高压变频技术在风机节能改造中的应用研究

发布时间：2022-03-13 15:12:55 浏览数：次

(1. 瑞平煤电有限公司，河南平顶山 467000；2.大雁煤业公司，内蒙古呼伦贝尔 021122)
摘要：通过对瑞平电厂1#炉引风机、一次风机、二次风机的高压变频节能改造的介绍，指出了风机运行中的现存问题，介绍了改造的技术方案及改造效果，特别对经济效果进行了比较详细的分析。
关键词：高压风机；高压变频器；变频技术；改造
中图分类号：TM433.06 文献标识码：A 文章编号：1007—6921(2008)13—0113—01

平顶山市瑞平煤电有限公司2×135MW热电联产技改工程，前身是天瑞集团汝州火电厂的技改工程项目。现由平顶山市瑞平煤电有限公司负责建设，属第三批国家重点技术改造“双高一优”项目。该项目建设规模为270MW，安装两台135MW超高压、一次中间再热、单轴、单抽供热汽轮机发电机组和两台480t/h超高压、再热、自然循环、循环流化床锅炉。
1 高压风机在使用中存在的问题

电厂原来使用的2台锅炉全部采用了引风、一次风机和二次风机，这些风机的驱动电机是按照最大额定负荷设计的，而锅炉一年中能在最大额定负荷段状态下运行的时间却很少，大部分时间运行在2/3负荷段上。这样，锅炉对实际风的需要量却不是所设计的最大风量，而是随着负荷改变而改变的变化风量，从而造成大量无效能源消耗，根本无法适应我国关于能源节约与资源综合利用的相关要求。 

为了满足锅炉对变化风量的要求，该电厂传统工艺一直采用调整风道档板开度的办法。这种办法能够改变和调整风量，却无法调整驱动电机的转速和按比例节能，造成了工业生产中能源的大量浪费和生产成本的上升。随着高压变频器技术产品的成熟与稳定应用，该电厂把这一节能成果进一步扩大到了高压电机上，并于2007年5月份对1#炉三台风机的驱动电动机进行了高压变频器改造，从根本上弥补了传统工艺的技术缺憾。
2 改造方案研究
2.1 主回路方案

根据风机负荷的重要性，该公司决定采用的变频控制为“一拖一”方案，即一台变频器带一台风机电机。为了增加运行的可靠性和安全性，又增设了工频旁路回路，具体的设计方案见图1。  当电机需变频运行时，应首先将QS3拉开，然后合QS1和QS2刀闸，最后再合真空断路器QF，使变频器得电并启动变频器以驱动电机；当电机需工频运行时，应将QS1和QS2刀闸拉开，将 QS3旁路刀闸合入，最后合真空断路器QF，以直接驱动电机工频运行。此运行方式为变频器故障或检修等特殊情况下用工频来保证设备运行的备用工作方式。
图中：QF——真空断路器；
QS1、QS2、QS3——3台高压隔离刀闸。

另外，本方案在机械上实现了安全互锁。为了实现对故障变频器的保护，变频器故障状态下发出跳闸指令，对现场的高压真空断路器QF进行连锁跳闸，以使变频器断开电源。同时三把刀闸都与断路器QF电气互锁，只有在断路器分离时才能操作刀闸，保证了安全操作。
2.2 控制方案

根据该公司的实际情况，对变频器采用了三种控制方案，分别是远程DCS闭环自动控制、远程DCS开环手动控制和就地手动控制。
2.3 冷却方案

变频器的工作过程是将交流电整流成直流电，再将直流逆变成交流的过程。在这一过程中，电子功率器件自身要发出一定的热量（2%），这些热量会使设备的温度不断上升，并烧损设备本身。为了使变频器正常稳定工作，就必须将变频器发出的热量及时排散掉。因此变频器冷却问题对变频器运行的稳定十分重要。经过认真的研究，采用了最简单、最有效、最稳定的冷却方案——自然风冷方案。就是在变频器顶部安装一个总风道，用这个风道将变频器自身顶部的冷却风机从室内吸入的自然空气把变频器内部热量不断地排放到室外。经过在40 ℃室温条件下做满载散热能力试验，结果变频器的温度最高到68℃，与设计的最高温升140 ℃相比，结果是非常理想的。
3 改造效果
3.1 改造后的工艺效果

1#炉引、送、二次风机高压变频改造后，将原风道中用开度大小来调整风道风量的档板开到了100%，大大减小了风的阻力损耗。本改造方案完全改变了风在管道中的振动频率，避免了共振现象的产生，解决了风道在工频状态下振动大的问题。
3.2 改造后对电网的冲击效果

当电机通过工频直接启动时，它将会产生7～8倍的电机额定电流。这个电流值将大大增加电机绕组的电应力并产生热量，从而降低电机的寿命。采用变频后，电机实现了软启动，可以在零速零电压启动（当然可以适当加转矩提升），直到达到工作电流为止。一旦频率和电压的关系建立，变频器就可以按照V/f或矢量控制方式带动负载进行工作，对电网几乎没有冲击。
3.3 改造后的维护强度效果

采用变频调速后，驱动电动机基本工作在30～40Hz的频率范围内，与工频50Hz相比，降低了风机的转速。另外启动时的缓慢升速过程也使整套风机机械设备的零部件、密封和轴承等的使用寿命大大延长。不用档板调风，调风档板的使用寿命大大延长，使检修维护工作量减少，更降低了检修工作强度和费用。
3.4 改造后的节能效果 

该电厂1#炉3台风机进行变频调速改造后，在收到上述诸多改造工艺效果的同时，获得了更重大的节能效果（见表1）。

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注：改造前功率因数为0.85；改造后功率因数为0.95。
从上表中数据可知，锅炉在运行过程中，三台风机的节电效果随锅炉负荷的增加而下降。而该电厂1#炉每年三台风机用总电量约为1 855万度（kW·h），改造后每年三台风机总用电量约为908.95万度（kW·h），故1#炉变频改造后比改造前每年可节约电能约946.05万度（kW·h）。如果每度电销售价格以0.34元计，那么该电厂1#炉三台风机变频改造后每年可节约的用电，相当于节支322万元。
4 结语

从该电厂1#炉三台风机的高压变频效果来看，应用高压变频技术对风机进行改造，经济效益和社会效益显著，具有广阔推广前景。

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