為靜葉可調軸流風機，改造時采用了東方日立（成都)電控設備有限公司高壓變頻裝置，可以實現工頻與變頻間的自動切換的功能。變頻調速改造后節電效果非常明顯，在滿負荷時節電126.49kW·h，在低負荷時節電349.8kW·h。

3.2 山西陽光電廠

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

4 項目實施后的效果

4.1 直接經濟效益

若張掖發電公司進行引風機變頻改造，根據其他電廠經驗，廠用電率可降低0.2%以上。

表2 某電廠引風機工頻變頻參數對比表

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，節省電費如表3所示。

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

其中工況1和工況2比較符合張掖發電公司目前運行情況，若國內經濟情況好轉，可以達到工況3，即進行變頻改造后年節約電費在105.7萬元～123.4萬元。由于張掖發電公司目前引風機機運行電流較上表稍高，變頻改造后經濟效益應該比以上計算要顯著。

4.2 項目投資預算、回收期

本項目兩臺引風機變頻預計投資在290萬元左右（若接觸器改為開關還需增加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 間接經濟效益分析

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

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

3）在低負荷時利用變頻調節，風機調節精度高，平穩，爐膛負壓穩定；

4）變頻后電機功率因數高，輸入電流減小，減輕了變壓器、電網的負擔；

5）低負荷時，風機噪音減小，改善作業環境。

5 結論

靜葉可調軸流式引風機變頻調節技術已經相當成熟，故障率小，且現在增加了自動旁路功能，可靠性進一步提高，節能效果明顯。建議進行引風機變頻改造，工頻變頻切換采用自動開關形式。

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