变频调速技术的原理、应用及节能分析.docx

变频调速技术的原理、应用及节能分析 (1.内蒙古电力勘测设计院，内蒙古 呼和浩特 010020；2.中国华电集团发电运营有限公司 包头分公司， 内蒙古 包头 014000) 摘 要：文章介绍了变频调速技术的原理以及变频调速 在电厂中的应用，并对变频调速的节能技术进行分析。 关键词：变频调速技术；电厂；节能 中图分类号：TM761.2 文献标识码：A 文章编号： 10076921(XX)05009702 随着我国经济的快速发展，电力的缺口也越来越大， 因而发电厂也不断增多。在电厂中各类泵与风机耗电量很 大，总耗电约占整个厂用电的 70%80%，而整个厂用电约 占发电量的 12%左右。因此，提高泵与风机的效率就成了电 厂节能的主要方式之一，提高泵与风机的效率主要就是采 用变频调速技术。 1 变频调速技术的节能原理 从电机学可知，电机转速与工作电源输入频率成正比 的关系：n=60fp，。对于特定的电机，只要改变电动机 工作电源频率，就可调整电机的转速。这就是变频调速的 基本原理。 由于传统的流量调节通过改变阀门或挡板开度来实现。 这种情况下，电机总是处于全速运行状态,但实际上机组负 荷需要不断调整。因此，这种方法存在严重的节流损耗。 根据泵和风机的比例定律，对于泵和风机，流体流量与转 速一次方成正比，即: q/qe=n/ne 扬程(全压)与转速二次方成正比，即: H/He=(n/ne)2 功率则与转速的三次方成正比，即:P/Pe=(n/ne)3 式中:q、n、H 和 P 分别表示流量、转速、扬程和功率,式中 脚标“e”均表示额定工况参数。 由上面的公式可知：当转速减小时，电动机的功率将 以其三次方的速率下降,因此变频调速的节电效果显著。从 理论上计算，如流量由 100% 降到 70%,则转速相应降到 70%,压 力降到 49%, 而电机的功率降到 34.3%，即节约电能 65.7%，节能效果显著。 2 变频调速技术的应用 在发电厂中，主要的风机与水泵有送风机、引风机、 一次风机、锅炉给水泵、循环水泵、凝结水泵等。而火电 厂的各类风机水泵往往根据负荷的变化和工艺的需要进行 流量调节，通常采用挡板与阀门调节，调节精度差，维护 难，能耗大。随着变频调速技术在这些设备上的应用，使 这些具有明显的节电效果。 以送、引风机为例，按照 DL5000-XX 设计规程：送风 机的风量设计裕量为 5%，风压设计裕量是 10%；引风机的 风量设计裕量为 10%，风压设计裕量是 20%；加之所配套的 电机是分级制造的，设计上所需的理想功率，在确定电机 时都会取较大值，以保证系统的可靠运行。在实际运行中， 系统设计是按最大负载去设计的，由于负荷的变化，在未 装变频器前，常通过阀门挡板调节的风机与水泵的流量造 成极大的能源浪费。加装变频器后，将取得明显的节电效 果。 3 变频调速技术的节能分析 现以某电厂 2330MW 机组工程的凝结水泵为例进行变 频调速技术的节能分析。该工程凝结水系统的主流程是从 排汽装置凝结水箱凝结水泵凝结水精处理装置轴封 加热器凝结水调节阀7 号低压加热器6 号低压加热器 5 号低压加热器除氧器。 没有使用变频调速装置之前，排汽装置内的水位调整 是通过改变凝结水泵出口阀门的开度进行的，调节线性度 差，大量能量在阀门上损耗。同时由于频繁的对阀门进行 操作，导致阀门的可靠性下降，影响机组的稳定运行。 使用高压变频调速装置后，凝结水泵出口阀门基本不 需要频繁调整，阀门开度保持在一个比较大的范围内，通 过调节变频调速装置的输出频率改变电机的转速，达到调 节出口流量的目的，满足运行工况的要求。 3.1 计算方法及取值 3.1.1 基本数据的查取及计算 3.1.1.1 由汽轮机厂提供的 330MW 机组热平衡图查取 各工况的凝结水流量 Q0、除氧器压力 Pd 和凝汽器压力 Pc。 3.1.1.2 根据凝结水泵的资料和特性曲线，得知定速 凝结水泵的转速 n01480r/min，查得各工况凝结水流量对 应的凝结水泵扬程 H0、效率、轴功率。电动机效率估取 95，再计算电功率 N0,并将凝结水泵扬程 H0 折算成压升 P0。 3.1.2 凝结水系统压降计算 3.1.2.1 计算排汽装置接口至凝结水泵进口管道的压 降P1(不含水柱压差)。 3.1.2.2 计算凝结水泵出口管道至除氧器(包括喷头) 的压降P2(不含水柱压差)。 3.1.2.3 根据除氧器和排汽装置的布置情况计算水柱 压差P3。 3.1.2.4 用下式计算不含调节阀压降的凝结水系统各 工况总压降Ps： Ps=P1 十P2+P3 +(Pd-Pc) (1) 3.1.2.5 计算各工况调节阀的压降Pc： PcP0Ps(2) 3.1.3 调速凝结水泵电耗计算 采用调速凝结水泵后，凝结水调节阀可按“零”压降 考虑，由式(1)求得各工况的总压降Ps 就是凝结水系统 各工况的总压降，换算成扬程为 Hs。 3.1.3.1 根据各工况凝结水流量 Q0 和凝结水泵扬程 Hs 拟合经过原点的抛物线 HHs(QQ0)2，并由此抛物 线求取与定速(1480rmin)凝结水泵扬程流量曲线的交 点(Qn，Hn)。 3.1.3.2 由点(Qn，Hn)查得定速凝结水泵的效率 0， 由泵的相似定律得知，此效率近似等于调速 凝结水泵工作点(Q0，Hs)的泵效率只有点(Q0，Hs) 偏离点(Qn，Hn)较远时，点(Q0，Hs)的泵效率才比点 (Qn，Hn)的效率小一些。 3.1.3.3 由泵的相似定律得知，各工况调速凝结水泵 的转速为： n1480Q0Qn (3) 或 n1480(HsHn)0.5 (4) 3.1.3.4 用式(5)计算调速凝结水泵各工况的轴功率 N(kW) N=Q0Hs/1000(5) 其中：凝结水的密度，N/m3；Q0 某工况凝结 水流量，m3/s ； Hs某工况凝结水泵扬程，m。 3.1.3.5 计算调速凝结水泵各工况的电功率、节电功 率和节电率。这里，电动机效率仍按 95计，调速装置效 率按 96计。 3.2 计算结果 下面以每台机组凝结水泵按 2110%容量配置，选定机 组带 330MW、247.5MW、165MW、132MW 负荷和额定抽汽 5 种 工况，进行节电计算，数据见表 1。 由表 1 可知： 100%容量定速凝结水泵运行时，累计年耗电量为： Cd=7560 =5657316kWh 因此，采用 100%容量定速凝结水泵运行时，每年凝结 水泵耗电量约为 565.7316 万 kWh。 100%容量变速凝结水泵运行时，累计年耗电量为： Cb=7560 =2544712kWh 因此，采用 100%容量变速凝结水泵运行时，每年凝结 水泵耗电量约为 254.471 万 kWh。 节能计算： 年节电量： C=CdCb=565.732-254.471=311.261 万 kWh 节电率： 100%=100%=55.02% 成本电价按 0.13 元/kWh 计算，则每年直接经济效益 311.2610.13=40.46 万元/台机组。 740)this.width=7