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    孫濤（1977－）
男，大學(xué)本科，工程師，（合肥工業(yè)大學(xué)電氣與自動化工程學(xué)院，安徽，合肥  230009 ）,合肥工業(yè)大學(xué)工程碩士在讀，現(xiàn)就職于安徽省皖能股份有限公司安全生產(chǎn)部，從事發(fā)電廠電氣設(shè)備技術(shù)管理工作。

摘要：本文對我國目前火電廠風(fēng)機、水泵調(diào)速技術(shù)應(yīng)用情況進行總結(jié)，分析存在的問題，提出了變頻改造方案及合理選型的建議，使改造工程能夠最大限度地發(fā)揮經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：變頻；改造；能耗

Abstract: This article summarizes the applications of timing technique in our country power plant for breeze machine and water pump  currently, analyzes the existent problems, and puts forward the suggestion of reformation project and reasonable choosing type for frequency conversion, in order that the reformation engineering can develop an economic benefit to a great degree.

Key words: Frequency Conversion; Reformation; Energy Consume

1 引言

    節(jié)能降耗是我國能源政策的基本方針，是提高資源利用效率和實現(xiàn)資源優(yōu)化配置的有效途徑。作為發(fā)電企業(yè)，在市場供過于求，設(shè)備利用率下降，競爭日益激烈的市場形勢下，在燃料成本不斷上漲，企業(yè)經(jīng)營壓力越來越大的情況下，通過挖掘內(nèi)部潛力、降低內(nèi)耗，實現(xiàn)以最小投入取得最大效益，是提高企業(yè)競爭力的有效途徑。

    在火力發(fā)電廠中，風(fēng)機和水泵是最主要的耗電設(shè)備，容量大、耗電多，由于這些設(shè)備都是長期連續(xù)運行和經(jīng)常處于低負荷及變負荷運行狀態(tài)，有很大的節(jié)能潛力，因此，提高風(fēng)機和水泵的運行效率是近年來火電廠節(jié)能降耗的焦點所在。

2 風(fēng)機變頻調(diào)速應(yīng)用分析

    隨著火電機組容量的提高，電站鍋爐風(fēng)機的容量也在不斷增大，如國產(chǎn)300MW機組，風(fēng)機的總功率6440kW，占機組容量的3％以上。因此，提高風(fēng)機的運行效率對降低廠用電率具有重要的作用。

    一般在鍋爐風(fēng)機容量設(shè)計時，單側(cè)風(fēng)機運行時具備帶 75％負荷運行的能力，這主要是從機組運行的安全性出發(fā)的；當失去一側(cè)送引風(fēng)機時，機組還能帶75％的負荷運行。所以當雙側(cè)風(fēng)機運行，機組帶滿負荷時，送引風(fēng)機的設(shè)計余量在 20％～30％左右，風(fēng)門開度一般為50％～60％，這也是從風(fēng)門調(diào)節(jié)的靈敏度來考慮的。一般200MW 以下機組配置帶有入口導(dǎo)向葉片的送風(fēng)機和引風(fēng)機，如125MW 機組配置 600ｋＷ 送風(fēng)機兩臺和800kW 引風(fēng)機兩臺；300MW機組則采用動葉可調(diào)的送風(fēng)機（1800kW）兩臺和靜葉可調(diào)的引風(fēng)機（2200kW）兩臺。這就為風(fēng)機的變頻調(diào)速節(jié)能改造造就了巨大的潛力，即使在機組滿負荷運行時，也有20％～30％ 的節(jié)電率。

    由于機組的負荷經(jīng)常變化，為了保證鍋爐的燃燒和負壓的穩(wěn)定，需要及時調(diào)整送、吸風(fēng)量和煤粉量。在 200MW及以下機組，一般采用調(diào)整入口導(dǎo)向葉片的角度（風(fēng)門開度）的方式來調(diào)節(jié)風(fēng)量，這種風(fēng)門調(diào)節(jié)的截流損耗一般為30％Pe（額定容量）。在 300MW 及以上機組，則采用調(diào)節(jié)動、靜葉片的方式來實現(xiàn)風(fēng)量調(diào)節(jié)，這種調(diào)節(jié)方式的截流損耗也在 20％Pe 左右。如果采用變頻調(diào)速改造，將完全消除風(fēng)門和葉片的截流損耗。

    因此，鍋爐送引風(fēng)機是目前火電廠中應(yīng)用高壓變頻調(diào)速技術(shù)進行節(jié)能改造的首選和主要對象，尤以引風(fēng)機為多。一般是一臺鍋爐四臺送引風(fēng)機同時上變頻調(diào)速，或者只上兩臺引風(fēng)機。其拖動功率一般為 315～2500kW，電壓等級為6kV、10kV。風(fēng)機的節(jié)能潛力大，調(diào)速范圍寬，且其功率等級決定了使用高壓變頻改造時其技術(shù)性能和經(jīng)濟性能都較好，系統(tǒng)設(shè)計采用標準的一拖一帶工頻旁路方案。

3 水泵變頻調(diào)速應(yīng)用分析

    火力發(fā)電機組必須配備的水泵主要有鍋爐給水泵、循環(huán)水泵和凝結(jié)水泵，其次還有射水泵、低壓加熱器疏水泵、熱網(wǎng)水泵、冷卻水泵、灰漿泵、軸封水泵、除鹽水泵、清水泵、過濾器反洗泵、生活水泵、消防水泵和補給水泵等。這些水泵數(shù)量多，總裝機容量大：50MW火電機組的主要配套水泵的總裝機容量為6430kW，占機組容量的12.86％；100MW 機組為10480kW，占 10.48％；300MW 機組為15450kW，占 6.73％。由此可見，水泵是火力發(fā)電廠中耗電量最大的一類輔機，提高水泵的運行效率，降低水泵的電耗對降低廠用電率具有舉足輕重的意義。  

    與風(fēng)機一樣，由于設(shè)計中層層加碼，留有過大的富裕量，造成大馬拉小車之外，由于采用節(jié)流調(diào)節(jié)，為滿足生產(chǎn)工藝上的要求，造成更大的能源浪費現(xiàn)象。

    3.1 循環(huán)水泵

    循環(huán)水泵一般單元機組設(shè)置3臺循環(huán)水泵，運行方式：一臺運行、一臺備用、一臺檢修，定期切換運行。隨著機組負荷和季節(jié)的變化，為了保證機組在合理的經(jīng)濟真空值運行，需要的冷卻水量是變化的。通常冬季單臺泵運行流量偏大，夏季單臺泵流量不足，需要兩臺泵運行，而兩臺泵的流量又過大。目前國內(nèi)中等以上容量的機組也有采用調(diào)節(jié)閥實現(xiàn)冷卻水流量調(diào)節(jié)的，這種調(diào)節(jié)方式控制的汽輪機真空度不穩(wěn)定，不能保證汽輪機的經(jīng)濟運行，尤其在低負荷運行時，閥門的節(jié)流損耗大，泵的運行效率也很低。

    若進行變頻調(diào)速改造，既可節(jié)能降耗，又能根據(jù)機組負荷和季節(jié)的變化調(diào)節(jié)冷卻水的流量，達到汽輪機最有利真空的控制目的，實現(xiàn)了汽輪機真空度的高精度控制和經(jīng)濟運行的目的。

    3.2 凝結(jié)水泵

    凝結(jié)水泵一般一臺機組設(shè)計二臺110％容量的凝結(jié)水泵，一臺運行，一臺備用；大機組采用三臺泵，二臺運行，一臺備用，每臺泵的出力均為55％額定容量。

    凝結(jié)水泵若采用變頻調(diào)速改造，除了顯著的節(jié)能效果外，還可收到改善工藝控制的效果，提高機組的安全經(jīng)濟運行水平。凝結(jié)水泵電動機的功率范圍是500～1500kW，采用高壓變頻改造比較合算。因為凝結(jié)水泵一用一備，采用一臺高壓變頻器“一拖二”方案較為經(jīng)濟，但倒泵時要停變頻器。在經(jīng)費允許的情況下，也可采用兩臺高壓變頻器“一拖一”的方案；一臺調(diào)速泵運行，另一臺調(diào)速泵備用，當一臺調(diào)速泵的開關(guān)跳閘時另一臺調(diào)速泵自動投入運行，以確保機組的安全運行。

    3.3 灰漿（渣）泵

    一般兩臺機組共用一個灰漿池，配置３臺灰漿泵，每臺泵的出力均為110％額定容量，還要另加一臺清洗水泵，用來清洗灰漿（渣）泵及管道的積灰。其運行方式是三臺泵輪流間斷運行，操作頻繁，泵和電動機損壞嚴重。因此，灰漿泵是發(fā)電廠中最需要進行變頻改造的泵。

    由于灰漿泵的容量為300～500kW，且為6kV高壓電動機，若采用6kV高壓變頻器，沒有這個功率等級的設(shè)備，一般都在800kW以上，設(shè)備的電流利用率低，投資高，不劃算。因此，可采用“高一低一低”方案，即用一臺變壓器將電壓6kV降為 380V 或690V，用380V（或690V）低壓變頻器，將6kV電動機換成380V或690V電動機，較為經(jīng)濟合理。為了進一步節(jié)省投資，可采用“一拖三”方案，即用一套變頻調(diào)速裝置，輪流拖動三臺泵運行。由于灰漿泵為間斷運行方式，泵的切換可采用“冷”切換的方式：停泵—切換—啟動另一臺泵。

    其他還有低加疏水泵、熱網(wǎng)水泵、清水泵、補給水泵和生活水泵等，均為低壓電動機拖動，可根據(jù)其運行狀況設(shè)計合理的改造方案，這里不再一一贅述。

4 變頻調(diào)速改造實施方案

    4.1 變頻器容量的合理選型

    風(fēng)機水泵變頻調(diào)速改造時，要求低投入、高回報，盡可能在短時間內(nèi)收回投資成本。因此，在變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計和變頻器功率容量的確定時，要做到經(jīng)濟合理，避免再次出現(xiàn)“大馬拉小車”的現(xiàn)象。

    一般情況下，對于在生產(chǎn)過程中經(jīng)常或有時電動機的負載達到或接近其額定容量時，變頻器容量選型應(yīng)為電動機額定容量的110％，以保證電動機的額定出力。但是在實際生產(chǎn)中，由于設(shè)計中的層層加碼，普遍存在著“大馬拉小車”的現(xiàn)象，即使在拖動負載額定出力時，電動機的負載率依然不足，在這種情況下就應(yīng)根據(jù)實際運行工況來選擇合適的變頻器容量，既能滿足生產(chǎn)的需要，又能節(jié)省變頻器和相應(yīng)配套設(shè)施的投資。

    為進一步降低變頻器的容量和投資，還可以考慮采用變頻器和入口導(dǎo)葉聯(lián)合調(diào)節(jié)方式，即在30～80％額定風(fēng)量范圍內(nèi)采用變頻調(diào)速，在80～100％額定風(fēng)量范圍內(nèi)則采用入口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)。采用聯(lián)合調(diào)節(jié)方式后，變頻器的容量僅為800kW，使變頻容量和投資降低了近一半，大大降低了改造成本。但這種聯(lián)合調(diào)節(jié)方式存在變頻／工頻動態(tài)切換問題，可能影響到機組運行的可靠性，所以在設(shè)計時應(yīng)慎重考慮。

    4.2 變頻器電壓等級的合理選型

    由于我國的供電電壓和電動機制造電壓無1.7kV、2.3kV、3.3kV和4.16kV電壓等級，所以在變頻器選型時可不考慮以上中壓等級的產(chǎn)品。一般200kW 以上的電動機均采用6kV、10kV 電壓等級這個現(xiàn)實來考慮問題。

    （1）對于800～1000kW以上功率的風(fēng)機水泵，可采用6kV、10kV的直接“高－高”方式的變頻器。為提高可靠性，可設(shè)計工頻旁路系統(tǒng)。

    （2）對于 400kW 以下功率等級，考慮到直接采用高－高方式的變頻器不經(jīng)濟，可采用“高－低－低”方式；即采用6kV／380V進線變壓器，380V變頻器，380V電動機的方案。

    （3）對于 400～800kW 功率等級的改造項目，則宜采用660V變頻器和660V電動機的“高－低－低”方案，因為這個功率等級的設(shè)備若采用380 V方案其電流及體積都會太大。

    （4）高－低－高方案因為其體積以及升壓變壓器的技術(shù)要求太高而已很少采用。

    4.3 變頻器運行方式的合理選擇

    對于隨機組長期連續(xù)運行的重要設(shè)備，如送、引風(fēng)機，進行變頻調(diào)速節(jié)能改造時，都要采用“一施一”方案，即一臺設(shè)備配置一臺110％容量的變頻器，并且要設(shè)計工頻旁路系統(tǒng)，當變頻器故障時將設(shè)備切換到工頻運行。為了避免因設(shè)備的切換影響機組安全運行，還要設(shè)計同步切換（Bypass）控制功能，實現(xiàn)真正的平穩(wěn)無擾動切換。

    對于可以間歇工作的設(shè)備，如灰漿（渣）泵等，為了降低改造成本，可以采用“一拖Ｎ”方案，但必須采用“冷”切換方式，以保證變頻器和拖動設(shè)備的安全。

5 結(jié)論

    綜上所述，火電廠在進行變頻調(diào)速改造前期，要做好充分的收資、調(diào)研工作，本著最高可靠性、最優(yōu)經(jīng)濟性、最小系統(tǒng)異動等原則，從本單位機組的負荷情況、設(shè)計余量、場地位置、資金預(yù)算等實際情況進行全面考慮，選擇適合本單位具體情況的改造方案，使變頻改造工程最大限度地發(fā)揮出經(jīng)濟效益。