200MW火電機組送風機變頻節能改造的研究與應用

高力強

摘 要：徐礦集團新疆阿克蘇熱電有限公司規模為2×200MW機組，配置兩臺型號為HX670/13.73-Ⅱ的超高壓一次中間再熱式自然循環燃煤鍋爐。每臺鍋爐配兩臺單吸、離心式、液力耦合器調速型送風機，電機功率為1400KW，由于市場原因，機組長期在低負荷下運行，具有較大的節能空間。2019年#2機組檢修期間，對送風機進行了變頻改造。本文介紹了200MW火電機組送風機變頻改造的工作原理，針對該廠現有送風機長期處于“小馬拉大車”運行，能耗偏高的情況，提出了改造方案。對送風機變頻改造前后節能的效果進行了分析對比，節電效果超過預期。

關鍵詞：送風機;變頻改造;節電

中圖分類號：TN773 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）22-0180-03

0 引言

能源產業是國民經濟的基礎之一，對國民經濟的提升和發展有極其重要的作用。在經濟不斷增長的大環境下，中國能源產業面臨經濟不斷增長及環保等多重壓力。受資源、技術能力、市場等因素的影響，我國能源利用率水平遠低于發達國家，多數能源在開發、過程轉換、儲藏運輸和實際利用過程中浪費嚴重。由此可見，提高能源利用率已迫在眉睫。

對于火力發電機組來說，80%左右的廠用電消耗在大容量風機、水泵等廠用高壓輔機電動機上，并且多數廠用高壓輔機運行效率低，長期運行在低負荷區間，設備出力變化頻繁，偏離高效運行工況點，造成能源在利用過程中浪費嚴重，這與高質量發展的趨勢相悖。

利用變頻調速節能技術能夠改變電動機工作電源的頻率和幅值，從而改變電機的轉速，使得輸出功率隨著負荷的大小而變化，完成對交流異步電機啟動方式的改變，通過變頻來調節速度，提升運行精度，提高功率因數，實現各種保護功能，還可實現長期低負荷運行工況下節約廠用電的目的。

1 變頻調速節能原理及優點

1.1 變頻器的調速原理

高壓變頻調速是通過改變電機的頻率實現調速功能的。

公式中n表示轉速，f表示頻率，p表示極對數，s表示轉差率，極間對數、轉差率一定時，電機轉速和頻率成正比。持續改變頻率，就能實現電機轉速平滑的變化。高壓變頻技術可實現恒定轉矩，無級調速，調速范圍廣，在0～100%調速范圍內，效率可以達到96%，具備電機軟起動功能，可以有效解決啟動電流大對設備造成沖擊的問題。

1.2 送風機變頻調速的節能原理

以風機變頻調速節能原理為例。改變風機轉速和風門開度調節風量，風機運行特性和工況點如圖1所示。

風機在全速下風壓與風量（P-Q）的特性曲線為曲線1，風門全開時管網的特性曲線為曲線2。自然運行工況點為點A，P1和Q1分別為風壓和風量。若Q2為實際風量，則通過調節風門開度，使管網的特性變化得到曲線3，和曲線1的交點B，得到要求的風量Q2。風壓提高到P2。改變風機的轉速風機的特性曲線為曲線4，與曲線2交于C點，也可以得到要求的風量Q2，此時風壓下降到P3。假設在A、B、C三個工況點運行時，各系統的效率相等，則A、B、C三個工況點運行時所吸收的功率PA，PB，PC應該和對應工況點的風量和風壓的乘積成正比，即圖中AP1OQ1、BP2OQ2、CP3OQ3三個矩形的面積成正比關系。從圖中可知，PB略小于PA，而PA遠大于PC。可以得出，通過改變風機轉速調節風量所消耗的電能，遠遠少于調節風門開度改變風量所消耗的電能[1]。

1.3 變頻調速的優點

（1）有優越啟動性能。一般情況下，功率較大的電動機啟動時電流都很大，對設備造成不同程度的沖擊，縮短設備的使用壽命。通過變頻調速啟動，可以有效控制啟動電流在一定范圍內，實現電機轉速緩慢增加，減小對電源及負載的沖擊，延長設備使用壽命。

（2）有良好的調速性能。均勻改變電源頻率，電動機的轉速就可以平滑地改變。變頻調速可以實現無級調速，調速過程平滑，變頻器可以實現0至50Hz的輸出，因此調速范圍廣。

（3）有效提高功率因數。變頻器濾波電容可以對電機無功進行補償，輸入功率因數可以在0.95以上。對于工頻狀態下運行的電動機而言，功率因數會大幅提高。

（4）節電效果明顯。通過改變頻率，電機轉速降低，功率消耗會大幅下降。

（5）減少機械磨損。通過變頻調速，可以有效減少風機擋板、軸承、密封的磨損，減少設備維護量。

（6）運行可靠性高。變頻器保護配備齊全，出現過壓、欠壓、缺相、輸出接地、輸出短路、過流、變壓器過載等情況時，保護都能夠快速可靠的動作。

2 送風機改造方案

風機的改造主要問題集中在液偶是否拆除的問題上。主要有以下改造方案：

2.1 保留液偶結構

如圖2所示，a保留原有液偶不做任何改變，勺管開度維持在最大值附近，b將液偶中的泵輪、渦輪拆除，后用連軸器連接輸入軸與輸出軸。

2.2 拆除液偶

如圖3所示，a底座全部拆除，將風機與電機靠近，b用較長聯軸器進行風機和電機的直聯，基礎不變動。

如表1所示，在上述的四種方案中，1a運行可靠性和節能效果比其他幾種方案低，實現風機軸與電機軸的相連接為最優方案。其中1b，2a，2b方案均滿足要求。

方案2b中電機與風機的距離不變，在無中間軸系支撐的情況下，在使用較長的聯軸器長時間運行的穩定性和安全性較差。

方案2a中，電動機基礎如果不需要重新建造，平移難度不大的情況優先選擇2a方案[2]。

3 送風機改造前后的數據對比分析

如表2所示，送風機變頻改造后，從連續運行日的發電情況和送風機耗電量對比發現，改造后較改造前送風機日耗電平均節約0.7768萬千瓦時左右，2018年我公司#2機組實際運行8246小時，每度電按照0.25元計算，則年節約電費=0.7768萬kwh/24h×8246h×0.25元/kwh=66.72萬元。

#2機組送風機變頻改造投入費用130萬元，年節約電費66.72萬元，回收投資年限約為2年。

4 結語

通過理論分析、改造后的實際運行的數據及結果分析可知，變頻技術替代液力偶合器裝置理論上可行，技術上先進，運行上安全可靠，經濟上合理，回收投資年限短，節電效果明顯。綜合以上的分析，送風機高壓變頻替代液力耦合器的改造可行。

參考文獻

[1] 周忠寧，李意民.中國礦業大學電力工程學院，給水泵、送風機系統節能改造可行性研究報告，2016.

[2] 丁海明.徐礦集團新疆阿克蘇熱電有限公司送風機變頻改造實施方案，2019.