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高壓變頻器在300MW機(jī)組一二次風(fēng)機(jī)上的節(jié)能改造

發(fā)布時(shí)間:2020-04-19 作者:新風(fēng)光

1引言

陜西某火力發(fā)電有限公司有300MW循環(huán)流化床機(jī)組,于2015年8正式投產(chǎn)發(fā)電。鍋爐采用1057t/h亞臨界循環(huán)流化床鍋爐,相比傳統(tǒng)的煤粉鍋爐,具有燃燒效率高、負(fù)荷適應(yīng)范圍廣、低溫燃燒具有脫硫脫硝功能等優(yōu)點(diǎn)。

電廠的發(fā)電負(fù)荷根據(jù)用電和用汽要求,通常在額定負(fù)荷的50%~100%之間進(jìn)行調(diào)整、變化。發(fā)電機(jī)輸出功率的變化,鍋爐系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備也要隨著負(fù)荷的變化作相應(yīng)的調(diào)整。鍋爐的送風(fēng)量相應(yīng)變化,一二次風(fēng)機(jī)出力調(diào)整通過(guò)液力耦合器調(diào)節(jié)。液力耦合器傳動(dòng)效率低、維護(hù)保養(yǎng)成本高,特別是在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí),電動(dòng)機(jī)輸出功率有大量的能耗損失。同時(shí)異步電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)電流一般達(dá)到電動(dòng)機(jī)額定電流的5~8倍,對(duì)電動(dòng)機(jī)、動(dòng)力電纜造成較大沖擊,對(duì)廠用電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行也有一定的影響,同時(shí)強(qiáng)大的沖擊轉(zhuǎn)矩和沖擊電流,縮短了電動(dòng)機(jī)和機(jī)械的使用壽命。通過(guò)大量應(yīng)用表明,應(yīng)用高壓變頻調(diào)速裝置來(lái)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速,滿足不同負(fù)載的工藝要求,是解決以上矛盾的有效手段。

為了降低廠用電率,減少機(jī)組運(yùn)行成本,提升自動(dòng)化控制,該電廠領(lǐng)導(dǎo)決定對(duì)發(fā)電機(jī)組鍋爐輔機(jī)一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造。經(jīng)過(guò)招投標(biāo),決定采用新風(fēng)光電子科技股份有限公司生產(chǎn)的2800kW/6kV(2套)、3600kW/6kV(2套)高壓變頻器分別拖動(dòng)一次風(fēng)機(jī)和二次風(fēng)機(jī)。改造取得了成功。

2改造現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)、液偶參數(shù)

2.1 一次風(fēng)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

表1一次風(fēng)機(jī)、電機(jī)及液偶參數(shù)

一次風(fēng)機(jī)

型號(hào)

RU25-DW2720F

流量(m3/h)

366840

功率(kW)

3400

全壓(Pa)

26499

轉(zhuǎn)速(r/min)

1450

軸承形式

滾動(dòng)軸承

一次風(fēng)機(jī)電機(jī)

型號(hào)

YKK710-4

功率(kW)

3400

電壓(V)

6000

電流(A)

389

功率因素

0.88

接線方式

Y

絕緣等級(jí)

F

轉(zhuǎn)速(r/min)

1491

軸承潤(rùn)滑方式

稀油潤(rùn)滑

軸承形式

滾動(dòng)軸承

液偶

型號(hào)

YOTCH910

轉(zhuǎn)速(r/min)

1500

轉(zhuǎn)數(shù)差率

1.5-3﹪

功率范圍(kW)

1600--4350

調(diào)節(jié)范圍

1-1:5

質(zhì)量(kg)

7100

2.2二次風(fēng)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

表2二次風(fēng)機(jī)、電機(jī)及液偶參數(shù)

二次風(fēng)機(jī)

型號(hào)

RU30-M2500F

風(fēng)量(m3/h)

401904

軸功率(kW)

2800

風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min)

1450

效率

85.1%

全壓(Pa)

19935

二次風(fēng)機(jī)電機(jī)

型號(hào)

YKK710-4

功率(kW)

2800

電壓(V)

6000

電流(A)

321

功率因素

0.88

接線方式

Y

絕緣等級(jí)

F

轉(zhuǎn)速(r/min)

1492

軸承潤(rùn)滑方式

稀油潤(rùn)滑

軸承形式

滾動(dòng)軸承

液偶

型號(hào)

YOTCH875

轉(zhuǎn)速(r/min)

1500

轉(zhuǎn)數(shù)差率

1.5-3﹪

功率范圍(kW)

1240--3360

調(diào)節(jié)范圍

1-1:5

質(zhì)量(kg)

4950

3節(jié)能原理

該機(jī)組一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)采用離心風(fēng)機(jī),但實(shí)際運(yùn)行效率并不高,其主要原因之一是風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)性能差,二是運(yùn)行點(diǎn)遠(yuǎn)離風(fēng)機(jī)的最高效率點(diǎn)。火電機(jī)組的一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)的風(fēng)量裕度分別為5%和7%左右,風(fēng)壓裕度分別為10%和13%左右。這是因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)過(guò)程中,很難準(zhǔn)確地計(jì)算出管網(wǎng)的阻力,并考慮到長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中可能發(fā)生的各種問(wèn)題,所以把系統(tǒng)的最大風(fēng)量和風(fēng)壓富裕量作為選擇風(fēng)機(jī)型號(hào)的設(shè)計(jì)值。但風(fēng)機(jī)的型號(hào)和系列是有限的,選用不到合適的風(fēng)機(jī)型號(hào),只好往大機(jī)號(hào)上靠。這樣,機(jī)組一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和風(fēng)壓富裕度是比較大的。

該機(jī)組風(fēng)機(jī)的風(fēng)量與風(fēng)壓的富裕度以及機(jī)組的調(diào)峰運(yùn)行,導(dǎo)致風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工況點(diǎn)與設(shè)計(jì)高效點(diǎn)相偏離,從而使風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率大幅度下降。可見,一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)的用電量中,很大一部分是,因風(fēng)機(jī)的型號(hào)與管網(wǎng)系統(tǒng)的參數(shù)不匹配及調(diào)節(jié)方式不當(dāng),而被調(diào)消耗掉的。因此,改進(jìn)離心風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)方式是提高風(fēng)機(jī)效率,降低風(fēng)機(jī)耗電量的有效途徑。

表3通過(guò)大量的工程案例獲得的葉片式風(fēng)機(jī)在不同的流量和調(diào)節(jié)方式下的電量情況數(shù)據(jù)。

表3 風(fēng)機(jī)在不同的流量和調(diào)節(jié)方式下的電量情況數(shù)據(jù)對(duì)比

流量百分比(%)

變速調(diào)節(jié)理論軸功率(%)

節(jié)流調(diào)節(jié)軸功率(%)

液力偶合器調(diào)節(jié)軸功率(%)

液力偶合器節(jié)電率

(%)

變頻調(diào)速軸功率(%)

變頻調(diào)速節(jié)電率(%)

兩種調(diào)速節(jié)電率之差(%)

100

100

100

108


103



90

72.9

95

84.6

10.95

75.94

20.1

9.15

80

51.2

87

67.6

22.3

53.33

38.7

16.4

67

29.6

82

47.8

41.7

31.12

62.2

20.5

60

21.6

78

39.6

49.2

22.71

70.1

20.9

50

12.5

72.8

28.6

60.7

13.16

81.9

21.2

40

6.4

68

19.6

71.2

6.95

89.8

18.6

從節(jié)能的觀點(diǎn)來(lái)看,變頻調(diào)節(jié)方式為目前較佳調(diào)節(jié)方式,優(yōu)于液力耦合器調(diào)速。風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)后,機(jī)組的可控性提高了,響應(yīng)速度加快,控制精度也提高了。從而使整個(gè)機(jī)組的控制性能大大改善,不但改善了機(jī)組的運(yùn)行狀況,還可以大大節(jié)約燃料,進(jìn)一步節(jié)約能源。同時(shí),采用變頻調(diào)節(jié)以后,可以有效地減輕葉輪和軸承的磨損,延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命,降低噪聲,大大改善起動(dòng)性能。工藝條件的改善也能夠產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

4風(fēng)光牌JD-BP37系列高壓變頻系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)

風(fēng)光牌JD-BP37系列高壓變頻器以高速DSP為控制核心,采用無(wú)速度矢量控制技術(shù)、功率單元串聯(lián)多電平技術(shù),屬高-高電壓源型變頻器,其諧波指標(biāo)遠(yuǎn)小于IEEE519-1992的諧波標(biāo)準(zhǔn),輸入功率因數(shù)高,輸出波形質(zhì)量好,不必采用輸入諧波濾波器、功率因數(shù)補(bǔ)償裝置和輸出濾波器;不存在諧波引起的電機(jī)附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問(wèn)題,可以使用普通的異步電機(jī)。此次改造采用的風(fēng)光牌JD-BP37-2800/3600F高壓變頻器技術(shù)參數(shù)如表4所示。

 表4 JD-BP37-2800/3600F高壓變頻器主要技術(shù)參數(shù)

變頻器容量(kW)

2800/3600

模擬量輸入

0~5V/4~20mA,任意設(shè)定

適配電機(jī)功率(kW)

2800/3600

模擬量輸出

兩路0~5V/4~20mA可選

額定輸出電流(A)

340/433

加減速時(shí)間

1~36000s

輸入頻率(Hz)

45~55

開關(guān)量輸入輸出

可按用戶要求擴(kuò)展

額定輸入電壓(V)

6000V(-20%~+15%)

運(yùn)行環(huán)境溫度

0~40℃

輸入功率因數(shù)

>0.95(>20%負(fù)載)

貯存/運(yùn)輸溫度

-40~70℃

變頻器效率

額定負(fù)載下>0.96

冷卻方式

強(qiáng)迫風(fēng)冷

輸出頻率范圍(Hz)

0~120

環(huán)境濕度

<90%,無(wú)凝結(jié)

輸出變頻分辨率(Hz)

0.01

安裝海拔高度

<1000m,高海拔降額使用

過(guò)載能力

105%連續(xù),150%允許1min。

防護(hù)等級(jí)

IP20

5變頻改造控制方案

5.1方案簡(jiǎn)述

該機(jī)組主要改造的分別是兩臺(tái)一次風(fēng)機(jī)(A、B側(cè))、兩臺(tái)二次風(fēng)機(jī)(A、B側(cè))。為保證電廠鍋爐系統(tǒng)和操作的安全性,變頻器采用工變頻手動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)型。

高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)控制系統(tǒng)具有就地監(jiān)控和遠(yuǎn)方監(jiān)控兩種方式現(xiàn)場(chǎng)可選。在就地監(jiān)控方式下,通過(guò)變頻裝置上的觸摸式鍵盤和按鈕操作、控制器的LCD/LED顯示,可進(jìn)行就地人工啟動(dòng)、停止變頻裝置,可以調(diào)整轉(zhuǎn)速、頻率,就地控制窗口采用中文操作界面,功能設(shè)定、參數(shù)設(shè)定等均采用中文。在遠(yuǎn)方監(jiān)控方式下,可通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)(DCS)及手動(dòng)操作器進(jìn)行操作,操作簡(jiǎn)單,并具備頻率、電機(jī)電流、電壓、頻率等參數(shù)的實(shí)時(shí)顯示及開、停等故障顯示功能。

高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)具有完善的自診斷和保護(hù)功能,具有輸入過(guò)壓、欠壓、過(guò)流保護(hù),輸出相間短路、過(guò)流、單相接地、過(guò)載、過(guò)熱、IGBT擊穿或短路、單元故障、瞬時(shí)停電保護(hù)等保護(hù)并能聯(lián)跳輸入側(cè)進(jìn)線開關(guān),保護(hù)性能符合國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。變頻裝置還能提供電動(dòng)機(jī)所需的過(guò)載、過(guò)流、過(guò)壓、欠壓、熱積累、缺相等保護(hù)。變頻裝置內(nèi)任何部分發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí),具有及時(shí)動(dòng)作的保護(hù)功能,不會(huì)對(duì)電網(wǎng)和負(fù)載設(shè)備造成沖擊和損壞。

5.2 液力耦合器的改造

將鍋爐一、二次風(fēng)機(jī)原有液力偶合器整體拆除,電動(dòng)機(jī)前移,新設(shè)計(jì)加工一套聯(lián)軸器,使電動(dòng)機(jī)與風(fēng)機(jī)連接;拆除原有工作油泵及其管路系統(tǒng),新設(shè)計(jì)增加油站系統(tǒng)及油泵電源控制系統(tǒng)。

液力耦合器改造前后的現(xiàn)場(chǎng)如圖1、圖2所示。


1587201863(1).jpg

圖1液力耦合器改造前

1587201905(1).jpg

圖2液力耦合器改造后

5.3變頻器散熱方案

在鍋爐風(fēng)機(jī)系統(tǒng)節(jié)能改造方案中,高壓變頻器屬于大型電子設(shè)備,使用了移相隔離變壓器及大功率高頻開關(guān)元件,這部分熱量占到2-3%左右,如果不采取措施妥善處理,可能會(huì)使變頻器運(yùn)行環(huán)境溫度過(guò)高,影響變頻器的正常運(yùn)行。為了使變頻器能長(zhǎng)期穩(wěn)定和可靠地運(yùn)行,變頻器安裝空-水冷裝置進(jìn)行冷卻。

(1)空-水冷卻系統(tǒng)的工作原理

空-水冷卻系統(tǒng)是一種有效、節(jié)能、環(huán)保的冷卻系統(tǒng),其應(yīng)用技術(shù)在國(guó)內(nèi)處于較先進(jìn)地位。在高壓大功率變頻應(yīng)用中得到了廣泛的推廣應(yīng)用。該系統(tǒng)由于其采用完全機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),較空調(diào)等電力、電子設(shè)備而言具有明顯的安全可靠性。

空-水冷卻器的技術(shù)條件:

進(jìn)水溫度:≤33℃

工作水壓:0.25MPa

出風(fēng)溫度:≤40℃

耗水量:降低1KWh所產(chǎn)生的熱量約需水量0.2~0.4m3/h。如圖3、4所示。

1587201996(1).jpg

圖3 空-水冷裝置工作原理示意圖

1587202039(1).jpg

圖4空-水冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖

(2)系統(tǒng)安全性

設(shè)備整體安裝于高壓變頻器室墻外,采用風(fēng)道與變頻器的柜頂排氣口直接連接,提高了冷卻器的設(shè)備運(yùn)行效率,能夠?qū)ψ冾l器排出的熱氣直接降溫處理。同時(shí),避免冷卻水管線在高壓室內(nèi)布局出現(xiàn)破裂后漏水危及高壓設(shè)備運(yùn)行安全的嚴(yán)重事故發(fā)生。在空-水冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)當(dāng)中,為了防止空冷器出口側(cè)凝露使冷風(fēng)帶水排入室內(nèi),對(duì)空-水冷系統(tǒng)的風(fēng)壓、風(fēng)速等指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算,保證良好的排壓情況下,運(yùn)行安全穩(wěn)定。另外,為防止空冷器漏水后進(jìn)入室內(nèi),在空冷器的出口側(cè)設(shè)置了淋水板,當(dāng)漏水或有積水時(shí),可以直接排向室外。同時(shí),變頻器提供風(fēng)機(jī)、空冷器的故障報(bào)警檢測(cè)點(diǎn),并通過(guò)綜合報(bào)警信號(hào)遠(yuǎn)傳至DCS。完整的冷卻系統(tǒng)解決方案,有效降低了輔助系統(tǒng)的故障率以及對(duì)主要設(shè)備的運(yùn)行安全影響程度。

5.4 頻系統(tǒng)改造主回路

一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)變頻系統(tǒng)改造主回路如圖5所示。


1587175880(1).jpg

圖5變頻器旁路柜原理圖

主回路如圖5所示,一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)改造采用“一拖一”手動(dòng)旁路。旁路柜在變頻器進(jìn)、出線端增加了三個(gè)隔離刀閘,以便在變頻器退出而電機(jī)運(yùn)行于旁路時(shí),能安全地進(jìn)行變頻器的故障處理或維護(hù)工作。

當(dāng)風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行時(shí),在DCS界面上調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)頻率去調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速,從而達(dá)到調(diào)節(jié)流量和風(fēng)量的目的。當(dāng)變頻器故障或檢修,可選擇手動(dòng)方式切換至工頻運(yùn)行。

6 風(fēng)機(jī)變頻改造效果

6.1節(jié)能計(jì)算

陜西某火力發(fā)電廠該爐變頻改造工程于2018年10月下旬一次成功投運(yùn),至今運(yùn)行正常,改造達(dá)到了預(yù)期目的。高壓變頻器現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行如圖6所示。

 1591186640(1).jpg

圖6高壓變頻器現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行

6.1.1風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行數(shù)據(jù)

風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行數(shù)據(jù)(液耦調(diào)速)如表5所示。

表5 風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行數(shù)據(jù)

序號(hào)

負(fù)荷(MW)

一次風(fēng)機(jī)工頻每小時(shí)耗電量(kW?h)

二次風(fēng)機(jī)工頻每小時(shí)耗電量(kW?h)

1

300

2166.959

1715.918

2

290

2132.082

1641.813

3

280

2097.462

1568.444

4

270

2063.099

1495.811

5

260

1974.471

1463.234

6

250

1886.735

1430.935

7

240

1799.890

1398.915

8

230

1777.531

1337.082

9

220

1755.311

1275.884

10

210

1733.230

1215.320

11

200

1709.537

1153.398

12

190

1686.005

1092.134

13

180

1662.633

1031.529

14

170

1634.264

942.144

15

160

1606.118

853.779

16

150

1578.195

766.434

6.1.2風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行數(shù)據(jù)

風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行數(shù)據(jù)如表6所示。

表6風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行數(shù)據(jù)

序號(hào)

負(fù)荷(MW)

一次風(fēng)機(jī)變頻每小時(shí)耗電量(kW?h)

二次風(fēng)機(jī)變頻每小時(shí)耗電量(kW?h)

1

300

1516.2

1225

2

290

1435.8

1165.87

3

280

1340.12

1095.3

4

270

1279.06

1046.6

5

260

1215.63

985.41

6

250

1162.45

947.83

7

240

1118.2

928.7

8

230

1067.75

838.25

9

220

1023.18

702.56

10

210

988.34

607.5

11

200

960.25

548.23

12

190

935.8

495.78

13

180

914.5

463.95

14

170

868.63

401.23

15

160

842

345.67

16

150

817.12

288

6.1.3  直接經(jīng)濟(jì)效益

表7 節(jié)能效益計(jì)算

序號(hào)

設(shè)備名稱

單臺(tái)風(fēng)機(jī)年節(jié)電(萬(wàn)kW?h)

單臺(tái)風(fēng)機(jī)年節(jié)電費(fèi)(萬(wàn)元)

年節(jié)電費(fèi)(萬(wàn)元)總計(jì)

1

2套一次風(fēng)機(jī)

400

80

160

2

2套二次風(fēng)機(jī)

300

60

120

總計(jì)

280

由表7可知,一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)使用4臺(tái)高壓變頻調(diào)速改造后,與液力耦合調(diào)節(jié)相比較,經(jīng)計(jì)算,按發(fā)電價(jià)0.2元/kW?h,設(shè)備年運(yùn)行6000h計(jì)算,4臺(tái)變頻器全年共節(jié)約280萬(wàn)元。

6.2其他效果

(1)風(fēng)機(jī)變頻改造后,電機(jī)實(shí)現(xiàn)了真正的軟啟動(dòng),消除了對(duì)電網(wǎng)和負(fù)載的沖擊,避免產(chǎn)生操作過(guò)電壓而損傷電機(jī)絕緣,延長(zhǎng)了電動(dòng)機(jī)和風(fēng)機(jī)的使用壽命。

(2)采用變頻調(diào)節(jié),節(jié)省了液力偶合能量損耗,且能均勻調(diào)速,滿足生產(chǎn)需要,節(jié)約大量的電能。

(3)低負(fù)荷下轉(zhuǎn)速降低,減少了機(jī)械部分的磨損和振動(dòng),延長(zhǎng)了風(fēng)機(jī)大修周期,從而節(jié)省了大量的檢修費(fèi)用。

(4)具有控制精度高、抗干擾能力強(qiáng)、諧波含量小的特點(diǎn),且有完善的保護(hù)功能,有利于電動(dòng)機(jī)和風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行。

7結(jié)束語(yǔ)

高壓變頻器在陜西某火力發(fā)電廠該機(jī)組輔機(jī)的調(diào)速改造中應(yīng)用是成功的。高壓變頻器的先進(jìn)性、可靠性已得到許多工業(yè)應(yīng)用的證實(shí)。在各行各業(yè),對(duì)于許多高壓大功率的風(fēng)機(jī)水泵設(shè)備推廣和采用高壓變頻調(diào)速技術(shù),不僅可以取得相當(dāng)顯著的節(jié)能效果,而且也得到國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策的支持。

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