变频技术在锅炉引风机上的应用及节能分析.pdf

第2 7 卷 2 0 0 7 年第5期 湖南电力 技改园地 变频技术在锅炉引风机上的应用及节能分析 谢亮发，丁娘藤 ，袁少渠 ( 广 东粤华发电有限责任公司，广东 广州 5 1 0 7 3 0 ) 摘 要 ：介绍 电厂风机变频调速技术的基本原理和 Z I NVE R T高压变频调速 系统及在瑞 明电厂1号炉引风机改造上的应用， 分析比较 了引风机采用变频控制后的节能效果， 事实 证 明该 变频 技 术在 节能 降耗 、提 高 自动 化控制 水平 方面具 有很 大 的优 点 。 关键 词 ：变频技 术 ；引风机 ；应用 ；节 能 中 图分类号 ： T K 2 2 3 2 3 ； T M9 2 5 文献标 识码 ：B 文章 编号 ：1 0 0 8 0 1 9 8 ( 2 0 0 7 ) 0 5 。 0 0 5 3 0 3 App l i c a t i o n o f Fr e q u e nc y c o n v e r s i o n i n i ndu c e d dr a f t f a n a n d e ne r g y s a v i ng a na l y s i s XI E Li a n g- f a，DI NG Ni a ng - t e n g，YUAN Sha o qu ( Gu a n g d o n g Yu e h u a P o we r Co Lt d ，Gu a n g z h o u 5 1 O 7 3 O ) Ab s t r a c t ；Th e b a s i c p r i n c i p l e o f v a r i a bl e f r e q u e n c y s p e e d r e g u l a t i o n t e c h n o l o g y f o r d r a f t f a n i n p o we r p l a nt a n d ZI NVERT h i g h v o l t a g e f r e q u e n c y c o n v e r s i o n s y s t e m we r e i n t r o d u c e d an d a p p l i e d i n mo di f ic a t i o n o f i n d u c e d d r a f t f a n o f No 1 b o i l e r i n Ru i mi n g p owe r p l a n t Th e e n e r g y - s a v i n g e f f e c t s b e f o r e a n d a f t e r v a r ia b l e f r e q u e n c y c o n t r o l a p p l i e d i n i n d u c e d dr a f t f a n we r e a n a l y z e d a n d c o mp a r e dTh e r e s ul t s i n d i c a t e d t ha t f r e q u e n c y c o n v e r s i o n t e c h n o l o g y h a d g r e a t a d v a n t a g e i n e n e r g y s a v i g a n d i m p r o v i ng a u t o ma t i c c o n t r o l l e v e 1 Ke y wo r d s：Fr e q u e n c y c o n v e r s i o n；i n du c e d d r a f t f a n；a p p l i c a t i o n；e n e r g y s a v i n g 0 前 言 长期以来，火电厂锅炉离心式风机在运行过程 中存在着 以下几个 问题 ： a 电机按定 速 方式运 行 ， 采 用挡 板来调 节风量 或炉 膛负 压 ， 造成 功 率损耗 大 ， 浪 费电能；b 挡板调节品质差，执行机构易出故障， 自动投 入率低 ；c 电机 启动 时 ，启 动 电流大 ，一般 为额定 电流 的 6 8倍 ，对 电机 冲击 大 ， 严 重影 响电 机的绝缘性能和使用寿命 。 变频 调速 技术是 解决 上述 问题 的好办 法 。以瑞 明电厂 1号炉引风机改造为例进行简要分析 。 1 风机变频调速 的基本原理 交流电动机的输出功率可以用 P Mz0 2 , 表 示 ， 其中Mz表示电动机的负荷转矩 ， 0 2 , 表示电动机 的旋转角频率。 而风机 的变转矩负载特性为 Mz。 C k w ， 即 P。 C k w 。 ， 其 中k 对 于一定的辅机设备而言为 常数 。 因此， 对交流异步电动机实施变频调速就可以 收藕 日期 ：2 0 0 7 0 3 2 1 改 回日期 ：2 0 0 7 0 6 2 8 改变辅机设备的转速， 从而改变受控介质( 如风量) 。 由于异步电动机的转速 ： 一 6 0 f( 1一 s ) p 式 中 厂为电源频率； s 为电动机转差率 ； 户为电动 机极 对数 。 当电动机确定 以后 ， S 和 户即为常数， 则电动机 转速 与电源频率 厂成正比， 所以改变电动机的电 源频率就能改变转速 ， 从而实现变频调速。 2 风机变频调速节能原理 如 图 1所 示 ， ， 分别 表示 风机 的特 性 曲线 ， G ， G 表示管网特性 曲线。 风机的特性 曲线和管网 特性 曲线交点 即为风机的运行工作点。 当所需风量( 流量)从 Q 减小到 Q 时， 如果采 用调节风门的办法 ， 管网阻力将会增加， 管网特性曲 线上移， 系统的运行工况点从 A点变到B点运行 ， 所 需轴功率P 与面积 。 Q 成正比； 如果采用调速 控制方式， 风机转速由 下降到 。 ， 其管网特性并 53 维普资讯 技改园地 湖南 电力 第2 7卷 2 0 0 7年第 5 期 0 流量 图 1 风 机 变频前 后特 性 曲线 不发生改变 ， 但风机 的特性曲线将下移 ， 因此其运行 工况点由A点移至 C点 。 此时所需轴功率尸： 与面积 Q ： 成正比。 从理论上分析 ， 所节约的轴功率 尸与H。 He C B的面积成 正 比 。 考 虑效率 的下降和调 速装置的附加损耗 ，风机通过调速控制可节能3 0 左 右 。可见 与挡 板控制 相 比 ，转速 控制 的节能效果 更好 。 3 变频技术在 引风 机上 的应用 瑞 明发 电厂 1 号 炉装有 2台1 2 5 Mw 机组 ， 每台 锅炉配有2台引风机 ，具体参数如表 1 所示。 表 1 风 机参数 电机型号 J S q l 5 1 2 -8绝缘等级 B级 额定功率 7 o o k w 功率因数 o 8 8 接线方式 Y接法 额定电压 6 k V 额 定电流8 4 3 A 转速7 4 0 r mi n 流量4 1 0 0 0 0 mS h 压力 3 9 7 2P a 该 引风机原 采用 入 口挡板 节流调节 方式 ，存 在 耗电大、噪音大，节流损失大的缺点 ；另外，因挡 板调节方式 的 可调性 能差 ，反应 速度慢 及执行机 构 常出故障等原因，导致锅炉投 自动运行时经常故障 退出， 造成 自动投入率低 ， 影响了锅炉的安全运行。 因此决定对 2台引风机进行变频改造 。 3 1 Z I N VE R T高压变频调速 系统介绍 选用 Z I NVE R TA6 H 1 0 0 0 0 6 Y型高压变频 调速系统，该系统利用结构可互换的功率单元进行 电压 逆变 ，然 后通 过特 殊 的叠 加方式生 成三相 高压 直接 带动高压 电动 机 。而且无 需更换原 有 电机 ，很 54 适合 电厂风机改造。 该系统采用功率单元串联技术，解决了器件耐 压的问题 ，级问S P WM 信号移相叠加，提高了输出 电压谐波性能， 降低输 出电压的d v d t ； 通过电流多 重化技术降低输入侧谐波，减小了对电网的谐波污 染；主控制器以双数字信号处理器 ( D S P ) 、超大规 模集成电路可编程器件 ( C P L D和F P GA)为核心， 配合数据采集 、单元控制和光纤通信回路以及 内置 的可编程逻辑控制器 ( P L C)构成系统控制部分 。 3 2 改造 方案 的实施 系统接线方案如图2 所示， 其 中QS为原引风机 高压开关柜的断路器； J ， J ： ， J 。 为变频器 内部真空 接触 器 ；K ，K： ，K。 ，K 为变频器 内部手 动隔离刀 闸。正常运行时K ，K： ， K3 ，K 为合闸的，当采用 高压变频时 ， 电源通过QS开关及J ， J ： 真空接触器 送到电动机 ； 当用旁路运行时， 电源通过QS开关及 J 。 真空接触 器送 到 电动机 。 图2 Z I NVE RT 系列 高压 变频接 线 方案 图 高压变频调速系统的控制部分设有就地面板控 制和远方后 台控制方式。 当选择就地控制方式时， 高 压变频器启停控制 以及频率设定均在高压变频器就 地面板上操作。选择远程控制方式时则高压变频器 启 停控 制 以 及 频率 设 定 均在 高压 变 频 器 远 程后 台 D C S上操作完成 。 系统采用 自动工频旁路功能，当电机变频运行 中发生故障时能自动转为工频运行。 3 3改 造效果 分析 3 3 ， 1 变频改造完成后 ， 锅炉一次点火成功。 机组 正常运行时，引风机变频器未出现故障现象 ，锅炉 投入 自动运行后也未出现因引风机调节故障而退出 的情况，自动投入率明显提高。 3 3 2引风机改变 频控制后 节能效 果明 显 a 相同发电量的情况下：选发电量较接近的6 月 ( 改变频前)和1 0月 ( 改变频后)比较，具体参 一 一 一 广 一 _ “ 一 阳 一 一 一 一 Z一 一 一 一 一一 一 1 ； 薯 维普资讯 2 0 0 7 NO 5 HUNAN EL EC TR1 C POW ER Vo 1 2 7 数如表2及图 3 所示 。 表 2 相同发电量情况下引风机电量比较 发电量 引风机耗电量 引风机用电率 k W h k W h 6月 7 6 8 0 5 2 8 O 1 0 月 7 5 5 5 3 3 4 4 差值 1 2 5 1 9 3 6 7 4 7 0 2 4 4 2 0 8 5 2 3 261 7 2 F 而 面_ = = ： 夏 _ _ _ _ 。 。 。 。 图 3 引风 机 变频前后 电量 比较 ( 单位 ：k Wh ) 可以看 出：在发电量基本相同的条件下( 相差 1 6 ) ，引风机工 频控 制 时 ，电机 每天 的耗 电量基 本上 在2 5 0 0 0 k W h左 右 ， 而 引风机 改用 变频 控制 之 后 ，电机每天的耗电量大部分在 1 5 0 0 0 k wh以下 。 变频前 引风机 电机 耗 电量 占发 电量 的 0 9 7 ；变频 后 引风机 电机 耗 电量 占发 电量 的 0 5 6 ； b 送 风机 电量基 本相 同情况 下 比较 。 选择 变频 前 9 月 1日 1 2日和变频 后 1 0月1日 1 2日区间 的 数据 ，如表 3 。 表 3 送风机 电量 相 同情 况 下引风 机 电量 比较 可以看 出 ，这 种情况 下变 频控制 耗 电量 只有工 频控制 电量 的6 1 1 9 ， 即在机 组送 风机 电量基 本相 等 的条 件下 ，引风 机变 频控 制 比工 频 控制 可省 3 8 8 1 的电 量 ，可见 变频 节 能效果 明显 。 从表 2可 知 ，因引风 机 改变频 调节 后 每个 月大 约 可 以 节 约 厂 用 电 量 为 7 4 7 0 2 4 4 2 0 8 5 2 3 2 6 1 7 2 k Wh ；引 风 机 耗 电 量 大 约 为 变 频 前 的 4 2 0 8 5 2 - - 7 4 7 0 2 4 x1 0 0 一5 6 3 4 ； 若平均上网电 价以 0 4 8元 k wh计算，则每月运行 费用 可节省 3 2 6】 7 2 0 4 8 一 】 5 6 5 6 2 5 6元 。 扣除机组除 了应有检修停运及计算误差 等原 因，现以8 0 计算 ，则每年因引风机改变频后 的直 接节 约 收益约 为 1 5 0万元 ；以 改造 费用 2 0 0多 万 元 计 ，可见即使不考虑其它经济效益 ，仅节约电能一 项在 2年内就可回收投资。 3 3 3 引风 机 变频 控制后 ， 在机 组定 压状 态下运 行 时 ， 其电机的运行频率一般在3 0 4 0 Hz之间 ， 也就 是说被拖动的机械转速在4 4 4 5 9 2 r mi n之间。由 于运行转速的降低 ， 且风机运行时进 出口挡板全开， 从而减少了机械部分的磨损 ， 可延长风机大修周期 ， 节省大量的检修费用。 3 3 4引风机变频调速改造后 ， 实现了电机的软启 动，对 电机和电网的冲击大幅度下降，延长了设备 的使用寿命 ，提高了电气保护质量。 3 3 5 引风 机变频 改造后 ，系统动态 响应 速度 快 ， 调节线性好