淺談燃煤電廠(chǎng)引風(fēng)機(jī)變頻器改造實(shí)現(xiàn)節(jié)能減耗

馮錦祥

（華陽(yáng)電業(yè)有限公司，福建 漳州 363000）

1 前言

一次能源是不可再生的國(guó)家資源，節(jié)約是國(guó)家的基本國(guó)策，節(jié)能減耗是國(guó)家的長(zhǎng)遠(yuǎn)方針，華陽(yáng)電業(yè)有限公司漳州后石電廠(chǎng)（裝機(jī)容量7×600MW）作為全國(guó)“百家重點(diǎn)用能單位”，為完成2020年年度供電煤耗節(jié)能考核目標(biāo)，前期通過(guò)對(duì)耗能設(shè)備數(shù)據(jù)資料收集，分析了風(fēng)機(jī)類(lèi)設(shè)備調(diào)速的基本原理,最終確定對(duì)引風(fēng)機(jī)設(shè)備進(jìn)行變頻改造，然后引風(fēng)機(jī)采用離心式，以入口導(dǎo)葉開(kāi)度來(lái)控制爐膛負(fù)壓，節(jié)流損耗大，效率低、電耗高，是節(jié)能改造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

2 改造重點(diǎn)

（1）對(duì)6#、7#機(jī)組引風(fēng)機(jī)A、B電機(jī)增設(shè)高壓變頻器，同時(shí)設(shè)計(jì)配置旁路切換開(kāi)關(guān)，變頻器故障時(shí)可通過(guò)旁路切換開(kāi)關(guān)盡快恢復(fù)到改造前的工頻狀態(tài)運(yùn)行，確保機(jī)組能夠快速恢復(fù)正常運(yùn)行。6#、7#引風(fēng)機(jī)功率9000kW，經(jīng)西安熱工院測(cè)試計(jì)算，變頻器功率選擇6300kW即可滿(mǎn)足機(jī)組全負(fù)荷工況，可節(jié)省變頻器投資費(fèi)用約40%。

（2）新建6#、7#機(jī)組引風(fēng)機(jī)變頻器室兩間。每間安裝2套變頻器、四套空水冷裝置，變頻器產(chǎn)生的熱量經(jīng)風(fēng)道循環(huán)至戶(hù)外的空水冷裝置冷卻后再送回變頻器室，確保室內(nèi)溫/濕度控制在30℃/60%左右。采用空水冷裝置比單純空調(diào)冷卻省電一半以上，運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單、費(fèi)用低。通過(guò)設(shè)置電動(dòng)緊急排風(fēng)口，空水冷裝置故障時(shí)自動(dòng)打開(kāi)直接將變頻器熱量排至室外，提高可靠性。同時(shí)，引風(fēng)機(jī)變頻器室另外安裝兩臺(tái)10匹工業(yè)空調(diào)可在高溫季節(jié)輔助制冷及空氣除濕使用。

（3）為使引風(fēng)機(jī)變頻改造符合電廠(chǎng)制程及操作習(xí)慣，運(yùn)行部專(zhuān)業(yè)人員編寫(xiě)了引風(fēng)機(jī)變頻控制邏輯，經(jīng)與西安熱工院詳細(xì)檢討修訂后，再由技術(shù)人員寫(xiě)入機(jī)組DCS，確保引風(fēng)機(jī)變頻器的可靠控制。改造后功能上實(shí)現(xiàn)旁路/變頻一鍵啟停，同時(shí)保留引風(fēng)機(jī)原來(lái)的啟停方式，確保工頻、變頻均可正常操作，簡(jiǎn)化值班員操作流程，人員操作性和適應(yīng)性良好。

（4）本次改造在原有爐膛壓力導(dǎo)葉控制邏輯基礎(chǔ)上，新增一套獨(dú)立的變頻控制邏輯，兩套邏輯不同時(shí)投入控制，避免調(diào)節(jié)沖突；并進(jìn)行了引風(fēng)機(jī)導(dǎo)葉最大開(kāi)度、工頻運(yùn)行導(dǎo)葉控制特性試驗(yàn)、變頻器空載特性試驗(yàn)、變頻運(yùn)行導(dǎo)葉控制特性試驗(yàn)等全面采集引風(fēng)機(jī)工況參數(shù)，為變頻運(yùn)行時(shí)爐膛壓力控制提供依據(jù)。

進(jìn)行了引風(fēng)機(jī)導(dǎo)葉最大開(kāi)度測(cè)試、引風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行導(dǎo)葉控制特性試驗(yàn)、引風(fēng)機(jī)變頻器空載特性試驗(yàn)、引風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行導(dǎo)葉控制特性試驗(yàn)等全面采集引風(fēng)機(jī)工況參數(shù)，為變頻運(yùn)行時(shí)爐膛壓力控制提供邏輯改造依據(jù)進(jìn)行了引風(fēng)機(jī)導(dǎo)葉最大開(kāi)度測(cè)試、引風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行導(dǎo)葉控制特性試驗(yàn)、引風(fēng)機(jī)變頻器空載特性試驗(yàn)、引風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行導(dǎo)葉控制特性試驗(yàn)等全面采集引風(fēng)機(jī)工況參數(shù)，為變頻運(yùn)行時(shí)爐膛壓力控制提供邏輯改造依據(jù)旁路運(yùn)行時(shí)，爐膛負(fù)壓維持原有導(dǎo)葉控制。機(jī)組啟動(dòng)初期，變頻器維持最小頻率15Hz運(yùn)行，爐膛負(fù)壓初始由導(dǎo)葉控制，隨著鍋爐負(fù)荷增加，導(dǎo)葉開(kāi)度接近上限，爐膛負(fù)壓即可切至變頻控制。

（5）除正常運(yùn)行控制邏輯，DCS另外設(shè)置運(yùn)行中“變頻轉(zhuǎn)定頻”、“定頻轉(zhuǎn)變頻”及“導(dǎo)葉活動(dòng)操作”三個(gè)自動(dòng)程序，以減小運(yùn)行人員日常操作工作量及避免人為操作所帶來(lái)的潛在風(fēng)險(xiǎn)，主要有：①變頻與定頻切換操作：變頻運(yùn)行時(shí)，因特殊工況原因可能需要將變頻器暫時(shí)改為定頻運(yùn)行導(dǎo)葉控制模式，啟動(dòng)該程序按鈕后，控制器自動(dòng)調(diào)節(jié)爐膛負(fù)壓，并按照一定速率輸出導(dǎo)葉控制指令，關(guān)小入口導(dǎo)葉、提升頻率至預(yù)設(shè)條件后可切為定頻控制。定頻運(yùn)行需切回變頻時(shí)，程序?qū)凑找欢ㄋ俾瘦敵鲱l率控制指令，降低變頻頻率、關(guān)大入口導(dǎo)葉至預(yù)設(shè)條件后可切為變頻控制。②導(dǎo)葉活動(dòng)測(cè)試：正常情況下，引風(fēng)機(jī)保持變頻運(yùn)行，入口導(dǎo)葉位置置于推薦開(kāi)度85%，為防止導(dǎo)葉長(zhǎng)期不動(dòng)作導(dǎo)致卡澀，DCS控制邏輯中專(zhuān)門(mén)設(shè)置“導(dǎo)葉活動(dòng)操作”程序，由值班員定期執(zhí)行操作。導(dǎo)葉活動(dòng)測(cè)試在機(jī)組負(fù)荷370MW時(shí)進(jìn)行,程序自動(dòng)以一定速率關(guān)小動(dòng)作側(cè)入口導(dǎo)葉開(kāi)度，最低關(guān)至25%并逐漸恢復(fù)原開(kāi)度，以此進(jìn)行導(dǎo)葉的大幅度動(dòng)作，保證導(dǎo)葉軸承、關(guān)節(jié)的活動(dòng)性。

3 改造效果

（1）改造前經(jīng)西安熱工院測(cè)試，7#機(jī)組450MW負(fù)荷，引風(fēng)機(jī)A/B平均電流達(dá)419A,改造后8月2日，7#機(jī)組引風(fēng)機(jī)A/B平均電流139A，8月3日，6#機(jī)組引風(fēng)機(jī) A/B平均電流為154A，引風(fēng)機(jī)功率平均減少6050kW,節(jié)電率65%，達(dá)成改造目標(biāo)。按近三年全廠(chǎng)平均運(yùn)行時(shí)數(shù)及負(fù)荷率計(jì)算，6#、7#機(jī)組引風(fēng)機(jī)變頻改造后，降低廠(chǎng)用電率1.34%，單機(jī)供電標(biāo)煤耗降低4.03克/度，全廠(chǎng)減少供電標(biāo)煤耗1.15克/度。

（2）改造后引風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況。由于引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低，改造后引風(fēng)機(jī)軸承振動(dòng)平均由1.5mm/s降至0.5mm/s左右；馬達(dá)啟動(dòng)方式由直接啟動(dòng)改為變頻軟啟動(dòng)，減少啟動(dòng)大電流沖擊，提高馬達(dá)壽命；運(yùn)行電流下降，馬達(dá)運(yùn)行溫升、噪聲也顯著下降；引風(fēng)機(jī)入口導(dǎo)葉開(kāi)度固定在85%左右，導(dǎo)葉執(zhí)行機(jī)構(gòu)減少動(dòng)作次數(shù)，原來(lái)由導(dǎo)葉卡涉、故障等導(dǎo)致機(jī)組負(fù)荷受限的情況基本排除。

（3）6#、7#機(jī)組引風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能效果明顯，廠(chǎng)用電率顯著下降。全天100%負(fù)荷狀況下，8月10日，7#機(jī)組廠(chǎng)用電率3.75%，8月9日，6#機(jī)組廠(chǎng)用電率3.94%，較8月9日5#機(jī)組(尚未實(shí)施引風(fēng)機(jī)變頻改造)廠(chǎng)用電率4.68%，分別下降0.93%、0.74%，均創(chuàng)下機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中廠(chǎng)用電率歷史最低記錄。全天平均70%負(fù)荷工況下，7月10日，6#機(jī)組廠(chǎng)用電率4.79%，7月19日，7#機(jī)組廠(chǎng)用電率4.58%，較7月10日5#機(jī)組廠(chǎng)用電率6.17%，分別下降1.38%、1.59%。機(jī)組負(fù)荷率越低，引風(fēng)機(jī)變頻降低廠(chǎng)用電率效果越明顯。

表1 改造前后效果對(duì)比

圖1 改造后6#、7#機(jī)組引風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀況分析

4 效益與回收年限

（1）改造效益：①依據(jù)改造后6#、7#引風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行工況，450MW負(fù)荷下6#、7#兩部機(jī)組引風(fēng)機(jī)共減少電耗12101kW，按2017～2019年三年全廠(chǎng)機(jī)組平均負(fù)荷率73.48%，全廠(chǎng)平均運(yùn)行時(shí)數(shù)5911小時(shí)，平均上網(wǎng)電價(jià)0.3856元/度計(jì)算，年節(jié)省7513萬(wàn)度，節(jié)省電費(fèi)27582千元。②改造后，每年增加空水冷裝置及冷卻水塔電耗34.3萬(wàn)度，增加電費(fèi)132000元；增加高壓變頻器維護(hù)費(fèi)用400000元。

（2）回收年限：1.32年。

回收年限=投資金額/（凈利益+折舊）

=投資金額/[（預(yù)期效益-折舊）×（1-企業(yè)所得稅）+折舊]

=（15600×2/1.13）/[(27582-132-400-2622)×0.75+2622]

=1.32年

設(shè)備增值稅13%，按10年折舊，殘值5%，每年折舊2622000元，企業(yè)所得稅按25%。

5 后續(xù)工作建議

保養(yǎng)維護(hù)建議：（1）高壓變頻器主要為電力電子組件，屬于容易故障的設(shè)備，對(duì)運(yùn)行環(huán)境溫、濕度要求高，每月應(yīng)定期清理變頻器柜門(mén)濾網(wǎng)，保證通風(fēng)順暢；夏季氣溫達(dá)35℃時(shí)，變頻器室及時(shí)投入空調(diào)輔助冷卻；變頻器停電超過(guò)3天或變頻器室濕度超過(guò)90%，及時(shí)將空調(diào)開(kāi)啟為除濕模式進(jìn)行空氣除濕；每年配合停機(jī)定檢一次，全面進(jìn)行整機(jī)尤其是功率組件（易損件）的檢查測(cè)試。（2）引風(fēng)機(jī)變頻改造后運(yùn)行頻率實(shí)時(shí)調(diào)整，調(diào)速過(guò)程引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)軸可能存在軸系扭振不利影響，可能造成轉(zhuǎn)子材料疲勞積累、產(chǎn)生裂紋，后續(xù)應(yīng)將引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子及馬達(dá)轉(zhuǎn)子探傷檢測(cè)列入定檢項(xiàng)目定期檢查。