200MW火电机组送风机变频节能改造的研究与应用

高力强

摘 要：徐矿集团新疆阿克苏热电有限公司规模为2×200MW机组，配置两台型号为HX670/13.73-Ⅱ的超高压一次中间再热式自然循环燃煤锅炉。每台锅炉配两台单吸、离心式、液力耦合器调速型送风机，电机功率为1400KW，由于市场原因，机组长期在低负荷下运行，具有较大的节能空间。2019年#2机组检修期间，对送风机进行了变频改造。本文介绍了200MW火电机组送风机变频改造的工作原理，针对该厂现有送风机长期处于“小马拉大车”运行，能耗偏高的情况，提出了改造方案。对送风机变频改造前后节能的效果进行了分析对比，节电效果超过预期。

关键词：送风机;变频改造;节电

中图分类号：TN773 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）22-0180-03

0 引言

能源产业是国民经济的基础之一，对国民经济的提升和发展有极其重要的作用。在经济不断增长的大环境下，中国能源产业面临经济不断增长及环保等多重压力。受资源、技术能力、市场等因素的影响，我国能源利用率水平远低于发达国家，多数能源在开发、过程转换、储藏运输和实际利用过程中浪费严重。由此可见，提高能源利用率已迫在眉睫。

对于火力发电机组来说，80%左右的厂用电消耗在大容量风机、水泵等厂用高压辅机电动机上，并且多数厂用高压辅机运行效率低，长期运行在低负荷区间，设备出力变化频繁，偏离高效运行工况点，造成能源在利用过程中浪费严重，这与高质量发展的趋势相悖。

利用变频调速节能技术能够改变电动机工作电源的频率和幅值，从而改变电机的转速，使得输出功率随着负荷的大小而变化，完成对交流异步电机启动方式的改变，通过变频来调节速度，提升运行精度，提高功率因数，实现各种保护功能，还可实现长期低负荷运行工况下节约厂用电的目的。

1 变频调速节能原理及优点

1.1 变频器的调速原理

高压变频调速是通过改变电机的频率实现调速功能的。

公式中n表示转速，f表示频率，p表示极对数，s表示转差率，极间对数、转差率一定时，电机转速和频率成正比。持续改变频率，就能实现电机转速平滑的变化。高压变频技术可实现恒定转矩，无级调速，调速范围广，在0～100%调速范围内，效率可以达到96%，具备电机软起动功能，可以有效解决启动电流大对设备造成冲击的问题。

1.2 送风机变频调速的节能原理

以风机变频调速节能原理为例。改变风机转速和风门开度调节风量，风机运行特性和工况点如图1所示。

风机在全速下风压与风量（P-Q）的特性曲线为曲线1，风门全开时管网的特性曲线为曲线2。自然运行工况点为点A，P1和Q1分别为风压和风量。若Q2为实际风量，则通过调节风门开度，使管网的特性变化得到曲线3，和曲线1的交点B，得到要求的风量Q2。风压提高到P2。改变风机的转速风机的特性曲线为曲线4，与曲线2交于C点，也可以得到要求的风量Q2，此时风压下降到P3。假设在A、B、C三个工况点运行时，各系统的效率相等，则A、B、C三个工况点运行时所吸收的功率PA，PB，PC应该和对应工况点的风量和风压的乘积成正比，即图中AP1OQ1、BP2OQ2、CP3OQ3三个矩形的面积成正比关系。从图中可知，PB略小于PA，而PA远大于PC。可以得出，通过改变风机转速调节风量所消耗的电能，远远少于调节风门开度改变风量所消耗的电能[1]。

1.3 变频调速的优点

（1）有优越启动性能。一般情况下，功率较大的电动机启动时电流都很大，对设备造成不同程度的冲击，缩短设备的使用寿命。通过变频调速启动，可以有效控制启动电流在一定范围内，实现电机转速缓慢增加，减小对电源及负载的冲击，延长设备使用寿命。

（2）有良好的调速性能。均匀改变电源频率，电动机的转速就可以平滑地改变。变频调速可以实现无级调速，调速过程平滑，变频器可以实现0至50Hz的输出，因此调速范围广。

（3）有效提高功率因数。变频器滤波电容可以对电机无功进行补偿，输入功率因数可以在0.95以上。对于工频状态下运行的电动机而言，功率因数会大幅提高。

（4）节电效果明显。通过改变频率，电机转速降低，功率消耗会大幅下降。

（5）减少机械磨损。通过变频调速，可以有效减少风机挡板、轴承、密封的磨损，减少设备维护量。

（6）运行可靠性高。变频器保护配备齐全，出现过压、欠压、缺相、输出接地、输出短路、过流、变压器过载等情况时，保护都能够快速可靠的动作。

2 送风机改造方案

风机的改造主要问题集中在液偶是否拆除的问题上。主要有以下改造方案：

2.1 保留液偶结构

如图2所示，a保留原有液偶不做任何改变，勺管开度维持在最大值附近，b将液偶中的泵轮、涡轮拆除，后用连轴器连接输入轴与输出轴。

2.2 拆除液偶

如图3所示，a底座全部拆除，将风机与电机靠近，b用较长联轴器进行风机和电机的直联，基础不变动。

如表1所示，在上述的四种方案中，1a运行可靠性和节能效果比其他几种方案低，实现风机轴与电机轴的相连接为最优方案。其中1b，2a，2b方案均满足要求。

方案2b中电机与风机的距离不变，在无中间轴系支撑的情况下，在使用较长的联轴器长时间运行的稳定性和安全性较差。

方案2a中，电动机基础如果不需要重新建造，平移难度不大的情况优先选择2a方案[2]。

3 送风机改造前后的数据对比分析

如表2所示，送风机变频改造后，从连续运行日的发电情况和送风机耗电量对比发现，改造后较改造前送风机日耗电平均节约0.7768万千瓦时左右，2018年我公司#2機组实际运行8246小时，每度电按照0.25元计算，则年节约电费=0.7768万kwh/24h×8246h×0.25元/kwh=66.72万元。

#2机组送风机变频改造投入费用130万元，年节约电费66.72万元，回收投资年限约为2年。

4 结语

通过理论分析、改造后的实际运行的数据及结果分析可知，变频技术替代液力偶合器装置理论上可行，技术上先进，运行上安全可靠，经济上合理，回收投资年限短，节电效果明显。综合以上的分析，送风机高压变频替代液力耦合器的改造可行。

参考文献

[1] 周忠宁，李意民.中国矿业大学电力工程学院，给水泵、送风机系统节能改造可行性研究报告，2016.

[2] 丁海明.徐矿集团新疆阿克苏热电有限公司送风机变频改造实施方案，2019.