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華能國際電力股份有限公司南通電廠實(shí)業(yè)隨著電力市場改革的深化和燃料價(jià)格的不斷上漲，提高機(jī)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(fēng)機(jī)在運(yùn)行過程中存在著以下幾個(gè)問題：電機(jī)按定速方式運(yùn)行，采用擋板來調(diào)節(jié)風(fēng)量，造成功率損耗大，浪費(fèi)電能；擋板調(diào)節(jié)品質(zhì)差，執(zhí)行機(jī)構(gòu)易出故障，自動投入率低；電機(jī)啟動時(shí)，啟動電流大，對電機(jī)沖擊大，嚴(yán)重影響電機(jī)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(diǎn)，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(fēng)正壓直吹式制粉系統(tǒng)。一次風(fēng)機(jī)型式為兩臺L3N電動定速雙吸離心式風(fēng)機(jī)，采用入口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)，由英國HOWDEN公司供貨。風(fēng)機(jī)的風(fēng)量裕度為57%壓頭裕度為30%電動機(jī)裕量90%額定軸功率893KW電動機(jī)容量1695IKW.自投運(yùn)以來，各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)分析表明，本廠3、4鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)一次風(fēng)機(jī)選型明顯偏大。在工況變化時(shí)，風(fēng)機(jī)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(fù)荷變化幅度加大，一次風(fēng)檔板調(diào)節(jié)頻繁，節(jié)流損失很大。在鍋爐滿負(fù)荷時(shí)電流為110安培左右，而相同容量、設(shè)計(jì)較為合理的12鍋爐一次風(fēng)機(jī)在同等負(fù)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(fēng)機(jī)進(jìn)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(gè)較理想的方案。理風(fēng)壓調(diào)節(jié)平穩(wěn)、DCS控制理想。另外，經(jīng)濟(jì)上可行，投資效益顯著。下面筆者就對本廠3、4爐一次風(fēng)機(jī)電動機(jī)進(jìn)行高壓變頻改造技術(shù)可行性、改造方案、經(jīng)濟(jì)性應(yīng)用前景進(jìn)行分析。

　　二、一次風(fēng)機(jī)電動機(jī)變頻改造技術(shù)的理論依據(jù)、4爐一次風(fēng)機(jī)為出口角P290*葉片后傾式離心風(fēng)機(jī)，其運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線如所示：N*風(fēng)機(jī)工作有效總功率；n*效率，風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)工作的優(yōu)劣。

　　2.根據(jù)離心風(fēng)機(jī)參數(shù)的比例定律，對不同轉(zhuǎn)速控制時(shí)的H-Q關(guān)系曲線如所示。當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速從n變化到：后風(fēng)量Q、風(fēng)壓H及軸功率N的關(guān)系：在當(dāng)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(fēng)量與轉(zhuǎn)速成正比，風(fēng)壓與轉(zhuǎn)速平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速立方成正比。

　　當(dāng)管路的風(fēng)阻力R保持不變時(shí)，風(fēng)量與通風(fēng)阻力之間的關(guān)系是確定不變的，即風(fēng)量Q與通風(fēng)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(fēng)阻R越大，曲線越陡。

　　風(fēng)機(jī)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(diǎn)稱為工作點(diǎn)M在中表示的同一風(fēng)機(jī)兩種不同轉(zhuǎn)速n、：時(shí)的H-Q曲線和h―Q曲線相交的工況點(diǎn)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(fēng)機(jī)進(jìn)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(fēng)門控制風(fēng)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(fēng)機(jī)在恒速下風(fēng)壓一風(fēng)量（H―Q）特性曲線，曲線為管路（h―Q）特性曲線（風(fēng)門開度全開）。假設(shè)風(fēng)機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)工作在1點(diǎn)效率最高，輸出風(fēng)量Q，為100%，此時(shí)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(dāng)風(fēng)量從Qi減少到Q2（例如50%）時(shí)，如采用調(diào)節(jié)風(fēng)門方法相當(dāng)于增加管路阻力，使管路阻力特性變?yōu)榍€I系統(tǒng)工作點(diǎn)由原來的工況點(diǎn)1變到新的工況點(diǎn)2圖中看出，風(fēng)如果采用變頻轉(zhuǎn)速控制方式，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由降到根據(jù)風(fēng)機(jī)參數(shù)的比例定律，畫出在轉(zhuǎn)速n2下的風(fēng)壓一風(fēng)量（H+Q）特性曲線如圖W所示，系統(tǒng)工作點(diǎn)則由原來的工況點(diǎn)1變到新的工況點(diǎn)3.顯而易見，在滿足同樣風(fēng)量Q2的情況下，風(fēng)壓H3大幅下降，軸功率N3（與面積3H30Q2成正比）顯著減少，與風(fēng)門調(diào)節(jié)時(shí)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(fēng)量Q與轉(zhuǎn)速n―次方成正比，風(fēng)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(dāng)外界對風(fēng)機(jī)風(fēng)量要求減小時(shí)，風(fēng)機(jī)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(fēng)量下降80%，則軸功率將下降到原先功率的51%.當(dāng)然這是理論上的計(jì)算，實(shí)際操作時(shí)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(fēng)量要求的同時(shí)保證滿足風(fēng)壓的要求。但這些影響是很微小的。因此，在變負(fù)荷的風(fēng)機(jī)機(jī)械中采用轉(zhuǎn)速控制方式來調(diào)節(jié)風(fēng)量，在節(jié)能上是一個(gè)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(jī)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(gè)副邊繞組相差30*角度，以實(shí)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(jì)。

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

　　缺點(diǎn)：（1）由于兩次電壓轉(zhuǎn)換，增加了損耗，降低了效率。

　?。?）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(yùn)行費(fèi)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(jī)一次風(fēng)機(jī)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(jī)，實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速，此種方式整體效率高，技術(shù)先進(jìn)，結(jié)構(gòu)簡單可靠性高，適用于大容量電動機(jī)，對電動機(jī)沒有特殊的要求，可用于任何普通的異步電動機(jī)，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(diǎn)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(fēng)機(jī)變頻調(diào)節(jié)相關(guān)系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)對一次風(fēng)機(jī)風(fēng)量和風(fēng)壓的要求，理論上最好是風(fēng)壓不變，風(fēng)量根據(jù)負(fù)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(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)不僅節(jié)能，而且能實(shí)現(xiàn)在維持風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓相對穩(wěn)定的前提下對風(fēng)量的及時(shí)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(fēng)機(jī)擋板調(diào)節(jié)，除節(jié)電外，還能減少風(fēng)量調(diào)節(jié)時(shí)風(fēng)壓的過大波動。

　　經(jīng)過統(tǒng)計(jì)，在本廠年平均負(fù)荷率最高的2002年7月份，一次風(fēng)機(jī)入口調(diào)節(jié)擋板的平均開度為30%，年平均負(fù)荷最低的2006年3月份，一次風(fēng)機(jī)入口調(diào)節(jié)擋板的平均開度為26%，相比較20%―40%的設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)開度，說明本廠一次風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)裕量相當(dāng)大，在實(shí)際轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)控制中可以認(rèn)為風(fēng)量參數(shù)在滿足風(fēng)壓的過程中是全部符合負(fù)荷要求的，因此只需計(jì)算負(fù)荷要求下風(fēng)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(jì)算風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍己知：一次風(fēng)機(jī)正常風(fēng)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(fù)荷情況，保守估算，一次風(fēng)機(jī)變頻改造后，節(jié)電應(yīng)在目前平均電量的25%左右。風(fēng)機(jī)額定功率893kW，年運(yùn)行時(shí)間以7000小時(shí)計(jì)，則每臺鍋爐年節(jié)電達(dá)312.5萬度電。以合同基本電量電價(jià)0.334元/度計(jì)算，一年可節(jié)約費(fèi)用1044萬元。由此可知，一次風(fēng)機(jī)變頻改造的經(jīng)濟(jì)性是十分明顯的。按同理推算，華能南通電廠引風(fēng)機(jī)，凝結(jié)水泵皆可應(yīng)用變頻技術(shù)屆時(shí)，整機(jī)效率將大大提高。

　　變頻調(diào)速是風(fēng)機(jī)水泵節(jié)能的最佳方案，風(fēng)機(jī)的軸功率是轉(zhuǎn)速的三次方函數(shù)關(guān)系。當(dāng)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(fēng)機(jī)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(jì)效益。