垃圾焚烧发电厂电气设计中的节能措施

林士颖

(中国五洲工程设计集团有限公司，北京 100053)

0 引言

生活垃圾焚烧发电的过程需要消耗大量的电能，如何降低这部分能耗，非常值得研究与探讨。本文仅就电气节能方面提出一些看法与措施。

1 垃圾焚烧发电的节能措施

1.1 设置变频器

大容量电动机，如引风机、一次风机、二次风机、空压机、给水泵、凝结水泵、循环水泵等设备运行在低负荷状态时，若不采取措施，极易造成能源浪费。目前大多项目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)风量Q、风压H、轴功率P与转速n的关系

当风机转速由n1变为n2时，风量Q1/Q2=n1/n2；风压H1/H2=(n1/n2)2；轴功率P1/P2=(n1/n2)3。以上可见，如果通风机的转速由n1改变为n2时，风机的风量变化与转速比的一次方成正比；风压变化与转速比的二次方成正比；功率变化与转速比的三次方成正比。

(2)电动机容量计算

电动及容量的计算公式如式(1)所示：

P=Q×H/(ηT×ηF)×130%

(1)

式中，P为风机马达输出轴功率，W；Q为风机风量，L/S；H为风机风压，Kpa；ηT为风机的效率；ηF为传动装置的效率。

(3)变频器的节能原理

变频器根据工况来调整风机或水泵转速，以控制风量或水量，满足运行要求。从转速与电机功率的关系可以看出，当转速下降时，电机功率会大大下降；另一方面变频器的调速范围为0～100%连续可调；在整个频率调节范围内，电动机功率因数保持在0.95以上，这也加大了电机的效率。在垃圾焚烧发电厂内使用变频器，大约可以使厂用电率降低1%～3%。

1.2 正确选择和配置低压厂用变压器

在垃圾焚烧发电厂电气设计中，应根据负荷类别、负荷运行方式、设备位置等进行厂用负荷计算并合理布置厂用变压器，明确厂用变压器的备用方式是采用明备用还是暗备用，正确选择和配置厂用变压器的容量和台数。变压器自身的损耗主要有空载损耗与负载损耗，空载损耗基本固定不变，负载损耗与负载电流的二次方成正比，如公式(2)所示：

ΔP=3I2R

(2)

当变压器运行在负载率为60%～70%时，变压器的功率总损耗为最小，即变压器处于经济运行方式。一般情况下低压厂用变压器选择干式变压器，损耗小，当投资允许时，选择非晶合金的变压器更为节能，而且长期运行费用更低。

1.3 开关站、变配电所接近负荷中心设置

厂用10kV(或6kV)开关站、厂用电400V变配电所按生产区和工房设置电源点，就近供电，可以降低供电电压降落，减短供电半径，减少线路损耗。

对于远离主工房的生产车间，若设置了车间变配电所，且厂用变压器两台互为备用，此时应该采用两台变压器同时工作，而不是一台工作一台备用的方式，因为两台变压器同时工作，每台变压器的工作电流是总电流的1/2，两台变压器运行的损耗是一台运行的1/2。

1.4 供配电系统三相平衡

大多数垃圾焚烧发电厂低压厂用变压器是动力和照明共用的，单相用电负荷(照明、空调等)占一定比例，在设计时要注意做到三相负荷分配平衡。否则，会加大线路损耗，配电变压器损耗。

1.5 合理选择导体截面

除了配电装置的汇流母线以外，对于全年负荷利用小时数较大，长度超过20m的母线，发电机到主变压器和发电机到主配电装置的母线，均应按照经济电流密度选择。

对于电流较大的电缆宜按经济电流密度校验截面。通常按经济电流密度选择时，比按载流量以及动热稳定选择的电缆截面大1～2级，虽然线损减少，但初期投资增加。根据计算，一般2～4年即可收回投资，而且年最大负荷利用小时数愈大，回收年限愈短。当超过回收年限之后，因损耗减少每年可节省的费用，逐年累计是十分可观的。

1.6 采用高效节能的电动机以及电压的选择

厂用交、直流电动机均宜采用效率高、功率因数高的电动机。目前大多数垃圾焚烧发电厂高压厂用电压均选择为10kV时，而不选择6kV，主要是因为当前10kV电动机工艺成熟，价格下降，与6kV电动机相差不多。而10kV与6kV相比送电功率高、电能损耗小、供电质量高、电压降落小、所需电缆截面小。当高压厂用电压为10kV时，250kW以上的电动机可采用10kV，250kW以下的电动机宜采用380V；合理选择电动机的电压等级，可以很好的控制线路电压降，也可以减小电缆的截面。

对于单机容量较大的电动机可以采用双速电动机(如冷却塔风机)，根据不同的季节等工况来决定电机采用高速或低速运行，一般能节省风机所消耗电能的40%～50%。

1.7 照明的节能设计

垃圾焚烧发电厂照明设计应选用单灯功率高、光效高的光源，可选用LED灯、高效荧光灯、高效金卤灯、电磁感应灯等；选用绿色、高效、配光合理、安全的灯具。厂区道路照明可根据现场情况选择风光互补路灯。在焚烧厂房内可选LED三防灯；主控楼和综合楼及其他办公场所可采用LED格栅灯；一般厂房采用防水防尘LED灯。由此可以达到既节能又获得较好色温的效果。

对照明的控制应该采取一些有利于节能的手段。建筑物内灯具控制根据生产要求及自然采光情况分组控制。首先，适当地设置照明控制开关，方便随时根据自然光的情况来决定灯的开关，在走廊以及楼梯间可采用声控或微波感应等方式来控制灯的明灭。其次，在生产车间内可设计时间控制器来根据天明天黑的时间来控制照明灯的开关。

加强照明用电管理也是照明节电的重要方面。照明节电管理主要以节电宣传教育和建立实施照明节电制度为主，使人们养成随手关灯的习惯；对集体宿舍按户安装电度表、限制用电，这些都能有效地降低照明用电量。当灯泡积污时，其光通量可能降到正常光通量的50%以下。灯泡、灯具、玻璃、墙壁不清洁时，其反射率和透光率也会大大降低。为了保证灯的发光效果，应根据照明环境定期清洁灯泡、灯具和墙壁。当灯已出现闪动时，要及时更换；因为气体放电灯在启动时耗电最高，因此需要配置节能型电子镇流器，提高气体放电灯的功率因数。

1.8 谐波治理

当注入电网的谐波超过允许值时，谐波电流会使变压器的铜耗增加、谐波污染会增加输电线路的损耗、谐波污染会增大中性线电流，引起中性点漂移、造成过负荷发热，使损耗增加，降低供电的电能质量。谐波污染将会使电缆的介质损耗、输电损耗增大，泄漏电流上升，温升增大及干式电缆的局部放电增加，引发单相接地故障的可能性增加。应根据谐波源的特点采用相应的滤波措施，如配备有源滤波器等。

1.9 加强计量管理

发电机、主变压器、高压电动机、厂用变压器、各生产工艺、照明、通风空调等均设置电能计量装置，有效加强发电及用电的电能管理。根据各部分的用电情况，制定相应的节能措施，实现节能目的。

1.10 太阳能光伏发电

一般情况下，垃圾焚烧发电厂均建设在人迹罕至的地方，此处阳光充足，可在屋面或外墙上安装太阳能板，形成小型光伏发电。光伏发电作为一种新型的、具有广阔发展前景的发电和能源综合利用方式，倡导就近发电、就近并网、就近转换、就近使用的原则，因此在垃圾焚烧发电厂设置光伏发电，将其所发电能用于电厂的照明、空调、通风等，则可以利用太阳能并节省下垃圾焚烧所产生的电能。

2 结束语