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350MW機組鍋爐一次風機變頻改造可行性分析

信息來源:發(fā)布時間:2020-08-27閱讀:309

華能國際電力股份有限公司南通電廠實業(yè)隨著電力市場改革的深化和燃料價格的不斷上漲,提高機組自動化水平,降低火電廠發(fā)電成本,已成為火電廠迫切需要解決的問題。長期以來,火電廠鍋爐離心式風機在運行過程中存在著以下幾個問題:電機按定速方式運行,采用擋板來調(diào)節(jié)風量,造成功率損耗大,浪費電能;擋板調(diào)節(jié)品質(zhì)差,執(zhí)行機構(gòu)易出故障,自動投入率低;電機啟動時,啟動電流大,對電機沖擊大,嚴重影響電機的絕緣性能和使用壽命。

  而變頻調(diào)速具有效率高、調(diào)速范圍寬、精度高、調(diào)速平穩(wěn)、無級變速等優(yōu)點,因此采用變頻調(diào)速技術(shù)是解決上述問題的好辦法,近年來已在發(fā)電廠中得到了廣泛應(yīng)用。

  華能南通電廠3、4鍋爐均為美國BW公司生產(chǎn)的CAROLINA型燃煤輻射鍋爐,采用一次風正壓直吹式制粉系統(tǒng)。一次風機型式為兩臺L3N電動定速雙吸離心式風機,采用入口導葉調(diào)節(jié),由英國HOWDEN公司供貨。風機的風量裕度為57%壓頭裕度為30%電動機裕量90%額定軸功率893KW電動機容量1695IKW.自投運以來,各項經(jīng)濟數(shù)據(jù)分析表明,本廠3、4鍋爐設(shè)計時一次風機選型明顯偏大。在工況變化時,風機入口采用擋板調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)范圍:10%―40%之間,自2001年江蘇省投用AGC方式以來,負荷變化幅度加大,一次風檔板調(diào)節(jié)頻繁,節(jié)流損失很大。在鍋爐滿負荷時電流為110安培左右,而相同容量、設(shè)計較為合理的12鍋爐一次風機在同等負荷下電流僅為90安培左右。

  為節(jié)能降耗,降低廠用電率,對3、4爐一次風機進行相關(guān)的改造成為本廠有關(guān)技術(shù)人員必須考慮的問題。經(jīng)過多種方案對比分析,變頻改造不失為一個較理想的方案。理風壓調(diào)節(jié)平穩(wěn)、DCS控制理想。另外,經(jīng)濟上可行,投資效益顯著。下面筆者就對本廠3、4爐一次風機電動機進行高壓變頻改造技術(shù)可行性、改造方案、經(jīng)濟性應(yīng)用前景進行分析。

  二、一次風機電動機變頻改造技術(shù)的理論依據(jù)、4爐一次風機為出口角P290*葉片后傾式離心風機,其運轉(zhuǎn)特性曲線如所示:N*風機工作有效總功率;n*效率,風機軸上的功率n因有部分損失而不能全部傳給空氣,可用效率這一參數(shù)來表示風機工作的優(yōu)劣。

  2.根據(jù)離心風機參數(shù)的比例定律,對不同轉(zhuǎn)速控制時的H-Q關(guān)系曲線如所示。當風機轉(zhuǎn)速從n變化到:后風量Q、風壓H及軸功率N的關(guān)系:在當前國內(nèi)高壓變頻器生產(chǎn)廠家日益增多,且技術(shù)曰趨成熟的形勢下,該方案目前日見少用。

  即風量與轉(zhuǎn)速成正比,風壓與轉(zhuǎn)速平方成正比,軸功率與轉(zhuǎn)速立方成正比。

  當管路的風阻力R保持不變時,風量與通風阻力之間的關(guān)系是確定不變的,即風量Q與通風阻力h按阻力定律變化,即h= Q2. h―Q間的拋物線關(guān)系曲線稱為管路特性曲線,如所示顯然風阻R越大,曲線越陡。

  風機的特性曲線H―Q與管路的阻力特性曲線h―Q相交的工況點稱為工作點M在中表示的同一風機兩種不同轉(zhuǎn)速n、:時的H-Q曲線和h―Q曲線相交的工況點M、M\3.變頻器調(diào)速控制節(jié)電降耗原理。利用變頻器裝置,對風機進行轉(zhuǎn)速控制屬于減少空氣阻力節(jié)電法,是一種較好的節(jié)電方式,它和一般常用的調(diào)節(jié)風門控制風量方法比較,有著明顯的節(jié)電效果。通過可說明其節(jié)電原理。圖中曲線I為風機在恒速下風壓一風量(H―Q)特性曲線,曲線為管路(h―Q)特性曲線(風門開度全開)。假設(shè)風機在設(shè)計時工作在1點效率最高,輸出風量Q,為100%,此時軸功率Ni與Qi、Hi的乘積面積1HiQi成正比。根據(jù)生產(chǎn)工藝要求,當風量從Qi減少到Q2(例如50%)時,如采用調(diào)節(jié)風門方法相當于增加管路阻力,使管路阻力特性變?yōu)榍€I系統(tǒng)工作點由原來的工況點1變到新的工況點2圖中看出,風如果采用變頻轉(zhuǎn)速控制方式,風機轉(zhuǎn)速由降到根據(jù)風機參數(shù)的比例定律,畫出在轉(zhuǎn)速n2下的風壓一風量(H+Q)特性曲線如圖W所示,系統(tǒng)工作點則由原來的工況點1變到新的工況點3.顯而易見,在滿足同樣風量Q2的情況下,風壓H3大幅下降,軸功率N3(與面積3H30Q2成正比)顯著減少,與風門調(diào)節(jié)時軸功率N2相比,節(jié)約功率明顯(與面積由以上分析可知,即風量Q與轉(zhuǎn)速n―次方成正比,風壓H與轉(zhuǎn)速n平方成正比,軸功率N與轉(zhuǎn)速n立方成正比。

  因此當外界對風機風量要求減小時,風機轉(zhuǎn)速同步減小,軸功率以轉(zhuǎn)速三次方的速度下降,比如風量下降80%,則軸功率將下降到原先功率的51%.當然這是理論上的計算,實際操作時還需考慮由于轉(zhuǎn)速降低會引起效率降低及附加控制裝置的效率損耗等,工藝上也需考慮控制適合的轉(zhuǎn)速,在滿足風量要求的同時保證滿足風壓的要求。但這些影響是很微小的。因此,在變負荷的風機機械中采用轉(zhuǎn)速控制方式來調(diào)節(jié)風量,在節(jié)能上是一個有效的辦法。

  三、目前采用的幾種改造方案比較分析該方案的產(chǎn)品以西門子公司為主,故又稱為西門子方案,如所示,這種方案以通過低壓變頻器為核心,即在低壓變頻器的輸入側(cè)加一臺降壓變壓器,將6kV降至低壓變頻器的適配輸入電壓,在低壓變頻器的輸出側(cè)加一臺升壓變壓器,使輸出電壓與電動機的額定電壓相匹配。降壓變壓器一般采用三繞組變壓器,兩個副邊繞組相差30*角度,以實現(xiàn)12脈沖工作方式,減少主回路諧波,由于變頻器輸出含有高次諧波及直流成份,且dv/dt高,升壓變壓器需特殊設(shè)計。

  這種方案適用于改造項目其優(yōu)點:1)方案成熟。目前國內(nèi)應(yīng)用較多。(2)原有電機電纜無須改動。(3)便于實現(xiàn)切換功能。(4)投資較低。

  缺點:(1)由于兩次電壓轉(zhuǎn)換,增加了損耗,降低了效率。

  (2)產(chǎn)生大量的高次諧波,需加濾波裝置。(3)升壓變壓器存在諧波發(fā)熱。(4)長期運行費用相對較高。

  降壓變壓器低壓變頻器升壓變壓器高壓電動機一次風機高一低一高方案。節(jié)如所示,用額定電壓為6kV的高壓變頻器直接驅(qū)動電動機,實現(xiàn)變頻調(diào)速,此種方式整體效率高,技術(shù)先進,結(jié)構(gòu)簡單可靠性高,適用于大容量電動機,對電動機沒有特殊的要求,可用于任何普通的異步電動機,不存在諧波引起的電動附加發(fā)熱、轉(zhuǎn)矩脈動和噪聲。缺點是初期投資大。但這種方案效率較高,節(jié)能優(yōu)勢明顯。

  綜合考慮以上兩種方案,兩種方案在節(jié)能上都是可行的,在一次性投資許可的情況下,方案2的可行性很好,目前該方案應(yīng)用范圍日趨廣泛,節(jié)能效果明顯。

  四、次風機變頻調(diào)節(jié)相關(guān)系統(tǒng)設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)對一次風機風量和風壓的要求,理論上最好是風壓不變,風量根據(jù)負荷的變化而變化。因此僅靠變頻調(diào)節(jié)并不能滿足系統(tǒng)要求,可考慮與原系統(tǒng)擋板結(jié)合使用。整個調(diào)節(jié)系統(tǒng)不僅節(jié)能,而且能實現(xiàn)在維持風機出口風壓相對穩(wěn)定的前提下對風量的及時調(diào)節(jié),相關(guān)系統(tǒng)采用閉環(huán)控制,這樣,系統(tǒng)的調(diào)節(jié)特性更優(yōu)越。相比原風機擋板調(diào)節(jié),除節(jié)電外,還能減少風量調(diào)節(jié)時風壓的過大波動。

  經(jīng)過統(tǒng)計,在本廠年平均負荷率最高的2002年7月份,一次風機入口調(diào)節(jié)擋板的平均開度為30%,年平均負荷最低的2006年3月份,一次風機入口調(diào)節(jié)擋板的平均開度為26%,相比較20%―40%的設(shè)計調(diào)節(jié)開度,說明本廠一次風機的調(diào)節(jié)裕量相當大,在實際轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)控制中可以認為風量參數(shù)在滿足風壓的過程中是全部符合負荷要求的,因此只需計算負荷要求下風壓參數(shù)所得到的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍及功率消耗狀況。

  1.計算風機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍己知:一次風機正常風壓范圍90―軸功率N與轉(zhuǎn)速n的三次方成正比,即V如=(3.代入可得:軸功率V將下降到額定功率的54.5%.根據(jù)本廠近年負荷情況,保守估算,一次風機變頻改造后,節(jié)電應(yīng)在目前平均電量的25%左右。風機額定功率893kW,年運行時間以7000小時計,則每臺鍋爐年節(jié)電達312.5萬度電。以合同基本電量電價0.334元/度計算,一年可節(jié)約費用1044萬元。由此可知,一次風機變頻改造的經(jīng)濟性是十分明顯的。按同理推算,華能南通電廠引風機,凝結(jié)水泵皆可應(yīng)用變頻技術(shù)屆時,整機效率將大大提高。

  變頻調(diào)速是風機水泵節(jié)能的最佳方案,風機的軸功率是轉(zhuǎn)速的三次方函數(shù)關(guān)系。當轉(zhuǎn)速降低后,其消耗功率會大幅下降,變頻調(diào)速器效率因數(shù)高,nvvvF95%―98%,而且近似不變。所以在諸多調(diào)速方案中變頻調(diào)速節(jié)能效益最佳,理應(yīng)為首選方案。風機改用變頻器后不但提高了穩(wěn)定性,而且具有巨大的經(jīng)濟效益。

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