曹汝鵬　彭　濤

（興安熱電公司，內(nèi)蒙古興安盟　137400）

循環(huán)流化床鍋爐一次風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能改造

曹汝鵬彭濤

（興安熱電公司，內(nèi)蒙古興安盟137400）

發(fā)電企業(yè)的節(jié)能改造是一項(xiàng)長(zhǎng)期工作，降低大電機(jī)的電量消耗，節(jié)省廠用電量是降低發(fā)電成本的一種方法。本文介紹了循環(huán)流化床鍋爐一次風(fēng)機(jī)應(yīng)用內(nèi)反饋斬波調(diào)速系統(tǒng)的節(jié)能改造方案及效果分析。鍋爐一次風(fēng)機(jī)在設(shè)計(jì)中必須保證一定的余量（保險(xiǎn)系數(shù)），比實(shí)際應(yīng)用的容量要大的多，再加上生產(chǎn)需要調(diào)節(jié)要求，在運(yùn)行中都要進(jìn)行負(fù)荷的調(diào)節(jié)，風(fēng)機(jī)的流量也要跟隨進(jìn)行調(diào)節(jié)。

變頻器內(nèi)反饋斬波調(diào)速比較節(jié)能改造

我公司二電廠的#1、#2循環(huán)流化床鍋爐一次風(fēng)機(jī)采用的是傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)方式，即風(fēng)門節(jié)流調(diào)節(jié)。由于這種調(diào)節(jié)方式僅僅是改變通道的流通阻力，而驅(qū)動(dòng)源的輸出功率并沒有改變，增加了電能的消耗，致使生產(chǎn)用廠用電率高，廠用電率不易降低。另外電機(jī)全速方式運(yùn)行，長(zhǎng)期采用風(fēng)門擋板調(diào)節(jié)，增加了電機(jī)的負(fù)荷與風(fēng)箱通道的損耗，因此選擇一種變頻調(diào)速方式在實(shí)際生產(chǎn)發(fā)電中非常關(guān)鍵，如果改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速滿足生產(chǎn)，不但提高了風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率，降低廠用電量，還使電機(jī)和風(fēng)機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，降低電機(jī)發(fā)熱，風(fēng)機(jī)振動(dòng)，風(fēng)箱磨損的情況。并且可以節(jié)約很多的電量。

1　高壓變頻器與內(nèi)反饋斬波調(diào)速的對(duì)比

發(fā)電廠輔機(jī)電動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，直接關(guān)系到廠用電率的高低。降低廠用電率，降低發(fā)電成本提高電價(jià)競(jìng)爭(zhēng)力，已成為各發(fā)電企業(yè)努力追求的經(jīng)濟(jì)目標(biāo)。所以公司決定對(duì)二電廠#1爐一次風(fēng)機(jī)先進(jìn)行節(jié)能改造。首先是優(yōu)選調(diào)速方案，對(duì)于三相異步電動(dòng)機(jī)可以分為鼠籠式交流異步電動(dòng)機(jī)和繞線式交流異步電動(dòng)機(jī)，電機(jī)調(diào)速實(shí)際是控制電機(jī)機(jī)械功率，電機(jī)轉(zhuǎn)速與機(jī)械功率成正比。改變機(jī)械功率的原理有兩種，一種是電磁功率控制，另一種是損耗功率控制。調(diào)速的原理相同，但調(diào)速的方法不同。目前高壓電機(jī)調(diào)速方法有高壓變頻調(diào)速與內(nèi)反饋斬波調(diào)速。

圖1　高壓變頻器基本原理圖

圖2　內(nèi)反饋斬波調(diào)速原理圖

1.1高壓變頻調(diào)速優(yōu)缺點(diǎn)分析

近年來(lái)，各種高壓變頻器不斷出現(xiàn)，高壓變頻器到目前為止還沒有像低壓變頻器那樣近乎統(tǒng)一的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。根據(jù)高壓組成方式可分為直接高壓型和高—低—高型，根據(jù)有無(wú)中間直流環(huán)節(jié)來(lái)分，可以分為交—交變頻器和交—直—交變頻器，在交—直—交變頻器中，按中間直流濾波環(huán)節(jié)的不同，可分電壓源型和電流源型。以下是圖1高壓變頻器的優(yōu)缺點(diǎn)：

高壓變頻器是由高壓母線輸入，通過變頻器改變頻率后再用高壓輸出到高壓電動(dòng)機(jī)，變頻器控制功率要大于整個(gè)電機(jī)功率的1.5倍以上，所有元器件必須能承受大電壓和大電流，這使得可靠性降低，系統(tǒng)造價(jià)高，維護(hù)成本高。對(duì)于使用環(huán)境需要安裝在環(huán)境很好的空調(diào)房，或者整組柜子配備空調(diào)，不適合在鍋爐零米風(fēng)機(jī)處和環(huán)境灰塵較大、溫度較高的場(chǎng)所安裝使用。高壓變頻器不設(shè)計(jì)獨(dú)立的軟起動(dòng)裝置，是靠變頻器從0轉(zhuǎn)數(shù)到100%轉(zhuǎn)數(shù)來(lái)起動(dòng)電機(jī)的，一旦變頻器故障，也就沒有了軟起動(dòng)，電機(jī)再需要起動(dòng)，還要配額外的軟起動(dòng)裝置，而不用軟起動(dòng)裝置，對(duì)大功率電機(jī)直接起動(dòng)也較困難，對(duì)電機(jī)的沖擊也很大。高壓變頻器功率電路采用標(biāo)準(zhǔn)模塊化設(shè)計(jì)，更換簡(jiǎn)單，所用器件在國(guó)內(nèi)采購(gòu)也比較容易。采用低壓IGBT作為逆變?cè)?，與采用高壓IGBT的三電平變頻器相比，功率元件數(shù)目較多，但技術(shù)上較成熟。與采用高壓IGCT的三電平變頻器相比，功率元件數(shù)目較多，但總元件數(shù)目卻較少，因?yàn)镮GCT需要非常復(fù)雜的輔助關(guān)斷電路。由于整流變壓器與功率模塊的連線較多，因此變壓器不能與變頻器分開放置，在空間有限的場(chǎng)合不是很靈活。在諧波的要求上輸入諧波對(duì)電網(wǎng)的影響和輸出諧波對(duì)電機(jī)的影響等問題，使其應(yīng)用受到限制。而且變頻器的性能與電機(jī)的參數(shù)有關(guān)，通用性差，電流的諧波成分大，污染和損耗較大，且共模電壓高，對(duì)電機(jī)的絕緣有影響。

圖3　改造方案接線圖

表1　

1.2內(nèi)反饋斬波調(diào)速裝置的優(yōu)缺點(diǎn)分析

如圖2，內(nèi)反饋斬波調(diào)速裝置是從高壓電動(dòng)機(jī)的低壓轉(zhuǎn)子三相進(jìn)行調(diào)速的，是直接改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電流來(lái)改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)，其控制功率只為電機(jī)功率的25-30%左右，系統(tǒng)小，造價(jià)低，是用低壓控制高壓電動(dòng)機(jī)，同樣是用進(jìn)口的高壓大功率IGBT模塊，使用在低壓控制上可靠性更高。對(duì)于使用環(huán)境要求不高，可以再鍋爐風(fēng)機(jī)附近設(shè)置調(diào)速裝置柜，不需要專用的空調(diào)進(jìn)行冷卻。裝置柜較小，一般在3米左右，占地面積比高壓變頻裝置柜小很多。內(nèi)反饋斬波調(diào)速裝置具有電網(wǎng)電源快切（母連切換）的保護(hù)功能，裝置在調(diào)速過程中兩個(gè)高壓電源快速切換時(shí)，調(diào)速系統(tǒng)能保持原調(diào)速狀態(tài)，不會(huì)轉(zhuǎn)入全速壯態(tài)，保證裝置能正常調(diào)速運(yùn)行。

裝置其本身即配備獨(dú)立的液態(tài)軟起動(dòng)裝置，即使內(nèi)饋斬波調(diào)速故障時(shí)，也可以用獨(dú)立的液態(tài)軟起動(dòng)隨時(shí)連續(xù)并多次對(duì)電機(jī)進(jìn)行軟起，并且起動(dòng)電流小于電機(jī)額定電流的1.5IN。調(diào)速裝置突然故障時(shí)，電機(jī)自動(dòng)轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行，通過液態(tài)電阻，使電流緩慢增大，是在調(diào)速狀態(tài)基礎(chǔ)上使電機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸升到額定轉(zhuǎn)速，過度時(shí)間約30秒可調(diào)。該功能使電機(jī)轉(zhuǎn)全速時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生沖擊電流，不會(huì)使電機(jī)電流超過電機(jī)額定電流，使電機(jī)電流緩慢上升到電機(jī)額定電流，不會(huì)使高壓開關(guān)柜的真空斷路器保護(hù)跳停，避免停產(chǎn)或設(shè)備意外事故發(fā)生。不會(huì)使電機(jī)瞬間轉(zhuǎn)為全速，不會(huì)使風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓風(fēng)量變化太快，造成鍋爐熄火。電機(jī)電流緩慢上升到電機(jī)額定電流，使電機(jī)緩慢轉(zhuǎn)為全速，對(duì)電機(jī)無(wú)沖擊，保證了電機(jī)滑環(huán)運(yùn)行安全及生產(chǎn)安全。電機(jī)在負(fù)載運(yùn)行下從原調(diào)速的轉(zhuǎn)速上逐漸升到全速，使?fàn)t膛負(fù)壓不會(huì)大幅度變化導(dǎo)致鍋爐燃燒不穩(wěn)定或者熄火。該裝置對(duì)于電機(jī)有要求，需要選用專用的繞線式內(nèi)反饋電機(jī)。需更換原有的YKK電機(jī)，增加了總體造價(jià)。

2　節(jié)能改造

通過以上對(duì)高壓變頻器調(diào)速和內(nèi)反饋斬波調(diào)速的調(diào)速的安全性、可靠性、穩(wěn)定性、節(jié)能效率及性價(jià)比的分析對(duì)比，結(jié)合我公司二廠#3鍋爐一、二次風(fēng)機(jī)使用內(nèi)反饋斬波調(diào)速的運(yùn)行情況，并且原#3爐的一、二次風(fēng)機(jī)均采用內(nèi)反饋斬波調(diào)速裝置，裝置在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行良好穩(wěn)定，改造投資也比高壓變頻器投資較少，運(yùn)行維護(hù)也簡(jiǎn)單方便?？紤]到不具備另建變頻器配電室的條件，最終決定在鍋爐零米風(fēng)機(jī)附近使用內(nèi)反饋斬波調(diào)速裝置進(jìn)行節(jié)能改造。如圖3。

使用原有風(fēng)機(jī)開關(guān)及高壓電纜即可。低壓部分從斬波柜到電機(jī)轉(zhuǎn)子，需要一根低壓電纜。從逆變柜到電機(jī)反饋繞組，需要一根低壓電纜。施工時(shí)間較短，利用鍋爐倒換時(shí)間即可完成改造，基本不影響發(fā)電運(yùn)行。

3　效果對(duì)比

改造后選取了#1爐和#2爐同時(shí)運(yùn)行，并帶相同負(fù)荷時(shí)間進(jìn)行的比較，見表1：

通過以上表格對(duì)比可見，鍋爐一次風(fēng)機(jī)改造后的節(jié)電效果還是很明顯的，針對(duì)本地區(qū)電網(wǎng)要求和我公司二廠鍋爐年平均負(fù)荷的運(yùn)行情況看，節(jié)電效果和間接經(jīng)濟(jì)效益比較明顯。

4　結(jié)語(yǔ)

內(nèi)反饋斬波調(diào)速裝置設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，節(jié)能效果明顯，不但操作方便，易于維護(hù)，一般技術(shù)人員經(jīng)過短時(shí)間培訓(xùn)就能掌握；可靠性較高，即使故障也保證電機(jī)全速運(yùn)行而且故障修復(fù)容易。實(shí)踐證明，斬波調(diào)速裝置用于風(fēng)機(jī)類設(shè)備驅(qū)動(dòng)控制場(chǎng)合取得了顯著的節(jié)電效果，是一種很好的調(diào)速控制方式。既提高了設(shè)備效率，又滿足了生產(chǎn)要求，因而大大減少了設(shè)備維護(hù)、維修費(fèi)用，還降低了運(yùn)維工作量。直接和間接經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。

［1］DL/T 299—2011火電廠風(fēng)機(jī)、水泵節(jié)能用內(nèi)反饋調(diào)速裝置應(yīng)用技術(shù)條件［S］.遼寧教育出版社，2011-10.

［2］屈維謙.斬波式內(nèi)反饋調(diào)速及其功率控制原理.

［3］徐甫榮.高壓變頻技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐［S］.中國(guó)電力出版社，2006-11.

曹汝鵬（1978—），男（漢），內(nèi)蒙古滿洲里人，電氣工程師，現(xiàn)就職于興安熱電公司；彭濤（1971—），男（漢），四川都江堰人，電氣工程師，主要研究方向：運(yùn)行管理，現(xiàn)就職于興安熱電公司。