淺論自動化變頻器在發(fā)電廠節(jié)能降耗方面的應(yīng)用

李志偉

【摘要】隨著變頻裝置技術(shù)水平的提高和應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，發(fā)電廠的重要輔機(jī)設(shè)備上開始應(yīng)用高壓變頻裝置，其不僅可以達(dá)到明顯的節(jié)能目的，同時還提高了自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的性能，改善大功率電機(jī)的使用壽命。對自動化變頻器在發(fā)電廠節(jié)能降耗方面的應(yīng)用及研究進(jìn)行探討。

【關(guān)鍵詞】變頻調(diào)速;發(fā)電廠;大型電動機(jī);節(jié)能

一、前言

我國工業(yè)生產(chǎn)中風(fēng)機(jī)和泵類分布面廣，數(shù)量大，耗電量驚人。據(jù)統(tǒng)計，全國風(fēng)機(jī)和泵類電動機(jī)裝機(jī)總?cè)萘考s35000MW，耗電量相當(dāng)于全國電力消耗總量的40%。據(jù)估計，提高風(fēng)機(jī)和泵的運行效率的節(jié)能潛力可達(dá)300-500億KWh/a，相當(dāng)于610個裝機(jī)容量為1000MW的大型發(fā)電廠的年發(fā)電總量。

我國風(fēng)機(jī)和泵基本上采用定速驅(qū)動，在機(jī)組變負(fù)荷運行時，由于風(fēng)機(jī)和泵運行偏離高效點，效率大大降低，我國很多風(fēng)機(jī)和泵處于50%-70%的運行效率，有的甚至僅為30%。造成風(fēng)機(jī)和泵運行效率低下的主要原因是在系統(tǒng)設(shè)計過程中，很難準(zhǔn)確地計算出管網(wǎng)的阻力及運行過程中的工況變化，通常把系統(tǒng)的最大流量及相應(yīng)的富裕量（通常為20%-30%）作為選擇風(fēng)機(jī)和泵的型號的設(shè)計值，而且，風(fēng)機(jī)和泵的型號是有限的，在選用不到合適的型號時只好往大型號上靠，這樣，勢必出現(xiàn)大量的大馬拉小車的現(xiàn)象。

二、風(fēng)機(jī)節(jié)能的研究

風(fēng)機(jī)是發(fā)電廠的重要輔機(jī)，是高電壓大電流的大功率設(shè)備，也是影響發(fā)電效率的重要環(huán)節(jié)，近年來，隨著電力電子器件、控制理論和計算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，高壓變頻器的價格不斷下降，可靠性不斷增強(qiáng)，高壓大容量變頻器已經(jīng)在發(fā)電廠輔機(jī)設(shè)備中逐漸得到應(yīng)用。理論上分析風(fēng)機(jī)流量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，所以風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低后，其軸功率隨轉(zhuǎn)速的三次方降低，相應(yīng)的驅(qū)動電機(jī)所需的電功率亦可相應(yīng)大大降低，可見調(diào)速是風(fēng)機(jī)節(jié)能的重要途徑。變頻調(diào)速裝置可以優(yōu)化電動機(jī)的運行狀態(tài)，大大提高其運行效率，達(dá)到節(jié)能目的。

電廠風(fēng)機(jī)大多采用高效離心式風(fēng)機(jī)。但是由于單臺風(fēng)機(jī)運行具備帶75%的負(fù)荷運行的能力，加上機(jī)組調(diào)峰運行，常常不會滿負(fù)荷運行，所以需要采用入口風(fēng)門調(diào)節(jié)流量，風(fēng)門開度一般在50%-80%，存在嚴(yán)重的節(jié)流損耗，所以風(fēng)機(jī)并沒有工作在最高效率點，實際運行效率較低。按照我國現(xiàn)行的火電設(shè)計規(guī)程，設(shè)計時以系統(tǒng)最大風(fēng)量和風(fēng)壓作為參考選型電動機(jī)，一般風(fēng)量裕量在5%-10%，風(fēng)壓裕量在10%，再加上電動機(jī)選型時風(fēng)機(jī)型號不能完全匹配，只能往大機(jī)號上靠，所以冗余量特別大。

送風(fēng)機(jī)給鍋爐燃燒提供空氣，引風(fēng)機(jī)則是將燃燒后的高溫尾氣排向煙道。送、引風(fēng)機(jī)都需要調(diào)整入口風(fēng)門，滿足不同負(fù)荷的風(fēng)量要求，同時互相配合控制風(fēng)煤配比并保證爐膛負(fù)壓的穩(wěn)定。所以改變風(fēng)量的調(diào)節(jié)方式是提高風(fēng)機(jī)效率，降低風(fēng)機(jī)能耗的最有效途徑。

鍋爐引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)的單機(jī)功率大，長時間運行，節(jié)能潛力最大。其他如排粉風(fēng)機(jī)、再循環(huán)風(fēng)機(jī)等也具有很大的節(jié)能潛力。

三、水泵節(jié)能分析

由于變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍大、精度高、性能指標(biāo)優(yōu)良的特點，實現(xiàn)變頻調(diào)速后，水泵可以很方便地構(gòu)成閉環(huán)控制，進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)器輸出的4-20mA信號輸?shù)阶冾l器，通過變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，可以平滑穩(wěn)定地調(diào)整流量，使機(jī)組在更經(jīng)濟(jì)的狀態(tài)下安全自動運行，克服了調(diào)門線性度不好，調(diào)節(jié)品質(zhì)差，自動投入率低等缺陷。

發(fā)電機(jī)組必須配備大量的水泵。鍋爐給水泵、循環(huán)水泵、凝結(jié)水泵、灰渣泵等設(shè)備單機(jī)功率較大，流量調(diào)節(jié)頻繁，節(jié)能效果最為明顯。其他如射水泵、低壓加熱器疏水泵、熱網(wǎng)水泵、冷卻水泵、軸封水泵、除鹽水泵、清水泵、過濾器反洗泵、生活水泵、消防水泵和補(bǔ)給水泵等等都可以使用相應(yīng)電壓等級的變頻器進(jìn)行調(diào)速運行。

現(xiàn)在電廠鍋爐給水多采用母管制給水系統(tǒng)，給水泵采用定速運行。鍋爐氣包水位靠自動給水調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)，屬節(jié)流調(diào)節(jié)，存在較大的節(jié)流損耗。如果對母管制給水系統(tǒng)中一部分水泵進(jìn)行變頻改造，工頻泵、變頻泵并聯(lián)運行，工頻泵對應(yīng)最佳工作點提供固定流量，變頻泵對應(yīng)工作點調(diào)節(jié)給水量。最終在實現(xiàn)給水母管恒壓運行的同時，最大限度地降低給水泵的單耗。

循環(huán)水泵為汽輪機(jī)組凝結(jié)器提供冷卻水。一個機(jī)組一般配置三臺循環(huán)水泵，為“一用一備一檢修”或是“兩用一備”。隨著機(jī)組負(fù)荷的變化，為了保證機(jī)組在合理的經(jīng)濟(jì)真空值運行，需要的冷水值是變化的，所以采用變頻調(diào)節(jié)循環(huán)水泵既可節(jié)能降耗，又可以實現(xiàn)高精度控制。考慮到循環(huán)水泵的工作特性，可以采用“一臺變頻器拖動二臺水泵”或是“一臺變頻器拖動三臺水泵”的方案，達(dá)到最大的投資收益比。

凝結(jié)水泵的設(shè)計一般為“一用一備”或“兩用一備”?，F(xiàn)在的水量調(diào)節(jié)方式為閥門調(diào)節(jié)，造成出口壓力大、調(diào)節(jié)性能差、設(shè)備損壞快等問題，同時運行人員操作頻繁，影響機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運行。而采用變頻調(diào)節(jié)，除了可以取得顯著的節(jié)能效果外，還可以改善控制工藝、提高機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運行水平。

灰漿泵將煤在鍋爐中燃燒后沖到灰漿池中的灰漿、灰渣排到儲灰廠。如果灰漿泵全速運行，容易將灰漿池抽干，泵空轉(zhuǎn)引起氣蝕;停泵時間過長灰漿池又會溢出;灰漿泵停機(jī)后很快再啟動容易因為過熱損壞電動機(jī);灰漿泵長期不用，出口會被灰漿堵死，再次開泵會造成電動機(jī)過載燒毀。所以灰漿泵需要輪流間斷運行，操作非常頻繁，泵和電動機(jī)損壞嚴(yán)重。故此，灰漿泵是電廠中最需要變頻改造的設(shè)備，可以改善工藝條件和延長設(shè)備使用壽命。

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