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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(dòng)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(duì)我國目前火電廠風(fēng)機(jī)、水泵調(diào)速技術(shù)應(yīng)用情況進(jìn)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(jì)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(shí)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(chǎng)供過于求，設(shè)備利用率下降，競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的市場(chǎng)形勢(shì)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(shí)現(xiàn)以最小投入取得最大效益，是提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的有效途徑。

    在火力發(fā)電廠中，風(fēng)機(jī)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(yùn)行和經(jīng)常處于低負(fù)荷及變負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，有很大的節(jié)能潛力，因此，提高風(fēng)機(jī)和水泵的運(yùn)行效率是近年來火電廠節(jié)能降耗的焦點(diǎn)所在。

2 風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速應(yīng)用分析

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

    一般在鍋爐風(fēng)機(jī)容量設(shè)計(jì)時(shí)，單側(cè)風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)具備帶 75％負(fù)荷運(yùn)行的能力，這主要是從機(jī)組運(yùn)行的安全性出發(fā)的；當(dāng)失去一側(cè)送引風(fēng)機(jī)時(shí)，機(jī)組還能帶75％的負(fù)荷運(yùn)行。所以當(dāng)雙側(cè)風(fēng)機(jī)運(yùn)行，機(jī)組帶滿負(fù)荷時(shí)，送引風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)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(jī)組配置帶有入口導(dǎo)向葉片的送風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)，如125MW 機(jī)組配置 600ｋＷ 送風(fēng)機(jī)兩臺(tái)和800kW 引風(fēng)機(jī)兩臺(tái)；300MW機(jī)組則采用動(dòng)葉可調(diào)的送風(fēng)機(jī)（1800kW）兩臺(tái)和靜葉可調(diào)的引風(fēng)機(jī)（2200kW）兩臺(tái)。這就為風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)速節(jié)能改造造就了巨大的潛力，即使在機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，也有20％～30％ 的節(jié)電率。

    由于機(jī)組的負(fù)荷經(jīng)常變化，為了保證鍋爐的燃燒和負(fù)壓的穩(wěn)定，需要及時(shí)調(diào)整送、吸風(fēng)量和煤粉量。在 200MW及以下機(jī)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(jī)組，則采用調(diào)節(jié)動(dòng)、靜葉片的方式來實(shí)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(jī)是目前火電廠中應(yīng)用高壓變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行節(jié)能改造的首選和主要對(duì)象，尤以引風(fēng)機(jī)為多。一般是一臺(tái)鍋爐四臺(tái)送引風(fēng)機(jī)同時(shí)上變頻調(diào)速，或者只上兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)。其拖動(dòng)功率一般為 315～2500kW，電壓等級(jí)為6kV、10kV。風(fēng)機(jī)的節(jié)能潛力大，調(diào)速范圍寬，且其功率等級(jí)決定了使用高壓變頻改造時(shí)其技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)性能都較好，系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)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(jī)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(bǔ)給水泵等。這些水泵數(shù)量多，總裝機(jī)容量大：50MW火電機(jī)組的主要配套水泵的總裝機(jī)容量為6430kW，占機(jī)組容量的12.86％；100MW 機(jī)組為10480kW，占 10.48％；300MW 機(jī)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(jī)，提高水泵的運(yùn)行效率，降低水泵的電耗對(duì)降低廠用電率具有舉足輕重的意義。  

    與風(fēng)機(jī)一樣，由于設(shè)計(jì)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(fèi)現(xiàn)象。

    3.1 循環(huán)水泵

    循環(huán)水泵一般單元機(jī)組設(shè)置3臺(tái)循環(huán)水泵，運(yùn)行方式：一臺(tái)運(yùn)行、一臺(tái)備用、一臺(tái)檢修，定期切換運(yùn)行。隨著機(jī)組負(fù)荷和季節(jié)的變化，為了保證機(jī)組在合理的經(jīng)濟(jì)真空值運(yùn)行，需要的冷卻水量是變化的。通常冬季單臺(tái)泵運(yùn)行流量偏大，夏季單臺(tái)泵流量不足，需要兩臺(tái)泵運(yùn)行，而兩臺(tái)泵的流量又過大。目前國內(nèi)中等以上容量的機(jī)組也有采用調(diào)節(jié)閥實(shí)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(jī)真空度不穩(wěn)定，不能保證汽輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，尤其在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，閥門的節(jié)流損耗大，泵的運(yùn)行效率也很低。

    若進(jìn)行變頻調(diào)速改造，既可節(jié)能降耗，又能根據(jù)機(jī)組負(fù)荷和季節(jié)的變化調(diào)節(jié)冷卻水的流量，達(dá)到汽輪機(jī)最有利真空的控制目的，實(shí)現(xiàn)了汽輪機(jī)真空度的高精度控制和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。

    3.2 凝結(jié)水泵

    凝結(jié)水泵一般一臺(tái)機(jī)組設(shè)計(jì)二臺(tái)110％容量的凝結(jié)水泵，一臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用；大機(jī)組采用三臺(tái)泵，二臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用，每臺(tái)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(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平。凝結(jié)水泵電動(dòng)機(jī)的功率范圍是500～1500kW，采用高壓變頻改造比較合算。因?yàn)槟Y(jié)水泵一用一備，采用一臺(tái)高壓變頻器“一拖二”方案較為經(jīng)濟(jì)，但倒泵時(shí)要停變頻器。在經(jīng)費(fèi)允許的情況下，也可采用兩臺(tái)高壓變頻器“一拖一”的方案；一臺(tái)調(diào)速泵運(yùn)行，另一臺(tái)調(diào)速泵備用，當(dāng)一臺(tái)調(diào)速泵的開關(guān)跳閘時(shí)另一臺(tái)調(diào)速泵自動(dòng)投入運(yùn)行，以確保機(jī)組的安全運(yùn)行。

    3.3 灰漿（渣）泵

    一般兩臺(tái)機(jī)組共用一個(gè)灰漿池，配置３臺(tái)灰漿泵，每臺(tái)泵的出力均為110％額定容量，還要另加一臺(tái)清洗水泵，用來清洗灰漿（渣）泵及管道的積灰。其運(yùn)行方式是三臺(tái)泵輪流間斷運(yùn)行，操作頻繁，泵和電動(dòng)機(jī)損壞嚴(yán)重。因此，灰漿泵是發(fā)電廠中最需要進(jìn)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(dòng)機(jī)，若采用6kV高壓變頻器，沒有這個(gè)功率等級(jí)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(tái)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(dòng)機(jī)換成380V或690V電動(dòng)機(jī)，較為經(jīng)濟(jì)合理。為了進(jìn)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(dòng)三臺(tái)泵運(yùn)行。由于灰漿泵為間斷運(yùn)行方式，泵的切換可采用“冷”切換的方式：停泵—切換—啟動(dòng)另一臺(tái)泵。

    其他還有低加疏水泵、熱網(wǎng)水泵、清水泵、補(bǔ)給水泵和生活水泵等，均為低壓電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，可根據(jù)其運(yùn)行狀況設(shè)計(jì)合理的改造方案，這里不再一一贅述。

4 變頻調(diào)速改造實(shí)施方案

    4.1 變頻器容量的合理選型

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

    一般情況下，對(duì)于在生產(chǎn)過程中經(jīng)常或有時(shí)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載達(dá)到或接近其額定容量時(shí)，變頻器容量選型應(yīng)為電動(dòng)機(jī)額定容量的110％，以保證電動(dòng)機(jī)的額定出力。但是在實(shí)際生產(chǎn)中，由于設(shè)計(jì)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(dòng)負(fù)載額定出力時(shí)，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率依然不足，在這種情況下就應(yīng)根據(jù)實(shí)際運(yùn)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(jìn)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(dòng)態(tài)切換問題，可能影響到機(jī)組運(yùn)行的可靠性，所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)慎重考慮。

    4.2 變頻器電壓等級(jí)的合理選型

    由于我國的供電電壓和電動(dòng)機(jī)制造電壓無1.7kV、2.3kV、3.3kV和4.16kV電壓等級(jí)，所以在變頻器選型時(shí)可不考慮以上中壓等級(jí)的產(chǎn)品。一般200kW 以上的電動(dòng)機(jī)均采用6kV、10kV 電壓等級(jí)這個(gè)現(xiàn)實(shí)來考慮問題。

    （1）對(duì)于800～1000kW以上功率的風(fēng)機(jī)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(jì)工頻旁路系統(tǒng)。

    （2）對(duì)于 400kW 以下功率等級(jí)，考慮到直接采用高－高方式的變頻器不經(jīng)濟(jì)，可采用“高－低－低”方式；即采用6kV／380V進(jìn)線變壓器，380V變頻器，380V電動(dòng)機(jī)的方案。

    （3）對(duì)于 400～800kW 功率等級(jí)的改造項(xiàng)目，則宜采用660V變頻器和660V電動(dòng)機(jī)的“高－低－低”方案，因?yàn)檫@個(gè)功率等級(jí)的設(shè)備若采用380 V方案其電流及體積都會(huì)太大。

    （4）高－低－高方案因?yàn)槠潴w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(yùn)行方式的合理選擇

    對(duì)于隨機(jī)組長期連續(xù)運(yùn)行的重要設(shè)備，如送、引風(fēng)機(jī)，進(jìn)行變頻調(diào)速節(jié)能改造時(shí)，都要采用“一施一”方案，即一臺(tái)設(shè)備配置一臺(tái)110％容量的變頻器，并且要設(shè)計(jì)工頻旁路系統(tǒng)，當(dāng)變頻器故障時(shí)將設(shè)備切換到工頻運(yùn)行。為了避免因設(shè)備的切換影響機(jī)組安全運(yùn)行，還要設(shè)計(jì)同步切換（Bypass）控制功能，實(shí)現(xiàn)真正的平穩(wěn)無擾動(dòng)切換。

    對(duì)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(dòng)設(shè)備的安全。

5 結(jié)論

    綜上所述，火電廠在進(jìn)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(jì)性、最小系統(tǒng)異動(dòng)等原則，從本單位機(jī)組的負(fù)荷情況、設(shè)計(jì)余量、場(chǎng)地位置、資金預(yù)算等實(shí)際情況進(jìn)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(jì)效益。