鍋爐引風(fēng)機(jī)的變頻改造及節(jié)能效果

李秀忠

(華電國際萊城發(fā)電廠，山東 萊蕪 271113)

1 引風(fēng)機(jī)變頻改造的必要性

鍋爐引風(fēng)機(jī)采用變頻器調(diào)節(jié)是為了實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速和達(dá)到節(jié)能的預(yù)期效果，變頻調(diào)節(jié)具有調(diào)節(jié)范圍大、運(yùn)行靈敏度高、節(jié)能效果明顯、啟動(dòng)電流小和對(duì)母線沖擊小的優(yōu)勢(shì);同時(shí)也存在投資較大、易于產(chǎn)生諧波干擾等不利因素。目前，大多數(shù)鍋爐燃燒控制系統(tǒng)中的風(fēng)量調(diào)節(jié)是通過調(diào)節(jié)風(fēng)門擋板實(shí)現(xiàn)的，鍋爐燃燒的穩(wěn)定性和可靠性是實(shí)現(xiàn)鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵。鍋爐爐膛的負(fù)壓是一個(gè)重要的控制參數(shù)，傳統(tǒng)的爐膛負(fù)壓控制方式是由電動(dòng)控制風(fēng)機(jī)引風(fēng)擋板開口度(即改變阻力調(diào)節(jié)引風(fēng)量)來實(shí)現(xiàn)，以達(dá)到調(diào)整燃燒的目的。在實(shí)際應(yīng)用中，引風(fēng)擋板的開度一般在70% ～80%，相當(dāng)一部分電能消耗在克服引風(fēng)擋板的阻力中。另外，擋板的機(jī)械連接結(jié)構(gòu)在擋板的調(diào)節(jié)過程中存在滯后、調(diào)節(jié)性能差等缺陷。若負(fù)壓過大，還會(huì)造成爐內(nèi)燃料的浪費(fèi)，負(fù)壓過小，又會(huì)影響燃料的充分燃燒，進(jìn)而影響到鍋爐蒸汽的質(zhì)量。采用變頻調(diào)速技術(shù)后，可將原有的風(fēng)門擋板開至最大，通過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速直接調(diào)節(jié)風(fēng)量來實(shí)現(xiàn)鍋爐負(fù)壓控制，能夠更好地滿足生產(chǎn)要求，以達(dá)到節(jié)電和節(jié)省燃料之目的。為了節(jié)能降耗，提高燃燒效率，增加經(jīng)濟(jì)效益，就要通過技術(shù)改造來實(shí)現(xiàn)。

2 引風(fēng)機(jī)變頻器改造過程

2.1 引風(fēng)機(jī)變頻器改造方案

圖1 直流系統(tǒng)接線

華電國際萊城發(fā)電廠一期工程裝機(jī)容量為4×300 MW，于1998年3月開工建設(shè)，2003年5月全部建成投產(chǎn)。華電國際萊城發(fā)電廠技術(shù)改造小組通過反復(fù)論證考察，最終采用了國電南京自動(dòng)化股份有限公司生產(chǎn)的ASD6000S-1250變頻裝置，對(duì)4臺(tái)機(jī)組8臺(tái)引風(fēng)機(jī)的變頻改造全部完成，效果良好。該裝置具有體積小、運(yùn)行可靠性高、模塊化設(shè)計(jì)更換方便等優(yōu)點(diǎn)。裝置控制電源接自華電國際萊城發(fā)電廠保安段，每臺(tái)變頻器從自身的移相變壓器二次側(cè)引出一路備用電源。在正常運(yùn)行時(shí)，控制電源由主電源供電，主電源失去時(shí)，自動(dòng)切至備用電源供電，當(dāng)主電源恢復(fù)時(shí)，自動(dòng)切回主電源供電。變頻器6 kV開關(guān)的控制電源分別接自本機(jī)220 V直流A，B段母線。在正常運(yùn)行時(shí)，B段供引風(fēng)機(jī)，其聯(lián)絡(luò)開關(guān)在分的狀態(tài)。原6 kV開關(guān)名稱編號(hào)不變，新加開關(guān)的編號(hào)在原6 kV開關(guān)編號(hào)加后綴，變頻器輸入側(cè)開關(guān)加“K3”，輸出側(cè)開關(guān)加“K4”，旁路開關(guān)加“K5”。以#1機(jī)組A引風(fēng)機(jī)為例，各開關(guān)名稱編號(hào)如下:

#1鍋爐A引風(fēng)機(jī)變頻器輸入側(cè)ⅠA-10K3開關(guān);

#1鍋爐A引風(fēng)機(jī)變頻器輸出側(cè)ⅠA-10K4開關(guān);

#1鍋爐A引風(fēng)機(jī)變頻器旁路ⅠA-10K5開關(guān)。

直流系統(tǒng)接線如圖1所示，變頻系統(tǒng)一次接線如圖2所示。

圖2 變頻系統(tǒng)一次接線圖

2.2 引風(fēng)機(jī)變頻器系統(tǒng)的組成

(1)控制單元柜主要由主控制器、溫控器、風(fēng)機(jī)保護(hù)器、人機(jī)界面(數(shù)碼管和彩色觸摸屏可選)、可編程邏輯控制器(PLC)、嵌入式微機(jī)、開關(guān)電源、電磁兼容性(EMI)模塊、隔離變壓器、空氣開關(guān)、接觸器、繼電器、模擬量模塊和開關(guān)量模塊等組成，控制系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖3所示(圖中的DCS為分散控制系統(tǒng))。

圖3 控制系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)示意圖

(2)主控制器由總線板、電源單元、中央處理器(CPU)單元、接口單元、3個(gè)相控單元及開關(guān)量、模擬量的輸入和輸出子模塊等組成。

(3)功率單元柜一般由1～2臺(tái)柜構(gòu)成，主要由功率單元、電流互感器、輸出電壓檢測(cè)單元、風(fēng)道風(fēng)壓檢測(cè)裝置及高壓電纜等組成。

(4)變頻器主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 變頻器主要技術(shù)參數(shù)

(5)引風(fēng)機(jī)變頻器系統(tǒng)安裝設(shè)置如圖4所示。

2.3 引風(fēng)機(jī)變頻器特性

(1)該系統(tǒng)輸入電壓為3相6 kV，允許頻率范圍為±10%，電壓范圍為-30% ～10%。輸出電源為3相6kV(電壓可調(diào))，頻率在0～50Hz，各性能指標(biāo)見表2。

(2)該產(chǎn)品在運(yùn)行過程中時(shí)間與頻率變化能夠適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)引風(fēng)機(jī)運(yùn)行要求。運(yùn)行中主控軟件將升速曲線、降速曲線分成2段，可用2種不同的速度調(diào)節(jié)變頻器輸出升、降頻率的速度。升降速曲線如圖5所示。

圖4 變頻器系統(tǒng)安裝設(shè)置

表2 變頻器主要性能指標(biāo)

圖5 變頻器升速－降速曲線

在圖5中，fn為變頻器額定運(yùn)行頻率，fup為變頻器升頻變速點(diǎn)，fdn為降頻變速點(diǎn)，fmax為最大運(yùn)行頻率。從0～fup升速需要時(shí)間tup1，從 fup～fmax升速需要時(shí)間 tup2;從 fmax～fdn降速需要時(shí)間tdn2，從 fdn～0降速需要時(shí)間tdn1。

2.4 引風(fēng)機(jī)變頻器系統(tǒng)的運(yùn)行操作控制

2.4.1 變頻啟、停風(fēng)機(jī)操作

2.4.1.1 風(fēng)機(jī)變頻啟動(dòng)

(1)確認(rèn)引風(fēng)機(jī)入口擋板關(guān)閉嚴(yán)密(一次風(fēng)機(jī)為入口調(diào)節(jié)擋板和出口擋板)。

(2)檢查風(fēng)機(jī)與變頻器啟動(dòng)條件的結(jié)果為滿足，合上變頻器輸入開關(guān)(K3)和輸出開關(guān)(K4)，變頻器發(fā)“上電允許”信號(hào)，DCS上“ENER PERM”亮，允許合6 kV側(cè)開關(guān)，DCS未發(fā)“變頻器上電允許”，嚴(yán)禁合6 kV側(cè)開關(guān)。

(3)合上6 kV側(cè)開關(guān)向變頻器送電，變頻器充電后自檢，30 s后，變頻器向DCS發(fā)送“啟動(dòng)允許”信號(hào)，DCS上“START PERM”亮，允許啟動(dòng)變頻器。

(4)變頻器啟動(dòng)。啟動(dòng)變頻器(啟動(dòng)畫面如圖6所示)，檢查變頻器啟動(dòng)良好并自動(dòng)升頻至設(shè)定的最小頻率，聯(lián)開引風(fēng)機(jī)入口擋板(一次風(fēng)機(jī)為出口擋板)。

圖6 液晶屏幕控制畫面

(5)手動(dòng)緩慢調(diào)整風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)擋板至全開位(嚴(yán)禁在起始轉(zhuǎn)速到達(dá)之前打開風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)擋板)，同時(shí)觀察變頻器輸出電流，保證其不超過風(fēng)機(jī)額定電流。

(6)增加變頻器輸出改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，直至達(dá)到所需工況，將變頻器投自動(dòng)，由DCS根據(jù)壓力設(shè)定值自動(dòng)調(diào)節(jié)變頻器輸出轉(zhuǎn)速。

2.4.1.2 風(fēng)機(jī)變頻停運(yùn)

(1)降低變頻器給定頻率到設(shè)定的最小頻率，同時(shí)關(guān)小風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)擋板直至全關(guān)，停止變頻器。

(2)變頻器停止后，拉開6 kV側(cè)開關(guān)，拉開變頻器輸入(K3)、輸出開關(guān)(K4)。

(3)若變頻器或輸入、輸出開關(guān)檢修，根據(jù)需要將變頻器輸入、輸出開關(guān)停電。

2.4.2 引風(fēng)機(jī)變頻器系統(tǒng)的正常運(yùn)行

(1)鍋爐在啟動(dòng)及正常運(yùn)行中，可將引風(fēng)機(jī)工頻切換為變頻運(yùn)行，切換操作如下:

1)確認(rèn)A引風(fēng)機(jī)變頻器具備投運(yùn)條件。

2)聯(lián)系熱控人員，解除A引風(fēng)機(jī)聯(lián)跳送風(fēng)機(jī)保護(hù)。

3)將機(jī)組負(fù)荷逐漸減至60%左右。逐漸關(guān)小A側(cè)引風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)擋板開度，同時(shí)增大另一側(cè)引風(fēng)機(jī)出力，維持爐膛壓力正常，直至全關(guān)。

4)關(guān)閉A側(cè)引風(fēng)機(jī)入口隔離擋板，停運(yùn)引風(fēng)機(jī)，拉開原6 kV開關(guān)，拉開旁路開關(guān)K5。

5)退出A引風(fēng)機(jī)“差動(dòng)保護(hù)”，合上A引風(fēng)機(jī)變頻器K3，K4開關(guān)，合上原6 kV開關(guān)。

6)就地檢查確認(rèn)A引風(fēng)機(jī)停轉(zhuǎn)，啟動(dòng)變頻器。

7)檢查A引風(fēng)機(jī)變頻器自動(dòng)升頻至設(shè)定的最小頻率，就地檢查引風(fēng)機(jī)逐漸升速。

8)將A引風(fēng)機(jī)變頻器指令升至100%，打開引風(fēng)機(jī)入口擋板，調(diào)整引風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)擋板維持爐膛負(fù)壓，就地檢查引風(fēng)機(jī)，逐漸升速直至全速。

9)用調(diào)節(jié)擋板并運(yùn)2臺(tái)引風(fēng)機(jī)。

10)鍋爐運(yùn)行在穩(wěn)定后，將爐膛負(fù)壓由擋板調(diào)節(jié)切換至轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié):2臺(tái)引風(fēng)機(jī)變頻器投“自動(dòng)”，手動(dòng)交替開大2臺(tái)引風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)擋板，檢查2臺(tái)引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速自動(dòng)降低，爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)穩(wěn)定，直至2臺(tái)引風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)擋板全開(或達(dá)所需目標(biāo))，DCS根據(jù)壓力設(shè)定值自動(dòng)調(diào)節(jié)變頻器輸出轉(zhuǎn)速。

(2)引風(fēng)機(jī)變頻器在正常運(yùn)行中，檢查變頻器運(yùn)行狀態(tài)是否良好，檢查是否有異常報(bào)警信號(hào)。檢查結(jié)果應(yīng)是變頻器聲音正常，各部件無異常發(fā)熱，移相變壓器溫度正常，一般不宜超過80℃，風(fēng)機(jī)啟、停應(yīng)符合溫度設(shè)置要求，變頻器室溫正常，夏季空調(diào)運(yùn)行正常。注意檢查風(fēng)機(jī)振動(dòng)、軸承溫度等參數(shù)是否正常。引風(fēng)機(jī)變頻正常運(yùn)行實(shí)時(shí)趨勢(shì)如圖7所示;A，B引風(fēng)機(jī)變頻正常運(yùn)行電流實(shí)時(shí)趨勢(shì)如圖8所示。

(3)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)DCS變頻器運(yùn)行情況的監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)參數(shù)異常應(yīng)就地核對(duì)運(yùn)行情況，危及引風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，及時(shí)將變頻器退出運(yùn)行。

2.4.3 風(fēng)機(jī)變頻器的報(bào)警復(fù)位及故障處理

風(fēng)機(jī)變頻器報(bào)警后，應(yīng)立即到就地進(jìn)行檢查。

(1)有報(bào)警時(shí)，畫面左上角彈出三角形報(bào)警提示符，提示符下面數(shù)字指示當(dāng)前有效報(bào)警的個(gè)數(shù)，畫面中間顯示當(dāng)前報(bào)警信息。

(2)當(dāng)引發(fā)報(bào)警的故障全部消失后，報(bào)警三角提示符下面的數(shù)字變?yōu)榱恪｜c(diǎn)擊確認(rèn)復(fù)位按鈕逐條復(fù)位報(bào)警。

(3)若報(bào)警未消失，點(diǎn)擊確認(rèn)復(fù)歸按鈕后，報(bào)警信息對(duì)話框?qū)㈦[藏。點(diǎn)擊報(bào)警三角符號(hào)后，報(bào)警信息框會(huì)自動(dòng)彈出。

(4)部分報(bào)警發(fā)生后(如柜門誤開等)，若引發(fā)報(bào)警的原因消除后，報(bào)警會(huì)自動(dòng)復(fù)位消失。開關(guān)控制回路失電只在DCS報(bào)警，就地液晶屏無報(bào)警。

3 引風(fēng)機(jī)變頻器改造后的節(jié)能效果

引風(fēng)機(jī)變頻器改造后運(yùn)行穩(wěn)定，運(yùn)行中將引風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)擋板開度固定在全開的位置，通過變頻進(jìn)行調(diào)節(jié)，煙道系統(tǒng)阻力減小至最低限度，減小系統(tǒng)節(jié)流損失，提高了風(fēng)機(jī)的工作效率。同時(shí)，由節(jié)流調(diào)節(jié)改為變速調(diào)節(jié)后，不僅節(jié)能效果明顯，而且可有效避免引風(fēng)機(jī)的喘振和搶風(fēng)的發(fā)生，提高了引風(fēng)機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性。

改造完成后，經(jīng)過聯(lián)合熱力試驗(yàn)組進(jìn)行的熱力試驗(yàn)及測(cè)算并根據(jù)各運(yùn)行工況進(jìn)行了分析(見表2、表3)。試驗(yàn)表明，在機(jī)組負(fù)荷為100%及65%額定負(fù)荷時(shí)，引風(fēng)機(jī)工頻調(diào)節(jié)運(yùn)行的單位功耗與變頻調(diào)節(jié)方式運(yùn)行單位功耗稍有差別。隨著機(jī)組負(fù)荷降低，引風(fēng)機(jī)工頻調(diào)節(jié)方式節(jié)流損失會(huì)相應(yīng)增大。

根據(jù)熱力試驗(yàn)數(shù)據(jù)及運(yùn)行情況統(tǒng)計(jì)，如果按機(jī)組年運(yùn)行小時(shí)數(shù)6 000 h計(jì)算，機(jī)組每年帶60%，80%，100% 額定負(fù)荷的時(shí)間分別占30%，40%，30%。通過試驗(yàn)及電量消耗統(tǒng)計(jì)(根據(jù)開關(guān)柜電量表碼統(tǒng)計(jì))可知，鍋爐引風(fēng)機(jī)變頻改造可節(jié)能15.8%左右。按改造后風(fēng)機(jī)耗電率實(shí)際降低0.155個(gè)百分點(diǎn)、電廠成本電價(jià)0.353元計(jì)算，若單臺(tái)機(jī)組引風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)節(jié)方式運(yùn)行，節(jié)電取得的經(jīng)濟(jì)效益達(dá)90萬元左右，4臺(tái)機(jī)組節(jié)能取得的效益共計(jì)360萬元，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

表2 機(jī)組65%負(fù)荷A引風(fēng)機(jī)參數(shù)

表3 機(jī)組100%負(fù)荷A引風(fēng)機(jī)參數(shù)

4 結(jié)束語

實(shí)踐證明，大功率變頻器用于電站鍋爐送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)變頻器調(diào)速節(jié)能改造是十分成功的。在大幅度降低廠用電的同時(shí)，為鍋爐運(yùn)行的安全性提供了保障。為此，要不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，在變頻器改造后的穩(wěn)定性、可靠性方面再進(jìn)一步進(jìn)行研究和探索，爭(zhēng)取更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

［1］車長(zhǎng)遠(yuǎn).鍋爐風(fēng)機(jī)節(jié)能技術(shù)［M］.北京:中國電力出版社，1999.

［2］楊惠宗.泵與風(fēng)機(jī)［M］.上海:上海交通大學(xué)出版社，1992.