高压变频器在垃圾焚烧发电厂引风机节能中的应用分析

许文君，胡俊峰

（1.太原市同舟能源有限公司,山西太原 030045;2.山西启光发电有限公司,山西灵石 031303)

0 引言

垃圾焚烧发电厂利用城市垃圾焚烧过程产生的余热进行发电，作为国家引导的新兴行业，具有其独特的社会效益和经济效益：既能解决垃圾对环境产生污染的问题，提高当地居民的生活质量，又能能源转换发电盈利变废为宝，并提供就业平台[1]。

本垃圾焚烧电厂共装设3台日本荏原无破碎回旋流型双内循环流化床垃圾焚烧炉，每台处理量为333 t/d，同时配套3台36 t/h的余热锅炉及2台12 MW的汽轮发电机，每年可处理太原市垃圾约36.5万t，大大提升了太原市的废弃垃圾综合利用能力。

引风机作为垃圾焚烧电厂的主要能耗设备之一，只能在工频下定速运行，仅依靠挡板调节引风机电机出力，存在严重的节流损耗，造成了大量的能源浪费。由于引风机采用6 kV以上的高压电动机驱动，因此采用高压变频调速有利于提高电动机的效率，降低耗电量。

1 引风机变频调速节能的原理

引风机常采用挡板和液耦来控制风量和流量，易造成能源浪费，目前大多依靠电机转速调节来实现节能，在众多调速方式中，变频调速是应用最为高效且广泛的。

1.1 风量Q、风压H、轴功率P与转速n的关系

由流体力学原理可得，引风机采用变频器调节时，风机转速由n降低（或者升高） 至n＇，风量Q、风压H和轴功率P分别与n＇/n的一次方、二次方和三次方成正比[2,3]。

1.2 电动机容量计算

式中：P——风机输出轴功率；

Q——风机风量；

H——风机风压；

ηT——风机的效率；

ηF——传动装置的效率。

1.3 引风机的节电方法及节能原理

1.3.1 采用调节入口挡板开度方式

引风机入口挡板节流调节：当引风机入口挡板开度减小时，虽然风量降低（Q1→Q2↓），但风压升高根据公式可见轴功率P2减小不明显。

1.3.2 采用变频调速模式

引风机变频调速模式：根据改变转速来控制风量，入口挡板处于全部打开状态，基本无节流损耗。大大降低了引风机系统阻力，从而有效降低引风机的能耗。

2 电气系统及DCS控制系统设计

2.1 电气系统主回路设计

每台引风机配备1台高压变频器，其电气系统原理如图1所示。

图1 带工频旁路的引风机“一拖一”变频调速方案电气系统图

为达到电气互锁目的，设置KM21与KM31一个双刀双掷隔离开关；当输出与输入接触器KM21、KM11接通，而KM31断开时，电动机变频运行；当旁路接触器KM31合闸，而输入和输出接触器KM11、KM21断开时，电动机工频运行。工频运行过程中，高压变频器隔离，便于检修。若接触器KM11合闸则将刀闸隔离开关K11锁定，禁止操作；若接触器KM21合闸则将刀闸隔离开关K21锁定，禁止操作。当高压变频器发生异常时，接触器KM11、KM21被切断，KM31合闸，使得电机投入工频电网定速运行。

2.2 DCS控制系统设计

高压变频器既能接受机组分散控制系统DCS（distributed control system） 的控制指令和参数设定，又能反馈其状态信号、运行参数和故障报警至DCS系统。采用远程DCS系统，可实现远程启/停高压变频器、手/自动控制能工程，并显示当前变频器的运行状态。

设计DCS与每台变频器之间的I/O信号至少需配置38个测点：其中开关量信号34个，模拟量信号4个。电厂共3台引风机，共需配置114个测点。单台引风机变频器的具体测点分配如表1所示。

表1 1台引风机变频器的测点分配

2.3 变频器的控制逻辑

2.3.1 引风机高压变频器的启动允许条件

引风机高压变频器的启动允许条件包括三点：引风机的高压开关必须合闸；变频器就地启动准备就绪；频率初始设定值小于额定频率的0.3倍(防止运行误操作和防止启动时频率较高引起炉膛负压扰动)。

2.3.2 高压变频器速度自动调节的开关量控制

a） 工频运行时，引风机主要靠挡板开度调节，若其投自动，则变频器的转速自动控制将会闭锁。

b）当指令与反馈偏差高出设定值 (例如设置为60%)时，变频器将自动切除。

c）当炉膛负压测点故障，信号异常时，变频器退自动。

d） 炉膛负压高报警，延时3 s，转速减少；炉膛负压低报警，延时3 s，转速增加。

3 变频调速技术优势及经济效益分析

a）控制电机启动电流。变频调速主要功能是降低引风机启动电流，增加电机使用年限。

b）可靠保护。由于变频器本身具有欠电压、过电压、过载、过温等保护，故障时能及时显示出故障原因，便于处理。

c） 稳定。变频运行期间风机挡板为全开状态，减少了气流通过挡板而造成的节流损耗及风道振动，提高运行稳定性。

d）降低电力线路电压波动。电机满负荷启动会拉低供电网络电压，可能导致部分敏感带电设备电压波动或者故障异常，变频调速降低了启动电压，有效防止了电力线路电压波动问题。

e）节能。变频调速运行比工频运行时的引风机的用电电价0.65元/(kW·h)，则年节约费用约为：319×0.65=208万元。

通过节能计算分析，引风机变频改造后，每年节约费用约208万元，该项目投资180万元，可在年内收回成本，这对公司的长远发展来看，产生的经济效益非常可观。

4 结束语

面对当前能源价格节节升高的局势，垃圾焚烧发电机组的引风机采用高压变频器，不仅能满足垃圾发电厂不同工况变化的需求，还能突破目前垃圾电厂的困境，实现节能降耗。高压变频器的使用明显提高了引风机对风量的调节深度，加强了炉膛压力调节的响应速度，保证设备可靠运行，有效地减轻了噪声污染，在提高企业经济效益的同时，兼顾了节能环保效益。

[1] 江承林.高压变频器在垃圾焚烧发电厂引风机节能中的应用[J].节能减排，2016(5):80-87.

[2] 陈章伟，陈伯权，吴双.变频技术在引风机系统节能改造中的应用 [J].中国电力，2009,42(9):70-72.

[3] 胡炫，朱虎，杨志.高压变频器在发电厂引风机上的应用与节能分析 [J].电机与控制应用，2010,37(2):37-39.