垃圾焚燒發電廠電氣設計中的節能措施

林士穎

(中國五洲工程設計集團有限公司，北京 100053)

0 引言

生活垃圾焚燒發電的過程需要消耗大量的電能，如何降低這部分能耗，非常值得研究與探討。本文僅就電氣節能方面提出一些看法與措施。

1 垃圾焚燒發電的節能措施

1.1 設置變頻器

大容量電動機，如引風機、一次風機、二次風機、空壓機、給水泵、凝結水泵、循環水泵等設備運行在低負荷狀態時，若不采取措施，極易造成能源浪費。目前大多項目依靠電機轉速調節來實現節能，在眾多調速方式中，變頻調速是應用最為高效且廣泛的。

(1)風量Q、風壓H、軸功率P與轉速n的關系

當風機轉速由n1變為n2時，風量Q1/Q2=n1/n2；風壓H1/H2=(n1/n2)2；軸功率P1/P2=(n1/n2)3。以上可見，如果通風機的轉速由n1改變為n2時，風機的風量變化與轉速比的一次方成正比；風壓變化與轉速比的二次方成正比；功率變化與轉速比的三次方成正比。

(2)電動機容量計算

電動及容量的計算公式如式(1)所示：

P=Q×H/(ηT×ηF)×130%

(1)

式中，P為風機馬達輸出軸功率，W；Q為風機風量，L/S；H為風機風壓，Kpa；ηT為風機的效率；ηF為傳動裝置的效率。

(3)變頻器的節能原理

變頻器根據工況來調整風機或水泵轉速，以控制風量或水量，滿足運行要求。從轉速與電機功率的關系可以看出，當轉速下降時，電機功率會大大下降；另一方面變頻器的調速范圍為0～100%連續可調；在整個頻率調節范圍內，電動機功率因數保持在0.95以上，這也加大了電機的效率。在垃圾焚燒發電廠內使用變頻器，大約可以使廠用電率降低1%～3%。

1.2 正確選擇和配置低壓廠用變壓器

在垃圾焚燒發電廠電氣設計中，應根據負荷類別、負荷運行方式、設備位置等進行廠用負荷計算并合理布置廠用變壓器，明確廠用變壓器的備用方式是采用明備用還是暗備用，正確選擇和配置廠用變壓器的容量和臺數。變壓器自身的損耗主要有空載損耗與負載損耗，空載損耗基本固定不變，負載損耗與負載電流的二次方成正比，如公式(2)所示：

ΔP=3I2R

(2)

當變壓器運行在負載率為60%～70%時，變壓器的功率總損耗為最小，即變壓器處于經濟運行方式。一般情況下低壓廠用變壓器選擇干式變壓器，損耗小，當投資允許時，選擇非晶合金的變壓器更為節能，而且長期運行費用更低。

1.3 開關站、變配電所接近負荷中心設置

廠用10kV(或6kV)開關站、廠用電400V變配電所按生產區和工房設置電源點，就近供電，可以降低供電電壓降落，減短供電半徑，減少線路損耗。

對于遠離主工房的生產車間，若設置了車間變配電所，且廠用變壓器兩臺互為備用，此時應該采用兩臺變壓器同時工作，而不是一臺工作一臺備用的方式，因為兩臺變壓器同時工作，每臺變壓器的工作電流是總電流的1/2，兩臺變壓器運行的損耗是一臺運行的1/2。

1.4 供配電系統三相平衡

大多數垃圾焚燒發電廠低壓廠用變壓器是動力和照明共用的，單相用電負荷(照明、空調等)占一定比例，在設計時要注意做到三相負荷分配平衡。否則，會加大線路損耗，配電變壓器損耗。

1.5 合理選擇導體截面

除了配電裝置的匯流母線以外，對于全年負荷利用小時數較大，長度超過20m的母線，發電機到主變壓器和發電機到主配電裝置的母線，均應按照經濟電流密度選擇。

對于電流較大的電纜宜按經濟電流密度校驗截面。通常按經濟電流密度選擇時，比按載流量以及動熱穩定選擇的電纜截面大1～2級，雖然線損減少，但初期投資增加。根據計算，一般2～4年即可收回投資，而且年最大負荷利用小時數愈大，回收年限愈短。當超過回收年限之后，因損耗減少每年可節省的費用，逐年累計是十分可觀的。

1.6 采用高效節能的電動機以及電壓的選擇

廠用交、直流電動機均宜采用效率高、功率因數高的電動機。目前大多數垃圾焚燒發電廠高壓廠用電壓均選擇為10kV時，而不選擇6kV，主要是因為當前10kV電動機工藝成熟，價格下降，與6kV電動機相差不多。而10kV與6kV相比送電功率高、電能損耗小、供電質量高、電壓降落小、所需電纜截面小。當高壓廠用電壓為10kV時，250kW以上的電動機可采用10kV，250kW以下的電動機宜采用380V；合理選擇電動機的電壓等級，可以很好的控制線路電壓降，也可以減小電纜的截面。

對于單機容量較大的電動機可以采用雙速電動機(如冷卻塔風機)，根據不同的季節等工況來決定電機采用高速或低速運行，一般能節省風機所消耗電能的40%～50%。

1.7 照明的節能設計

垃圾焚燒發電廠照明設計應選用單燈功率高、光效高的光源，可選用LED燈、高效熒光燈、高效金鹵燈、電磁感應燈等；選用綠色、高效、配光合理、安全的燈具。廠區道路照明可根據現場情況選擇風光互補路燈。在焚燒廠房內可選LED三防燈；主控樓和綜合樓及其他辦公場所可采用LED格柵燈；一般廠房采用防水防塵LED燈。由此可以達到既節能又獲得較好色溫的效果。

對照明的控制應該采取一些有利于節能的手段。建筑物內燈具控制根據生產要求及自然采光情況分組控制。首先，適當地設置照明控制開關，方便隨時根據自然光的情況來決定燈的開關，在走廊以及樓梯間可采用聲控或微波感應等方式來控制燈的明滅。其次，在生產車間內可設計時間控制器來根據天明天黑的時間來控制照明燈的開關。

加強照明用電管理也是照明節電的重要方面。照明節電管理主要以節電宣傳教育和建立實施照明節電制度為主，使人們養成隨手關燈的習慣；對集體宿舍按戶安裝電度表、限制用電，這些都能有效地降低照明用電量。當燈泡積污時，其光通量可能降到正常光通量的50%以下。燈泡、燈具、玻璃、墻壁不清潔時，其反射率和透光率也會大大降低。為了保證燈的發光效果，應根據照明環境定期清潔燈泡、燈具和墻壁。當燈已出現閃動時，要及時更換；因為氣體放電燈在啟動時耗電最高，因此需要配置節能型電子鎮流器，提高氣體放電燈的功率因數。

1.8 諧波治理

當注入電網的諧波超過允許值時，諧波電流會使變壓器的銅耗增加、諧波污染會增加輸電線路的損耗、諧波污染會增大中性線電流，引起中性點漂移、造成過負荷發熱，使損耗增加，降低供電的電能質量。諧波污染將會使電纜的介質損耗、輸電損耗增大，泄漏電流上升，溫升增大及干式電纜的局部放電增加，引發單相接地故障的可能性增加。應根據諧波源的特點采用相應的濾波措施，如配備有源濾波器等。

1.9 加強計量管理

發電機、主變壓器、高壓電動機、廠用變壓器、各生產工藝、照明、通風空調等均設置電能計量裝置，有效加強發電及用電的電能管理。根據各部分的用電情況，制定相應的節能措施，實現節能目的。

1.10 太陽能光伏發電

一般情況下，垃圾焚燒發電廠均建設在人跡罕至的地方，此處陽光充足，可在屋面或外墻上安裝太陽能板，形成小型光伏發電。光伏發電作為一種新型的、具有廣闊發展前景的發電和能源綜合利用方式，倡導就近發電、就近并網、就近轉換、就近使用的原則，因此在垃圾焚燒發電廠設置光伏發電，將其所發電能用于電廠的照明、空調、通風等，則可以利用太陽能并節省下垃圾焚燒所產生的電能。

2 結束語