國產(chǎn)高壓變頻器在電廠風(fēng)機(jī)節(jié)能改造中的應(yīng)用實(shí)踐

1、國產(chǎn)高壓變頻器在電廠風(fēng)機(jī)節(jié)能改造中的應(yīng)用實(shí)踐    1  引言   隨著現(xiàn)代企業(yè)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，效益最大化是企業(yè)永恒的主題。利用新技術(shù)來提高企業(yè)生產(chǎn)裝置的管理水平和節(jié)能降耗已是各企業(yè)首選的手段之一。高壓變頻節(jié)能技術(shù)隨著國內(nèi)一些生產(chǎn)廠家研制水平的不斷提高，已接近世界同行業(yè)的領(lǐng)先水平，并以產(chǎn)品性能穩(wěn)定、價(jià)格適宜深得國內(nèi)企業(yè)廣泛接受和應(yīng)用。    巨化集團(tuán)公司熱電廠#8爐為280T/H鍋爐，采用雙引風(fēng)機(jī)式，風(fēng)機(jī)型號為Y4-60-11N022.5D，配置功率為630kW，電壓為kV的三相交流異步電動(dòng)機(jī)

2、，風(fēng)門采用檔板調(diào)節(jié)，正常運(yùn)行開度為50%左右，形成檔板兩側(cè)風(fēng)壓差，造成節(jié)流損失;同時(shí)風(fēng)機(jī)檔板執(zhí)行機(jī)構(gòu)為大力矩電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，故障較多，風(fēng)機(jī)自動(dòng)率較低。為此我們對引風(fēng)量調(diào)節(jié)進(jìn)行變頻調(diào)速技術(shù)改造，以達(dá)到節(jié)能降耗及提高調(diào)節(jié)自動(dòng)化水平?，F(xiàn)就改造過程中的一些工作情況介紹如下。2  變頻器容量的選擇    一般情況下變頻器容量大小的選擇與電動(dòng)機(jī)容量相同，這樣能滿足電機(jī)在額定出力內(nèi)進(jìn)行不同轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。但在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)工作中，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行工況來選擇合適的變頻器容量，既能滿足生產(chǎn)需要，又能節(jié)省變頻器投資及減少配套設(shè)施。我們根據(jù)我廠#8爐引風(fēng)機(jī)的配置及正常運(yùn)行工況，了解到當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)

3、人員考慮風(fēng)道內(nèi)裝有脫硫裝置以及檔板開度在70%左右調(diào)節(jié)特性較好，所以配置了630kW的電機(jī)。同時(shí)我們也對額定工況下引風(fēng)機(jī)功率進(jìn)行了分析，在各種工況下引風(fēng)機(jī)功率都不會(huì)大于350kW。我們認(rèn)為如果采用變頻調(diào)速，風(fēng)門全開，節(jié)流損失會(huì)較大減少，風(fēng)機(jī)的功率將更不會(huì)大于350kW。為此，選擇容量為400kW的變頻器應(yīng)能滿足上述風(fēng)機(jī)在各種工況下不同轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的要求。3  采用變頻調(diào)速后的效益預(yù)測    利用變頻器作為風(fēng)量的調(diào)節(jié)器，最直接的效益就是節(jié)能降耗。各用戶可根據(jù)自己的的改造對象進(jìn)行初步分析計(jì)算，以了解改造后節(jié)能的投資回報(bào)率及風(fēng)機(jī)運(yùn)行的一些基本參數(shù)。 &#

4、160;  采用變頻調(diào)速的主要特點(diǎn)是消除或減少檔板的節(jié)流損失，節(jié)能的效果與風(fēng)機(jī)的性能、運(yùn)行工況、檔板的開度等有關(guān)。下面就例舉我廠#8爐風(fēng)機(jī)改造測算情況作一介紹。3.1 引風(fēng)機(jī)的性能曲線    型號為Y4-60-11N022.5D，其風(fēng)機(jī)性能參數(shù)如表1所示:   根據(jù)表1所給參數(shù)畫出流量、壓力曲線(AB)如圖1所示。 圖1    引風(fēng)機(jī)的流量、壓力曲線3.2 引風(fēng)機(jī)的實(shí)際測量我廠2002年9月9日的測試結(jié)果如表2。3.3  利用相似理論分析風(fēng)機(jī)采用變頻后的參數(shù) 

5、60;  圖1中AB曲線是風(fēng)機(jī)性能曲線，在近似額定轉(zhuǎn)速下，表示風(fēng)機(jī)流量與風(fēng)壓之間的關(guān)系。但在實(shí)際運(yùn)行工況中表2所示，風(fēng)機(jī)全壓、流量參數(shù)只需在圖1中C點(diǎn)運(yùn)行。在沒有改造前，風(fēng)機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速不能變，只能靠風(fēng)門節(jié)流。采用變頻調(diào)節(jié)，風(fēng)門全開，可根據(jù)工況所需的風(fēng)機(jī)全壓、流量來改變轉(zhuǎn)速。根據(jù)風(fēng)機(jī)相似理論，風(fēng)機(jī)性能參數(shù)之間關(guān)系為:Q/Q0=n/n0P/P0=(n/n0)2(P/P0) 式中:Q風(fēng)機(jī)流量    P風(fēng)機(jī)全壓    n轉(zhuǎn)速    介質(zhì)密度根據(jù)上述關(guān)系以及表2所示的運(yùn)行工況，風(fēng)機(jī)變頻后的運(yùn)行性能曲線下移為

6、圖1(abc)所示，其關(guān)系式為:Qa=QAn/n0      (1)Pa=PA(n/n0)2(/0)  (2)Qb=QBn/n0       (3)Pb=PB(n/n0)2(/0)     (4)3.4 相關(guān)參數(shù)估算    (1) 表2工況下轉(zhuǎn)速計(jì)算:    從圖1(abc)性能曲線所示，為了方便計(jì)算，近似認(rèn)為性能曲線成線性關(guān)系，即:(Pc-Pb)/(Qc-Qb)= (Pa-Pb)/ (

7、Qa-Qb)    (5)由(1)(5)式可求得變頻后的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為:3.5 效益估算    對比變頻調(diào)速前后的電功率:#1引風(fēng)機(jī)減少電功率230kW，節(jié)電率為67.8%;#2引風(fēng)機(jī)減少電功率195.65kW，節(jié)電率為61.7%。以上是理想條件下的節(jié)電率。在實(shí)際運(yùn)用中，為了考慮變頻器故障切換為工頻運(yùn)行時(shí)，風(fēng)門需保留它用。變頻調(diào)節(jié)運(yùn)行時(shí)風(fēng)門盡管全開，還有一定的阻礙，影響計(jì)算結(jié)果。另外，各種運(yùn)行工況的不同，節(jié)電效果也不一樣。所以實(shí)際節(jié)電率要比以上估算結(jié)果有一定的出入。但從以上結(jié)果來看，節(jié)電顯著，值得改造。4  變頻器性能的選擇&#

8、160;   利用變頻調(diào)節(jié)技術(shù)無疑要在原有的回路中加裝一套變頻調(diào)節(jié)設(shè)備，也就是說如該產(chǎn)品性能不好，將增加一個(gè)設(shè)備故障點(diǎn),影響機(jī)爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行，為此變頻調(diào)節(jié)器的性能選擇至關(guān)重要。我們在選擇時(shí)除了考慮一些常規(guī)的性能指標(biāo)外，還著重注意了以下幾點(diǎn):設(shè)計(jì)上是否相對有其特點(diǎn)，選用的元件是否穩(wěn)定、成熟;產(chǎn)生的諧波分量是否符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn);電源短時(shí)中斷恢復(fù)時(shí)對其影響程度;個(gè)別元件故障時(shí)能保持短時(shí)間的運(yùn)行等功能。    目前，市場上高壓變頻器產(chǎn)品較多，變頻調(diào)節(jié)類型也有多種。一般說來，國外有的產(chǎn)品其元件及性能應(yīng)較好，但價(jià)格較高，同時(shí)與用戶意見的交流、售后服務(wù)較為困難

9、。    我們在對風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)改造前，收集、了解了國內(nèi)一些調(diào)節(jié)裝置的資料，并進(jìn)行了比較，最后選擇了北京利得華福技術(shù)有限公司的產(chǎn)品，其主要特點(diǎn)有:    (1) 該裝置由移相變壓器、功率單元和控制器組成。移相變壓器副邊繞組分為三相，21個(gè)功率單元，每相由7個(gè)功率單元串聯(lián)構(gòu)成，每個(gè)單元的主回路相對獨(dú)立，可等效為一臺單相低壓變頻器，便于采用現(xiàn)有的成熟技術(shù)。    (2) 每個(gè)功率單元電路為基本的交-直-交單相逆變電路，整流側(cè)為二極管三相全橋，構(gòu)成30脈沖整流方式，通過對IGBT逆變橋進(jìn)行正弦PWM控制，得到每個(gè)

10、單元的輸出。然后將每相7個(gè)單元的輸出串聯(lián)成星形接法，通過對每個(gè)單元的PWM波形進(jìn)行重組，得到階梯正弦PWM波形。這種波形正弦度好，dv/dt小，諧波分量少于國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。    (3) 當(dāng)某一個(gè)單元出現(xiàn)故障時(shí)，內(nèi)部軟開關(guān)自動(dòng)導(dǎo)通，將此單元旁路，由其他單元的繼續(xù)運(yùn)行。5  引風(fēng)機(jī)變頻器的控制與調(diào)節(jié)   我們所應(yīng)用的HARSVERT-A06/050變頻器可通過在控制柜門“遠(yuǎn)控/本控”開關(guān)的切換實(shí)現(xiàn)“本機(jī)控制”與“遠(yuǎn)方控制”。我廠“遠(yuǎn)方控制”與原有的DCS連接，在引風(fēng)機(jī)控制畫面中增加了變頻器畫面，與變頻器輸出接口聯(lián)接，進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，運(yùn)行人員

11、可以通過DCS中的畫面對引風(fēng)機(jī)和變頻器的工作電流、轉(zhuǎn)速以及運(yùn)行、停止、故障等狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。另外，變頻器的控制調(diào)節(jié)還通過負(fù)壓調(diào)節(jié)器接受爐膛負(fù)壓信號和來自送風(fēng)系統(tǒng)的前饋信號，綜合運(yùn)算后經(jīng)手、自動(dòng)切換單元輸出420mA到變頻器的控制端，調(diào)節(jié)變頻器輸出電源的頻率，從而改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，改變引風(fēng)量，達(dá)到穩(wěn)定爐膛負(fù)壓的目的。    與常規(guī)的控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)比較，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)行操作方式基本不變，主要區(qū)別在于由調(diào)整引風(fēng)門開度改為調(diào)節(jié)引風(fēng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。為了保證生產(chǎn)的連續(xù)運(yùn)行，當(dāng)一臺變頻器故障時(shí)，聯(lián)跳相應(yīng)引風(fēng)機(jī)開關(guān)，短時(shí)出現(xiàn)單邊運(yùn)行。將故障變頻器隔離后，引風(fēng)電動(dòng)機(jī)可切換為工頻運(yùn)行，風(fēng)量

12、仍由風(fēng)門檔板調(diào)節(jié)。6  系統(tǒng)調(diào)試    變頻器安裝后，投入系統(tǒng)運(yùn)行前還需進(jìn)行必要的調(diào)試，其目的主要是檢查所選擇的變頻器其性能、功能是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求以及滿足實(shí)際生產(chǎn)需要。主要內(nèi)容有:(1) 具備條件:a) 相關(guān)變頻器工作的一、二次設(shè)備安裝、組態(tài)完畢;b) 變頻器柜內(nèi)變壓器耐壓試驗(yàn)、直流電阻測量合格;c) 6kV電纜、變頻器閘刀柜內(nèi)支持瓷瓶、避雷器等試驗(yàn)合格;d) 檢查各接線正確、緊固;e) 變頻器參數(shù)設(shè)置正確;f) 引風(fēng)機(jī)等機(jī)務(wù)設(shè)備具備試車條件。 (2) 試驗(yàn)項(xiàng)目:a) 閘刀閉鎖功能試驗(yàn):主要檢查出線閘刀和旁路閘刀的機(jī)械閉鎖功能;“高壓允許合閘”

13、閉鎖來源:論文天下 功能;防止帶負(fù)荷拉合閘刀功能。b) 靜態(tài)調(diào)試:將變頻器控制電源送上，引風(fēng)機(jī)開關(guān)處于試驗(yàn)狀態(tài)。檢查“本機(jī)控制”(觸摸屏控制)、“遠(yuǎn)方控制”(DCS控制)時(shí)的開關(guān)動(dòng)作狀態(tài)及變頻器面板、DCS畫面上的各種狀態(tài)顯示是否正確對應(yīng)。c) 動(dòng)態(tài)調(diào)試:引風(fēng)機(jī)開關(guān)、變頻器柜將正式通電。分別檢查“工頻旁路”狀態(tài)以及“變頻控制”狀態(tài)下，在DCS上或變頻器面板上操作引風(fēng)機(jī)、變頻器的啟、停、調(diào)是否正常，轉(zhuǎn)速、電流是否下確;在“工頻旁路”狀態(tài)時(shí)與“變頻控制”狀態(tài)時(shí)的轉(zhuǎn)向是否一致;在“變頻控制”時(shí)人為模擬故障保護(hù)動(dòng)作、信號是否正確。d) 帶負(fù)荷試驗(yàn):主要了解正常運(yùn)行工況下引風(fēng)機(jī)、變頻器的風(fēng)量、電流、轉(zhuǎn)速(頻率);檢查變頻器額定輸出電流時(shí)的電機(jī)轉(zhuǎn)速、變頻器頻率。以便確定變頻器的“始動(dòng)頻率”值以及是否投用限流功能。e) 動(dòng)力電源切換試驗(yàn):變頻器在正常運(yùn)行時(shí),電源發(fā)生短時(shí)波動(dòng)或工作廠用電中斷備用電切換成功,這時(shí)變頻器應(yīng)不發(fā)生跳機(jī)。7  變頻改造后的效果(1) 效益比較:我廠#8爐#1、#2引風(fēng)機(jī)于2003年7月1日改變頻調(diào)節(jié)正式投用，7月8日測試數(shù)據(jù)如