热电厂锅炉高压变频节能技术改造分析

刘立斌

天壕环境宁夏节能投资有限公司

热电厂锅炉高压变频节能技术改造分析

刘立斌

天壕环境宁夏节能投资有限公司

据统计，我国的高耗能和高污染行业集中在电力、石化、冶金、矿业行业中，而这些企业电能的消耗大多数都是在高压大功率的三相交流电动机上。三相交流电动机的消耗约占整个企业电能的65～75%，因此，高压电动机的节能对于生产企业来说非常重要。文章以热电厂锅炉风机为研究目标，探讨热电厂锅炉风机高压变频节能技术改造的需求、原理和方案。

热电厂；锅炉风机；高压变频节能

1 热电厂锅炉风机现状

通过分析锅炉风机原理可知，随着锅炉负荷的变化，二次风机的调节较为频繁。而如今大部分锅炉风机是全频运行的模式，即无法改变风机的运行功率，是在风机出风口设置挡板，当需要对风量进行调节时，通过调节挡板开合度来实现。这样的运行模式，导致二次风机在进行调节时，很大一部分的风力被挡板消耗，甚至产生的回流风再次抵消掉一部分风力，造成电力的大量浪费。据统计，锅炉风机的耗电量占热电厂总耗电量的45% 左右，而挡板调节的方式，使得锅炉高负荷时风机浪费的电力约为25%，锅炉低负荷时风机浪费的电力达到了75%。

2 高压变频技术

所谓高压变频技术，是通过调节电压的输出，控制风机的实际功率，从而进一步控制风机的转速，调节风机风量，在风机中应用高压变频技术，就可以使得出风口的挡板完全打开，利用变频技术从源头调节风机的风量输出。风机的电机转速公式为：n=(1-s)n0，n0=60f/p。其中n为实际转速，n0为理论转速，s是转差率，f是电机的运行频率(60是60s)，p是电机极对数。由转速公式可看出，在不考虑转差率s的情况下(s=0～0.05)，电机的实际转速n=60f/p，即n 与f是成正比例相关的，n的值会随着f的增加而增加，随着f的减少而减少，所以控制功率的输出，来调节f的值，就能够完成对电机转速n的调节。

HARSVERT-A系列10KV高压变频调器共有21个功率单元，每7个功率单元串联构成一相。每个功率单元结构上完全一致，可以互换，其电路结构如图1所示，为基本的交-直-交单相逆变电路，整流侧为二极管三相全桥。通过对IGBT逆变桥进行正弦PWM控制。输入侧由移相变压器给每个单元供电，移相变压器的副边绕组分为3组，构成42脉冲整流方式，这种多级移相叠加的整流方式，可以大大改善网络的电流波形，使其在负载下网侧功率因数接近1。

输出侧由每个单元的U、V输出端子相互串接而成星型接法给电动机供电，通过对每个单元的PWM波形进行重组，这种波形正弦度好，d*/d+小，可减少对电缆和电动机的绝缘损坏，无需输出滤波器就可以使输出电缆有很长的长度，电动机不需要降额使用，可直接用于旧设备的改造。同时，电动机的谐波损耗大大减少，消除了由此引起的机械振动，减小了轴承和叶片的机械应力。

当某一个单元出现故障时，通过将继电器K闭合，可以将此单元旁路出系统而不影响其它单元的运行，变频器可持续降额运行。如此，可减少停机造成的损失。

3 锅炉送风系统变频改造

3.1 问题

克拉玛依石化公司热电厂目前厂用电率约为19%，较之同类电厂偏高，主要原因是厂用辅机运行效率低下，其中风机耗电量约占热电厂用电的25%～30%。热电厂2#锅炉为东方锅炉厂生产的DG-130/3.82-4型、中间仓储式制粉系统、煤气混燃锅炉，配置2台G4-73-11NO12D型送风机(电机容量220kW，设计风量71200m3/h)，2台引风机。送风机是热电厂主要用电设备，设计采用定速电机带动送风机，通过挡板调节送风量，以适应机组负荷变化，锅炉送风系统在运行过程中存在以下问题。(1)挡板调节导致风道压流损失严重，风速较大时，会产生挡板的冲击损耗。(2)挡板动作迟缓，手动时不易操作，操作不当会造成送风机振动，难以达到最佳调节状态。(3)送风机挡板执行机构为大力矩电动执行器，故障较多，不适应长期频繁调节，使送风系统一直不能投入自动运行，无法实现氧量自控。

3.2 改造

基于热电厂厂用段电压为10KV，参考其他燃煤电厂变频调速改造方案(表1)，最终选择目前燃煤电厂应用较多的高压方案(保留原有10KV电机)，在电机与开关之间增加一套高压变频装置，保留原有工频回路做为旁路。该方案无需升降压变压器，功率器件在电网与电机之间直接构建变换器。变频系统由高压变频器、整流变压器、电机和开关组成，选用北京利德华福电气技术有限公司的HARSVERT-A06/035型变频器，变频器输入电压为6000V，额定功率为220kW，额定电流为35A。

(1)2#锅炉2台送风机变频改造前后半年内的耗电量、产汽量及单位吨汽平均耗电量统计见表2，可见变频改造后在生产相同蒸汽量情况下，送风机耗电量大幅较小。改造后半年时间共计产汽414412t，若以改造前单位吨汽平均耗电量1.5883kW·h计算，则节约耗电量为213505.06kW·h，以下网电价0.414元/(kW·h)计算，改造后半年时间内2#锅炉2台送风机仅耗电量一项就节约电费8.84万元。

(2)2# 锅炉送风机变频改造后半年时间内，1#～3# 锅炉产汽量、送风机耗电量及单位吨汽平均耗电量统计见表3，可见，在1#～3# 锅炉产汽量基本相同情况下，2# 锅炉2 台送风机耗电量明显小于工频运行的1#、3# 锅炉送风机耗电量。

4 在给水泵中的应用意义

变频器调速的工作原理是将交流电顺变成直流电，平滑滤波后再经过逆变回路，将直流电变成不同频率的交流电，使电动机获得无级调速所需要的电压和频率，从而直接改变和控制电动机的轴功率。锅炉系统变频改造后，效率稳定在一个较理想范围内，电机能耗明显降低。实现锅炉氧量自控，为优化燃烧、提高锅炉效率提供可靠保证，另外消除了电机因启停产生的惯动量对设备的机械冲击，减少了机械部分的磨损和振动，延长了风机检修周期，节省了维护费用。

[1]元东旭.旺隆热电厂锅炉风机系统的节能改造技术研究[D].华南理工大学，2015.

[2]陈伟玲.热电厂锅炉风机高压变频节能技术改造分析[J].硅谷，2014，15：141+127.