GD5000高壓變頻器在熱電機組引風機上的應用

                           深圳市英威騰電氣股份有限公司 董慶棟

摘要：根據(jù)高壓變頻器在某集團熱電分公司引風機上的應用，分析改造前后的控制策略以及實際節(jié)能效果

關鍵詞：引風機 高壓變頻器 節(jié)能改造

一、概述

該廠現(xiàn)有220t/h循環(huán)流化床鍋爐1臺，240t/h循環(huán)流化床鍋爐 6臺， 600t/h循環(huán)流化床鍋爐3臺，2臺25MW雙抽凝汽式機組，2臺30MW雙抽凝汽式機組，2臺50MW雙抽凝汽式機組，1臺150MW雙抽凝汽式機組，是集團內(nèi)部最大的供熱單位，并在后端蒸汽需求降低時將一部分富裕蒸汽用來發(fā)電。根據(jù)集團“短平快”項目計劃，對6、9#爐引風機、7、9#爐二次風機電動機進行高壓變頻改造。

二、改造情況

1．循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)工藝流程

根據(jù)機組負荷的變化，機組控制系統(tǒng)將負荷指令傳遞至燃料系統(tǒng)實現(xiàn)整個系統(tǒng)的自動平衡，達到安全穩(wěn)定運行的目的。在機組負荷調節(jié)范圍大，負荷調節(jié)快的情況下，循環(huán)流化床需調節(jié)給煤量，空氣量和返料循環(huán)量，其負荷須可在30%-110%之間調節(jié)；此外由于截面風速高和吸熱控制容易，循環(huán)流化床鍋爐負荷調節(jié)速率要求也很快，一般達每分鐘4%。因此，通過采用調節(jié)一次風壓、風量，實現(xiàn)燃料系統(tǒng)快速負荷響應，就對風量的供給及使用等工藝指標提出了很高的要求。一方面，系統(tǒng)對風壓要求嚴格，過高影響噴燃器的火焰形態(tài)、過低風導致燃燒不充分。另一方面，系統(tǒng)對風量的控制受到諸多因素的影響，風溫的變化、鍋爐負荷的變動，都直接影響風量的控制指標。

由于目前引風機風量調節(jié)方式不能很好的滿足鍋爐燃燒能力及穩(wěn)定性運行需要，所以有必要對引風機進行節(jié)能和調節(jié)性能改造，來滿足機組整體調節(jié)性能需要。

2．一次動力系統(tǒng)策略

為了充分保證系統(tǒng)的可靠性，為變頻器同時加裝工頻旁路裝置，變頻器異常時，變頻器停止運行，電機可以直接手動切換到工頻下運行。工頻旁路由3個高壓隔離開關QS1、QS2和QS3組成（其中QF為甲方原有高壓開關）。要求QS2不能與QS3同時閉合，在機械上實現(xiàn)互鎖。變頻運行時，QS1和QS2閉合，QS3斷開；工頻運行時，QS3閉合，QS1和QS2斷開。

為了實現(xiàn)變頻器故障的保護，變頻器對6KV開關QF進行聯(lián)鎖，一旦變頻器故障，變頻器跳開QF，要求甲方對QF的合分閘電路進行適當改造。工頻旁路時，變頻器應允許QF合閘，撤消對QF的跳閘信號，使電機能正常通過QF合閘工頻啟動。設計方案如下：

一拖一手動旁路圖

三．控制系統(tǒng)方案

機組自動化投入率比較高，為減少此次引風機系統(tǒng)變頻改造對整個鍋爐系統(tǒng)的影響，仍然由DCS實現(xiàn)引風系統(tǒng)投自動的控制邏輯與爐膛負壓PID調節(jié)，變頻器作為一個執(zhí)行設備，接收DCS來的爐膛負壓調節(jié)信號，實現(xiàn)引風機轉速調節(jié)與擋板開度調節(jié)的協(xié)調控制。改造前后DCS控制邏輯圖如下所示：

對于DCS來說，引風系統(tǒng)改造前后的區(qū)別是控制對象不再是擋板而是引風機負荷率，DCS根據(jù)系統(tǒng)工況判斷所需要的引風機負荷率，直接控制引風機轉速與擋板開度，滿足爐膛負壓的控制需要。

四．節(jié)能效果分析

1、引風機現(xiàn)場技術數(shù)據(jù)：

1）工頻運行時引風機運行參數(shù)統(tǒng)計

2）電價： 0.5316元/kW·h

3）全年工作時間：7240h

2、工頻狀態(tài)下的年耗電量計算：

P_d：電動機總功率 ；P_A：A電動機功率 ；P_B：B電動機功率 ；I_A：A電動機輸入電流 ；I_B：B電動機輸入電流 ；  U：電動機輸入電壓 ； cosφ：功率因子。

計算公式：P_A =×U×I_A×cosφ ；P_B=×U×I_B×cosφ ；

則P_d =P_A+P_B=×U×(I_A+I_B)×cosφ…①

電動機在工頻狀態(tài)下，引風機電動機實際功耗計算值見下表。

C_d：年耗電量值 ；T：年運行時間 ；δ：單負荷運行時間百分比 。                           

累計年耗電量公式：C_d= T×∑（P_d×δ） …②

C_d =7922566 kW·h

因此，采用工頻運行時，每年引風機耗電量約為792萬度電。

3、變頻狀態(tài)下的年耗電量計算：

電動機在變頻狀態(tài)下，引風機電動機運行參數(shù)見下表。

C_b：年耗電量值 ；T：年運行時間 ；δ：單負荷運行時間百分比 。   

累計年耗電量公式：C_b= T×∑（P_b×δ） …⑤

C_b =4611485 kW·h

因此，采用變頻運行時，每年引風機耗電量約為461萬度電。

4、節(jié)能計算：

年節(jié)電量：ΔC= C_d－C_b = 792－461=331萬kW·h

節(jié)電率： （ΔC/C_d）×100% =（331/ 792）×100% =41%

節(jié)約電費若以上網(wǎng)電價0.5316元/度計算，則每年引風機改變頻可節(jié)約電費為：331×0.5316=176萬元。

五．總結

經(jīng)改造后的引風機轉速調節(jié)與改造前的控制閥門開度調節(jié)相比，除了上述直接經(jīng)濟效益外，還有許多間接經(jīng)濟效益：

（1）采用變頻調速，消除了大電動機啟動時對電網(wǎng)電壓的波動影響。

（2）采用變頻調速，消除了大電動機大電流啟動時的沖擊力矩對電機損壞。

（3）采用變頻調速，延長了電機、管道和閥門的使用壽命，減輕了維修人員的工作量，降低了維修費用。

（4）提高了系統(tǒng)自動裝置的穩(wěn)定性，為系統(tǒng)的經(jīng)濟優(yōu)化運行提供了可靠保證；系統(tǒng)的運行參數(shù)得到改善，提高系統(tǒng)效率。