湖北三環(huán)高壓變頻器在華能秦嶺發(fā)電有限公司的應(yīng)用
1、 引言
華能秦嶺發(fā)電有限責(zé)任公司3#~#6鍋爐為直吹式煤粉爐設(shè)計(jì)出力為220MW，采用平衡通風(fēng)法，鍋爐配有兩臺(tái)吸風(fēng)機(jī)YC3552吸風(fēng)機(jī)，額定風(fēng)量1452116m3/h、全壓為5600Pa，配用Y2240-6/1430型電動(dòng)機(jī)，額定功率2240kW、額定電壓6kV、額定電流271A，電機(jī)無調(diào)速裝置，靠改變風(fēng)機(jī)擋板開度來調(diào)節(jié)風(fēng)量；兩臺(tái)送風(fēng)機(jī)型號(hào)G4-73-11NO29.5D額定風(fēng)量649000m3/h、全壓為6693Pa，電動(dòng)機(jī)型號(hào)YLB173/41-8/10，額定功率1250kW、額定電壓6kV、額定電144A，電機(jī)無調(diào)速裝置，靠改變風(fēng)機(jī)擋板開度來調(diào)節(jié)風(fēng)量。
發(fā)電廠的發(fā)電負(fù)荷一般在60%-100%之間變化，發(fā)電機(jī)輸出功率變化，鍋爐處理也要相應(yīng)調(diào)整，鍋爐的送風(fēng)量、吸風(fēng)量相應(yīng)變化，吸風(fēng)機(jī)出力調(diào)整采用通過改變風(fēng)機(jī)的擋板調(diào)節(jié)，用風(fēng)門擋板調(diào)節(jié)截流損耗很大，尤其在鍋爐低負(fù)荷時(shí)，風(fēng)機(jī)還可能產(chǎn)生喘振，異步電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)電流一般達(dá)到電機(jī)額定電流的8-10倍，對(duì)廠用電形成沖擊，同時(shí)強(qiáng)大的沖擊轉(zhuǎn)矩對(duì)電機(jī)和風(fēng)機(jī)的使用壽命存在很大不利影響。當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時(shí)，其運(yùn)行效率變化不大，其流量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低后，其軸功率隨轉(zhuǎn)速的三次方降低，驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)的電機(jī)所需的電功率亦可相應(yīng)降低，所以調(diào)速是風(fēng)機(jī)節(jié)能的重要途徑。采用變頻調(diào)速后可以實(shí)現(xiàn)對(duì)吸風(fēng)機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速的線性調(diào)節(jié)，通過改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速使?fàn)t膛負(fù)壓、鍋爐氧量等指標(biāo)與吸風(fēng)機(jī)風(fēng)量維持一定的關(guān)系。
由于目前吸風(fēng)機(jī)風(fēng)量調(diào)節(jié)方式不能很好的滿足鍋爐燃燒能力及穩(wěn)定性運(yùn)行需要，所以有必要對(duì)吸風(fēng)機(jī)進(jìn)行節(jié)能和調(diào)節(jié)性能改造，來滿足機(jī)組整體調(diào)節(jié)性能需要。
變頻調(diào)速裝置可以優(yōu)化電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，大大提高其運(yùn)行效率，達(dá)到節(jié)能目的。過去受價(jià)格、可靠性以及容量等因素的限制，在我國火力發(fā)電市場(chǎng)上一直未能得到更廣泛的應(yīng)用。近年來，隨著電力電子器件、控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，變頻器的價(jià)格不斷下降，可靠性不斷增強(qiáng)，高壓大容量變頻器已經(jīng)在發(fā)電廠輔機(jī)中得到廣泛應(yīng)用。
本次我廠3#鍋爐的吸風(fēng)機(jī)和送上采用了四套高壓變頻裝置，利用變頻器來改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，以此來調(diào)節(jié)吸風(fēng)機(jī)和送風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和風(fēng)壓。按目前電廠3＃鍋爐兩臺(tái)吸風(fēng)機(jī)運(yùn)行實(shí)際情況，在機(jī)組滿發(fā)的情況下，吸風(fēng)機(jī)運(yùn)行電流為153A左右，送風(fēng)機(jī)運(yùn)行電流只有102A左右，為了保證高壓變頻器足夠的余量，我們按照電機(jī)額定電流來考慮，最終選定的吸風(fēng)機(jī)高壓變頻器型號(hào)為SH-HVF-Y6K/2240、送風(fēng)機(jī)該高壓變頻器高壓變頻器型號(hào)為SH-HVF-Y6K/1250為湖北三環(huán)發(fā)展股份有限公司制造，屬于系列電壓源型全數(shù)字控制變頻器，為高-高方式、采用H橋串聯(lián)方案。
2、風(fēng)機(jī)運(yùn)行節(jié)能分析
按照流體機(jī)械的相似定律，風(fēng)機(jī)、水泵的流量Q、壓頭(揚(yáng)程)H、軸功率P與轉(zhuǎn)速n之間有如下比例關(guān)系：
離心式風(fēng)機(jī)在變速調(diào)節(jié)的 過程中，如果不考慮管道系統(tǒng)阻力R的影響，且風(fēng)壓H隨流量Q成平方規(guī)律變化，則風(fēng)機(jī)的效率可在一定的范圍內(nèi)保持最高效率不變(只有在負(fù)荷率低于80％時(shí)才略有下降)。圖l示出了離心式風(fēng)機(jī)不同調(diào)節(jié)方式耗電特性比較情況，
圖2示出了采用調(diào)節(jié)門調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方式時(shí)風(fēng)機(jī)的效率與流量曲線圖。
由圖2可知：在風(fēng)機(jī)的風(fēng)量由100％下降到50％時(shí)，變速調(diào)節(jié)與風(fēng)門調(diào)節(jié)方式相比，風(fēng)機(jī)的效率平均高出30％以上。因而，從節(jié)能的觀點(diǎn)看，變速調(diào)節(jié)方式為最佳調(diào)節(jié)方式。
通過以上公式我們可以得出以下結(jié)論：
當(dāng)鍋爐負(fù)荷一定時(shí)，若風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的漏風(fēng)率一定，風(fēng)機(jī)效率、電機(jī)效率、傳遞效率基本不變時(shí)，系統(tǒng)的控制效率越高，電機(jī)所消耗的電功率越小。風(fēng)機(jī)系統(tǒng)由原來的風(fēng)門擋板調(diào)節(jié)改為變頻調(diào)節(jié)，系統(tǒng)的 ：控制效率得到顯著提高。
3、改造方案確定
3．1主回路設(shè)計(jì)
為了充分保證系統(tǒng)的可靠性，變頻器同時(shí)加裝工頻旁路裝置。變頻器異常時(shí)，變頻器不能正常運(yùn)行，電機(jī)可以手動(dòng)切換到工頻運(yùn)行狀態(tài)下運(yùn)行，以保證生產(chǎn)的需要；其原理圖如下：
QF為甲方側(cè)高壓開關(guān)柜，由甲方提供；QS1、QS2、QS3由乙方與變頻器配套提供。高壓電源經(jīng)用戶開關(guān)柜高壓開關(guān)QF到刀閘柜，經(jīng)輸入刀閘QS1到高壓變頻裝置，變頻裝置輸出經(jīng)出線刀閘QS2送至電動(dòng)機(jī)；高壓電源還可經(jīng)旁路刀閘QS3直接起動(dòng)電動(dòng)機(jī)。進(jìn)出線刀閘QS1、QS2和旁路刀閘QS3的作用是：一旦變頻裝置出現(xiàn)故障，即可馬上斷開出線刀閘QS2，再斷進(jìn)線刀閘QS1，將變頻裝置隔離，手動(dòng)合旁路刀閘QS3，在工頻電源下起動(dòng)電機(jī)運(yùn)行。QS1、QS2、QS3安裝在一個(gè)刀閘柜中與變頻裝置配套供貨。QS2與QS3之間通過機(jī)械閉鎖，防止誤操作。電機(jī)及用戶側(cè)高壓斷路器QF保留甲方原有設(shè)備。
3.2、控制方式
A：鍋爐吸風(fēng)機(jī)以壓力為控制對(duì)象的閉環(huán)控制，根據(jù)鍋爐負(fù)荷，維持鍋爐壓力在—50Pa左右，以輸入的4～20mA模擬量值為控制依據(jù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制
b: 鍋爐送風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)開環(huán)控制，根據(jù)鍋爐負(fù)荷和尾氣中的含氧量，
以上三種控制方式用戶可通過人機(jī)界面（觸摸屏）設(shè)置，滿足不同的工況要求
3.3對(duì)外接口
變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)入甲方現(xiàn)有控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)情況，按設(shè)定程序?qū)崿F(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制。
3.3.1、調(diào)速裝置提供的數(shù)字量輸出
4、鍋爐控制邏輯改造
在送風(fēng)機(jī)高壓變頻改造造試運(yùn)行行期間，由于對(duì)高壓變頻器主控芯片虛焊故障后使高壓斷路器跳閘，由于運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)不足，造成了鍋爐MFT動(dòng)作，為此我們和高壓變頻器制造廠家湖北三環(huán)發(fā)展股份有限公司和DSC廠家共同研究后，對(duì)控制系統(tǒng)作了如下更改：
吸風(fēng)機(jī)系統(tǒng)
鍋爐的協(xié)調(diào)控制正常運(yùn)行時(shí)通常采用鍋跟機(jī)的運(yùn)行方式，一旦一側(cè)吸風(fēng)機(jī)高壓變頻器因故障跳閘，則DCS控制系統(tǒng)
(1)、RB動(dòng)作報(bào)警信號(hào)發(fā)出；
（2）、給粉機(jī)依次以18s間隔自動(dòng)停運(yùn)，給粉機(jī)停運(yùn)后相應(yīng)一次風(fēng)門關(guān)至0%；
（3）、A(或B)吸風(fēng)機(jī)高壓變頻器逐漸升到50Hz，并使電機(jī)運(yùn)行電流小于額定電流，若吸風(fēng)機(jī)電流接近額定電流，則吸風(fēng)機(jī)高壓變頻器輸出頻率應(yīng)適當(dāng)降低。送風(fēng)機(jī)高壓變頻器自動(dòng)強(qiáng)降頻率10%，一次風(fēng)擋板自動(dòng)調(diào)節(jié)；
（4）、 DEH自動(dòng)以目標(biāo)值100%降到80%、減負(fù)荷速率30MW/min動(dòng)作；
送風(fēng)機(jī)系統(tǒng)
(1)、RB動(dòng)作報(bào)警信號(hào)發(fā)出；
（2）#？？？給粉機(jī)依次以18s間隔自動(dòng)停運(yùn)，給粉機(jī)停運(yùn)后相應(yīng)一次風(fēng)門關(guān)至0%；
（3）、A（或B）送風(fēng)機(jī)動(dòng)高壓變頻器逐漸升到50Hz，并使電機(jī)運(yùn)行電流小于額定電流，若送風(fēng)機(jī)電流接近額定電流，則送風(fēng)機(jī)高壓變頻器輸出頻率應(yīng)適當(dāng)降低。吸風(fēng)機(jī)高壓變頻器自動(dòng)強(qiáng)降頻率10%，一次風(fēng)擋板自動(dòng)調(diào)節(jié)；
（4）、DEH自動(dòng)以目標(biāo)值100%降到80%、減負(fù)荷速率30MW/min動(dòng)作；
5、變頻改造效果
5.1、吸風(fēng)機(jī)送發(fā)風(fēng)機(jī)高壓變頻改造前后運(yùn)行運(yùn)行參數(shù)對(duì)比
現(xiàn)以3#鍋爐為例進(jìn)行分析
5.2、風(fēng)機(jī)變頻改造后頻運(yùn)行參數(shù)
在機(jī)組負(fù)荷率基本相同的情況下，吸風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行平均功率為1350KW,變頻運(yùn)行時(shí)平均功率1150KW; 送風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行平均功率為900KW,變頻運(yùn)行時(shí)平均功率525KW;單臺(tái)吸風(fēng)
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