淺談燃煤電廠引風(fēng)機變頻器改造實現(xiàn)節(jié)能減耗

馮錦祥

（華陽電業(yè)有限公司，福建 漳州 363000）

1 前言

一次能源是不可再生的國家資源，節(jié)約是國家的基本國策，節(jié)能減耗是國家的長遠方針，華陽電業(yè)有限公司漳州后石電廠（裝機容量7×600MW）作為全國“百家重點用能單位”，為完成2020年年度供電煤耗節(jié)能考核目標，前期通過對耗能設(shè)備數(shù)據(jù)資料收集，分析了風(fēng)機類設(shè)備調(diào)速的基本原理,最終確定對引風(fēng)機設(shè)備進行變頻改造，然后引風(fēng)機采用離心式，以入口導(dǎo)葉開度來控制爐膛負壓，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

（1）對6#、7#機組引風(fēng)機A、B電機增設(shè)高壓變頻器，同時設(shè)計配置旁路切換開關(guān)，變頻器故障時可通過旁路切換開關(guān)盡快恢復(fù)到改造前的工頻狀態(tài)運行，確保機組能夠快速恢復(fù)正常運行。6#、7#引風(fēng)機功率9000kW，經(jīng)西安熱工院測試計算，變頻器功率選擇6300kW即可滿足機組全負荷工況，可節(jié)省變頻器投資費用約40%。

（2）新建6#、7#機組引風(fēng)機變頻器室兩間。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，運行維護簡單、費用低。通過設(shè)置電動緊急排風(fēng)口，空水冷裝置故障時自動打開直接將變頻器熱量排至室外，提高可靠性。同時，引風(fēng)機變頻器室另外安裝兩臺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)機變頻改造符合電廠制程及操作習(xí)慣，運行部專業(yè)人員編寫了引風(fēng)機變頻控制邏輯，經(jīng)與西安熱工院詳細檢討修訂后，再由技術(shù)人員寫入機組DCS，確保引風(fēng)機變頻器的可靠控制。改造后功能上實現(xiàn)旁路/變頻一鍵啟停，同時保留引風(fēng)機原來的啟停方式，確保工頻、變頻均可正常操作，簡化值班員操作流程，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，新增一套獨立的變頻控制邏輯，兩套邏輯不同時投入控制，避免調(diào)節(jié)沖突；并進行了引風(fēng)機導(dǎo)葉最大開度、工頻運行導(dǎo)葉控制特性試驗、變頻器空載特性試驗、變頻運行導(dǎo)葉控制特性試驗等全面采集引風(fēng)機工況參數(shù)，為變頻運行時爐膛壓力控制提供依據(jù)。

進行了引風(fēng)機導(dǎo)葉最大開度測試、引風(fēng)機工頻運行導(dǎo)葉控制特性試驗、引風(fēng)機變頻器空載特性試驗、引風(fēng)機變頻運行導(dǎo)葉控制特性試驗等全面采集引風(fēng)機工況參數(shù)，為變頻運行時爐膛壓力控制提供邏輯改造依據(jù)進行了引風(fēng)機導(dǎo)葉最大開度測試、引風(fēng)機工頻運行導(dǎo)葉控制特性試驗、引風(fēng)機變頻器空載特性試驗、引風(fēng)機變頻運行導(dǎo)葉控制特性試驗等全面采集引風(fēng)機工況參數(shù)，為變頻運行時爐膛壓力控制提供邏輯改造依據(jù)旁路運行時，爐膛負壓維持原有導(dǎo)葉控制。機組啟動初期，變頻器維持最小頻率15Hz運行，爐膛負壓初始由導(dǎo)葉控制，隨著鍋爐負荷增加，導(dǎo)葉開度接近上限，爐膛負壓即可切至變頻控制。

（5）除正常運行控制邏輯，DCS另外設(shè)置運行中“變頻轉(zhuǎn)定頻”、“定頻轉(zhuǎn)變頻”及“導(dǎo)葉活動操作”三個自動程序，以減小運行人員日常操作工作量及避免人為操作所帶來的潛在風(fēng)險，主要有：①變頻與定頻切換操作：變頻運行時，因特殊工況原因可能需要將變頻器暫時改為定頻運行導(dǎo)葉控制模式，啟動該程序按鈕后，控制器自動調(diào)節(jié)爐膛負壓，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。定頻運行需切回變頻時，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)葉活動測試：正常情況下，引風(fēng)機保持變頻運行，入口導(dǎo)葉位置置于推薦開度85%，為防止導(dǎo)葉長期不動作導(dǎo)致卡澀，DCS控制邏輯中專門設(shè)置“導(dǎo)葉活動操作”程序，由值班員定期執(zhí)行操作。導(dǎo)葉活動測試在機組負荷370MW時進行,程序自動以一定速率關(guān)小動作側(cè)入口導(dǎo)葉開度，最低關(guān)至25%并逐漸恢復(fù)原開度，以此進行導(dǎo)葉的大幅度動作，保證導(dǎo)葉軸承、關(guān)節(jié)的活動性。

3 改造效果

（1）改造前經(jīng)西安熱工院測試，7#機組450MW負荷，引風(fēng)機A/B平均電流達419A,改造后8月2日，7#機組引風(fēng)機A/B平均電流139A，8月3日，6#機組引風(fēng)機 A/B平均電流為154A，引風(fēng)機功率平均減少6050kW,節(jié)電率65%，達成改造目標。按近三年全廠平均運行時數(shù)及負荷率計算，6#、7#機組引風(fēng)機變頻改造后，降低廠用電率1.34%，單機供電標煤耗降低4.03克/度，全廠減少供電標煤耗1.15克/度。

（2）改造后引風(fēng)機運行工況。由于引風(fēng)機轉(zhuǎn)速降低，改造后引風(fēng)機軸承振動平均由1.5mm/s降至0.5mm/s左右；馬達啟動方式由直接啟動改為變頻軟啟動，減少啟動大電流沖擊，提高馬達壽命；運行電流下降，馬達運行溫升、噪聲也顯著下降；引風(fēng)機入口導(dǎo)葉開度固定在85%左右，導(dǎo)葉執(zhí)行機構(gòu)減少動作次數(shù)，原來由導(dǎo)葉卡涉、故障等導(dǎo)致機組負荷受限的情況基本排除。

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

表1 改造前后效果對比

圖1 改造后6#、7#機組引風(fēng)機運行狀況分析

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)機變頻運行工況，450MW負荷下6#、7#兩部機組引風(fēng)機共減少電耗12101kW，按2017～2019年三年全廠機組平均負荷率73.48%，全廠平均運行時數(shù)5911小時，平均上網(wǎng)電價0.3856元/度計算，年節(jié)省7513萬度，節(jié)省電費27582千元。②改造后，每年增加空水冷裝置及冷卻水塔電耗34.3萬度，增加電費132000元；增加高壓變頻器維護費用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，對運行環(huán)境溫、濕度要求高，每月應(yīng)定期清理變頻器柜門濾網(wǎng)，保證通風(fēng)順暢；夏季氣溫達35℃時，變頻器室及時投入空調(diào)輔助冷卻；變頻器停電超過3天或變頻器室濕度超過90%，及時將空調(diào)開啟為除濕模式進行空氣除濕；每年配合停機定檢一次，全面進行整機尤其是功率組件（易損件）的檢查測試。（2）引風(fēng)機變頻改造后運行頻率實時調(diào)整，調(diào)速過程引風(fēng)機轉(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)機轉(zhuǎn)子及馬達轉(zhuǎn)子探傷檢測列入定檢項目定期檢查。