唐楠

摘 要：文中以某垃圾電廠風機水泵變頻節(jié)能改造項目為例，闡述了鍋爐風機水泵節(jié)能改造的必要性和可行性，并以工程實例說明了風機水泵變頻改造的過程，說明了變頻改造后風機系統(tǒng)的經(jīng)濟性和可靠性。

關(guān)鍵詞：垃圾電廠；鍋爐；風機；水泵；變頻器；節(jié)能

杭州錦江集團吉林省某垃圾發(fā)電廠始建于2000年，于2011改建為垃圾電廠，是一座老電廠，共有4臺鍋爐，3臺機組，總裝機容量達27兆瓦。2011年該垃圾發(fā)電技改項目增加2臺鍋爐和一臺15兆瓦的3號機組，并成功實現(xiàn)并網(wǎng)。該垃圾發(fā)廠電是在老電廠的基礎(chǔ)上改造的，2011年該改造項目順利完成并成功并網(wǎng)發(fā)電。該電廠擁有兩臺500t/d鍋爐和兩臺650t/d鍋爐，共4臺鍋爐，三臺發(fā)電機組總裝機容量為27兆瓦。2016年，本人受公司委派，對該公司的四臺鍋爐部分風機和水泵進行變頻節(jié)能改造。

1 電廠鍋爐風機水泵變頻節(jié)能改造必要性分析

（1） 從風機運行狀態(tài)分析。

隨著電力行業(yè)改革的深化，社會對環(huán)保重視程度提升，節(jié)能減排，減少廠用電，減少發(fā)電的成本，提高電價的競爭力，是電廠提高經(jīng)濟效益的主要方法。該垃圾發(fā)電廠使用循環(huán)流化床鍋爐，風機和水泵是主要用電設(shè)備，容量和耗電量都大。其次，風機水泵都為持續(xù)運行并且通常情況下處于低負荷或者動態(tài)負荷運行狀態(tài)，節(jié)能空間很大。該電廠廠用電一般占電廠總發(fā)電量的23.2%，而風機、水泵等負載約占了電廠用電量的三分之一，電壓等級6kV 以上的風機、水泵等輔機設(shè)備耗電量至少占有其中九成。因為這些設(shè)備用擋板控制風量，因此實際運行效率很低，能耗巨大。設(shè)計時用最大需風量和風壓來選取電機型號，因此冗余量非常大，一般風量裕量在10%～20%，風壓裕量在10%。流化床鍋爐的引風機、送風機、二次風機、功率大，運行時間長，所以節(jié)能潛力非常大。其他的比如給水泵，也有非常大的節(jié)能空間。因此對該電廠的循環(huán)流化床鍋爐風機水泵等設(shè)備進行節(jié)能變頻改造，是當前該電廠節(jié)能降耗的有效技術(shù)手段，也是提高該電廠能源利用率，實現(xiàn)經(jīng)濟增長方式轉(zhuǎn)變的必然要求。

（2） 在風機控制方式上分析。

風機以前的風量調(diào)節(jié)方法是調(diào)節(jié)入口或出口的擋板閥門開度，從而調(diào)節(jié)流量，調(diào)節(jié)壓力，這是一種能耗大、經(jīng)濟效益差、設(shè)備機械損壞大、維修率高，修理難度大、維護費用高，相對落后方法。還存在下列問題：

a.運用用擋板開度調(diào)節(jié)風量，很大一部分能量損失在擋板截流過程中。對風機而言，最適合的節(jié)能方法是用調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)風量。因為風機一般都是平方轉(zhuǎn)矩負載，軸功率和轉(zhuǎn)速一般是立方關(guān)系，因此風機轉(zhuǎn)速減小的時候，耗能量也大大減小。

b.高度流動的介質(zhì)對閥門和擋板及管道有很大的沖擊力，導(dǎo)致設(shè)備損壞很大。

c.擋板開合延時嚴重，手動設(shè)備操作難度大，如果操作人員經(jīng)驗不夠還會使風機震動。擋板閥門控制方法一般用力矩較大的電動控制器，經(jīng)常出現(xiàn)故障，不符合長期頻繁調(diào)節(jié)的要求，動態(tài)性能也非常不理想。

d.異步電機直起起動電流通常為電機額定電流的6 8 倍，同時產(chǎn)生大量諧波，對電網(wǎng)沖擊大，電機發(fā)熱嚴重，巨大的沖擊轉(zhuǎn)矩還縮短了電機和風機的使用壽命。

所以，我公司對該垃圾電廠鍋爐風機進行了變頻節(jié)能改造。

2 垃圾電廠風機節(jié)能改造實施過程

（1） 變頻控制分析。

a.變頻控制可以節(jié)省原損失在擋板調(diào)整風量過程中的大量能耗，提高了經(jīng)濟效益。

b.采用變頻控制，實現(xiàn)電機軟起動，減少對電網(wǎng)的沖擊，大大減小了機械負載的沖擊，同時保證了風機的使用壽命。與此同時，采用變頻控制后，無功功率經(jīng)過變頻器直流環(huán)節(jié)中的濾波電容進行了瞬時補償，同時變頻器的輸入功率因數(shù)可達到0.95以上。和電機工頻啟動相比，功率因數(shù)得到明顯提高，此效果在低速電機中更加明顯。實現(xiàn)變頻控制后，水泵和風機會長時間在額定轉(zhuǎn)速下運行，設(shè)備損耗明顯減少。

c.采用變頻控制，電機運行構(gòu)成閉環(huán)控制同時自動調(diào)節(jié)運行速度，輸出的電流信號輸送至變頻器，運用變頻器控制電機轉(zhuǎn)速，可穩(wěn)定調(diào)節(jié)風量、流量，線形效果好，電機響應(yīng)快，機組可在更穩(wěn)定且相對能耗低的狀況下運行。

該垃圾發(fā)電廠，4臺爐每臺爐鈞配備引風機一臺，送風機一臺，一次風機一臺。根據(jù)測算情況，改造4臺二次風機，2臺一次風機，3臺引風機和一臺一拖二給水泵，項目完成后經(jīng)過統(tǒng)計節(jié)電效果明顯。

上述情況鈞為直接節(jié)能效益。與此同時，風機水泵實現(xiàn)了軟啟動，增加了機組使用時間的同時節(jié)省了設(shè)備維護費用，提高了系統(tǒng)的自動化水平。

（2） 主回路改造。

系統(tǒng)電路改造后。變頻器旁路功能可在變頻器故障時將風機切換到工頻運行，從而保證電廠正常生產(chǎn)；變頻器工頻與變頻運行相互聯(lián)鎖的，以保證電路安全運行，同時，互鎖可以避免工頻電源反送至變頻器輸出端子，可保證電路安全。

（3） 控制回路改造。

變頻器控制系統(tǒng)包括主控制器、單元控制器、功率單元控制部分、輔助部分。老系統(tǒng)用DCS系統(tǒng)控制風機的啟停及擋板開度，變頻改造后仍然運用原控制系統(tǒng)，并且對原系統(tǒng)稍加改造，實現(xiàn)對變頻器的控制。改造后完成后，變頻器可實現(xiàn)就地或者遠程控制。將變頻器控制系統(tǒng)和修改后的DCS 系統(tǒng)連接后，通過操作DCS系統(tǒng)可實現(xiàn)對變頻器啟停、復(fù)位及頻率等各種控制；在DCS 系統(tǒng)上可以監(jiān)測到變頻器電機的運行參數(shù)、設(shè)備故障等信息；同時可在鍋爐運行下實現(xiàn)風機工頻變頻的無擾切換。

3 風機變頻節(jié)能改造效果分析

該垃圾電廠各爐在設(shè)計時，其風機電機和風機的選型偏大，所以在選配變頻器時，是按照各爐風機的長期運行工況以及電流進行配置。同時由于垃圾電廠燃料的不穩(wěn)定性，就造成了不同工況下對風機的風量要求也不同，例如垃圾含水量大，垃圾熱值低的狀況下，風機的電流比較大，反之，風機的電流相對較小，所以該垃圾電廠變頻調(diào)速系統(tǒng)的運行的穩(wěn)定性有很高的要求。蘇州匯川技術(shù)有限公司系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)運用自有專利技術(shù)和抗短路技術(shù)，對引風機和各類電機的穩(wěn)定運行提供了有力保障。項目完工后，本人組織電廠與第三方對該垃圾電廠改造的風機及水泵就節(jié)電率進行了統(tǒng)計驗收。對改造前、后的相關(guān)數(shù)據(jù)進行了比較精確的統(tǒng)計。

經(jīng)過數(shù)月統(tǒng)計對比測算，二次風機變頻器節(jié)電率可達25%，給水泵變頻器節(jié)電率可達15%，一次風機變頻器節(jié)電率可達10%，引風機變頻器節(jié)電率可達30%，按變頻器最少年運行時間6500小時計算，年節(jié)電314.6萬度，按1萬千瓦時折合2.88噸標煤計算，年節(jié)約標煤量在1000 噸左右。

4 結(jié)語

改造前后對比表明，運用變頻技術(shù)對高能耗用電設(shè)備進行調(diào)速改造，能直接降低廠用電、減少電耗煤耗、從而增加上網(wǎng)電量，并且對設(shè)備的安全可靠運行、延長設(shè)備壽命都起到了積極的作用。