高压变频技术在大型CFB锅炉一次风机上的应用(卢炼区)

高压变频技术在大型CFB锅炉一次风机上的应用,广东粤电集团连州发电厂卢炼区,概况,广东省连州发电厂3、4循环流化床（简称CFB）锅炉，由哈尔滨锅炉有限公司制造，额定出力是440t/h，与135MW汽轮发电机组相匹配。锅炉燃用低热值的、含煤矸石量高的无烟煤。锅炉主要由炉膛、高温绝热分离器、自平衡“U”型回料阀和尾部对流烟道组成。3、4CFB机组分别于2004年2月及5月投入商业运行。3、4CFB锅炉一次风机原设计各配备了2台50%冗余容量的高压离心风机。一次风机原调节方式采用的是传统做法，即风机以定速方式运行，通过风机进口挡板来调节风量和风压，在机组正常满负荷运行工况下，进口风门档板最大开度仅为25至30之间，节流损失现象非常突出。这种节流调节方式的弊端主要表现在：1、调节挡板前后压差增加，工作安全特性变坏，压力损失严重，造成能耗增加；2、风机定速运行，挡板调整节流损失大，出口压力高，系统效率低，造成能源浪费；3、风道压力过高，威胁系统设备密封性能；4、长期保持在一定范围的开度，加速挡板自身磨损，导致挡板控制特性变差；5、设备日常维护量大，维修成本高，使用寿命短，造成各种资源的浪费；由于CFB锅炉相比一般煤粉炉的特殊性以及国内同类型CFB锅炉一次风机变频改造的成功例子较少，为此，连州发电厂经多次组织到同型CFB兄弟电厂就一次风机变频改造的相关问题进行了实地考察，为其一次风机变频改造的可行性分析取得了第一手资料。,风机变频调速的节能原理和一次风机变频改造的可行性分析,从风机的运行曲线图来分析采用变频调速后的节能效果：,风机变频调速的节能原理和一次风机变频改造的可行性分析,当所需风量从Q1减小到Q2时，如果采用调节门的办法，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点变到新的运行工况点B点运行，所需轴功率P2与面积H2Q2成正比；如果采用调速控制方式，风机转速由n1下降到n2，其管网特性并不发生改变，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P3与面积HBQ2成正比。所节约的轴功率Delt(P)与H2HBCB的面积成正比。当然还存在减速后效率下降和调速装置的附加损耗，但附加损耗甚微。以上是我厂一次风机改变频调速产生节能效益分析的理论依据。另一方面，我们也考虑到高压变频调速装置对安全生产的负面影响。从被考察的电厂早期高压电机变频应用情况来看，正常情况下，应用变频器得到的节能效果单从电机运行功率相比较而言，节能效果是相当可观的，一、两年内应能收回变频器投资的成本。但若计算整个机组受变频器故障引起的机组负荷损失，则上述其收回投资成本的时间要相应延长。例如：某兄弟电厂若控制风机增速过快，高压变频器就会过流保护动作跳停；由于变频器厂配套的零部件如变压器温度元件等故障，误发变频器保护动作跳停。一般每次引风电机变频器跳停，都要使机组减少几十兆瓦以上负荷，进行一个小时左右的故障处理，使机组经济效益受到影响。基于以上一次风机原有调节方式的各种弊端以及对变频改造的可行性分析，我厂决定首先对4炉的一次风机（共两台）进行变频调速改造，并采取有效措施可减少高压变频调速装置对安全生产的负面影响。,4炉一次风机变频调速改造的方案及实施,一次风机设计参数（见表1）,一次风机变频改造方案简介,连州电厂4炉一次风机（A、B侧共两台）改造所用的变频调速设备采用了广州智光电机有限公司研发生产的ZINVERT-A6H1500/06Y高压变频器。每台风机变频装置与电动机的连接方式采用了“自动旁路一拖一”的方式，使其具备变频方式与工频方式互相平稳（无冲击）自动切换的功能，亦即一旦变频装置出现严重故障时，应能马上断开进、出线开关，将变频装置隔离，并自动平稳地将电动机切换至工频方式维持其正常运行；反之，变频装置故障处理好或检修完毕后，亦能通过控制指令将电动机从工频运行状态瞬间平稳地自动切换至变频运行状态。该高压变频装置由旁路柜、变压器柜、功率柜及控制柜等四部分组成。其变频器接线图（见下图），其图中QS是6KV高压开关柜的断路器，J1是变频器内部进线侧的真空接触器，J2是变频器内部出线侧的真空接触器，J3是变频器内部旁路柜侧的真空接触器，K1是变频器内部进线侧的手动隔离刀闸，K2是变频器内部出线侧的手动隔离刀闸，K3、K4是变频器内部旁路柜侧的手动隔离刀闸。当该变频装置变频运行时，6KV电源通过QS、K1、J1、变频器、J2、K2送电至电动机；当工频旁路运行时，6KV电源通过QS、K3、J3、K4送电至电动机。,一次风机变频改造方案简介,该高压变频装置的控制部分设有就地面板控制及远程后台（即引入机组DCS）系统控制方式。若选择就地控制方式，高压变频器启停控制及频率设定均在高压变频器就地面板上操作；若选择远程控制方式，则高压变频器启停控制及频率设定均在高压变频器远程后台（即引入机组DCS）系统上完成操作。,改造方案的实施,在07年6月份4机组年度小修期间，按照上述改造方案对4炉两台一次风机完成了高压变频改造工作。,4炉一次风机变频改造的参数测试及对锅炉安全运行影响的分析,4炉一次风机工频与变频运行时的数据对比（见表2）,4炉一次风机变频改造的参数测试及对锅炉安全运行影响的分析,、一次风机变频改造后，4炉一次总风量、一次风机出口风压与工频运行时，两者相差为0.2%左右，变化不大，能够满足CFB锅炉安全运行的要求。、一次风机在进行“变频转工频”、“工频转变频”切换时，一次风量由23万m3/h最低下降至15万m3/h，但由于时间只有50秒以内，对炉内的床料流化影响不大。炉膛负压最低只下降至-156Pa，远远未达到炉MFT动作值-1500Pa。、一次风机变频运行时，模拟“厂用电中断”时，2秒钟后，一次风机在“变频状态”下重新启动正常，一次风量和炉膛负压变化不大。、一次风机变频运行，冷态试验时，一次风机变频器“重故障”信号发出，A一次风机在35秒钟后，一次风机转工频启动正常；B一次风机在40秒钟后，一次风机转工频启动正常。工频启动后，工频空载电流为46、48A，一次风量下降至15万m3/h，炉膛负压只下降至-144Pa，并不影响锅炉的安全运行。,一次风机“变频故障转工频”试验试验数据（见表3）,试验结果表明：一次风机“变频故障转工频”中，13秒钟内，炉膛负压最低为-700Pa，一次总风量最低为13万m3/h，在一次风机工频启动后，5秒钟内，炉膛负压升至为-200Pa，一次总风量升至为18万m3/h以上，炉膛负压、一次总风量基本能够达到转换前的参数，且转换中参数波动不大，风机能自动转换成功，完全不影响锅炉的安全运行。通过上述各种工况下的测试结果表明4炉A、B一次风机加装变频装置后，其对CFB锅炉的床压、一次风的风量及风压等重要运行参数均影响不大，亦就是说对CFB锅炉的安全运行不会带来大的影响。,一次风机变频改造后的效果分析（比较表见表4）,一次风机变频改造后的效果分析,5.1.2、节能效果分析：其两套变频装置设备及安装调试总费用：200万元上网电价：0.45元/kW.h（不含税）运行时间：按照全年运行7200小时，我厂机组调峰时间占了大部份，根据负荷曲线，运行的概率大约为：10%的时间运行在135MW，20的时间运行在110MW，40的时间运行在100MW，30的时间运行在90MW。5.1.2.1、节约的电量W：W586720010726720020649720040793750030216513+893692.8+460508.4+106893505万kw.h5.1.2.2、年收益额Q：Q505万kw.h0.45227万元5.1.2.3、投资成本回收时间H：H202万元200万元0.9年以上节能效果分析表明，当机组负荷运行范围为90MW135MW时，变频装置的节电率为31.4248.37，平均节电率达40，节能效果显著。以改造投入费用为200万元计，即使不考虑其他经济效益，仅以节电一项计算，就可在一年内收回投资成本。,一次风机变频改造后的效果分析,5.2、设备故障率低及减少设备磨损、延长设备检修周期4炉一次风机变频改造后投入运行以来，当机组正常运行时，其A、B一次风机变频装置运行正常，一次风机的进出口挡板门保持全开不再节流，明显地改善了一次风机的自动调节性能，从而进一步提高了一次风机的自动投入率。另外，一次风机变频改造后，一方面其运行转速由改前的1450r/min降到450550r/min，再加上风机时其进出口挡板门保持全开不再节流，从而减少了风机的机械部分的振动及磨损，延长了风机设备的检修周期，节省相关的检修费用；另一方面减少了因CFB锅炉一次风风道压力过高，威胁系统设备密封性能的现象。5.3、实现电动机的软启动4炉一次风机变频改造后，实现了风机电机的软启动，对电动机和厂用电系统的冲击大幅度下降，从而延长了电气设备的保护性能及使用寿命。5.4、降低了运行人员的劳动强度4炉一次风机变频改造后，系统的动态响应速度快，调节性能好、自动投入率高、CFB锅炉流化工况稳定，从而大大地降低了运行人员的劳动强度和锅炉的安全运行可靠性。,结论,连州电厂4CFB锅炉的一次风机变频改造后，自2007年7月8日投入运行以来，变频装置和一次风机均能可靠运行，没有出现过异常现象，变频改造后的一次风机能够满足CFB锅炉正常运行时风量、风压的要求。当机组负荷运行范围为90MW135MW时，变频装置的节电率为31.4248.37，平均节电率达40，节能效果显著。同时，通过试验表明,我厂一次风机变频器控制方式能有效避免其它电厂出现的风机增速过快，高压变频器就会过流保护动作跳停等故障发生，或者由于变频器保护动作跳停时，对CFB锅炉安全运行的影响。在4CFB锅炉一次风机变频改造成功经验的基础上，我们在07年9月份及12月份，同样对3CFB锅炉的一次风机（两台）以及3、4炉二次风机（共四台）分别完成了高压变频改造。通过对3、4炉一、二次风机的变频改造，平均节能效果达40以上。据08年上半年数据统计，一次风机用电耗率为0.82%，同比去年的1.56%下降了0.74个百分点；二次风机用电耗率为0.44%，同比去年的1.19%下降了0.75个百分点，一、二次风机变频改造后的本机组直接厂用电率相比改前下降了1.49个百