浅谈燃煤电厂引风机变频器改造实现节能减耗

冯锦祥

（华阳电业有限公司，福建 漳州 363000）

1 前言

一次能源是不可再生的国家资源，节约是国家的基本国策，节能减耗是国家的长远方针，华阳电业有限公司漳州后石电厂（装机容量7×600MW）作为全国“百家重点用能单位”，为完成2020年年度供电煤耗节能考核目标，前期通过对耗能设备数据资料收集，分析了风机类设备调速的基本原理,最终确定对引风机设备进行变频改造，然后引风机采用离心式，以入口导叶开度来控制炉膛负压，节流损耗大，效率低、电耗高，是节能改造的关键环节。

2 改造重点

（1）对6#、7#机组引风机A、B电机增设高压变频器，同时设计配置旁路切换开关，变频器故障时可通过旁路切换开关尽快恢复到改造前的工频状态运行，确保机组能够快速恢复正常运行。6#、7#引风机功率9000kW，经西安热工院测试计算，变频器功率选择6300kW即可满足机组全负荷工况，可节省变频器投资费用约40%。

（2）新建6#、7#机组引风机变频器室两间。每间安装2套变频器、四套空水冷装置，变频器产生的热量经风道循环至户外的空水冷装置冷却后再送回变频器室，确保室内温/湿度控制在30℃/60%左右。采用空水冷装置比单纯空调冷却省电一半以上，运行维护简单、费用低。通过设置电动紧急排风口，空水冷装置故障时自动打开直接将变频器热量排至室外，提高可靠性。同时，引风机变频器室另外安装两台10匹工业空调可在高温季节辅助制冷及空气除湿使用。

（3）为使引风机变频改造符合电厂制程及操作习惯，运行部专业人员编写了引风机变频控制逻辑，经与西安热工院详细检讨修订后，再由技术人员写入机组DCS，确保引风机变频器的可靠控制。改造后功能上实现旁路/变频一键启停，同时保留引风机原来的启停方式，确保工频、变频均可正常操作，简化值班员操作流程，人员操作性和适应性良好。

（4）本次改造在原有炉膛压力导叶控制逻辑基础上，新增一套独立的变频控制逻辑，两套逻辑不同时投入控制，避免调节冲突；并进行了引风机导叶最大开度、工频运行导叶控制特性试验、变频器空载特性试验、变频运行导叶控制特性试验等全面采集引风机工况参数，为变频运行时炉膛压力控制提供依据。

进行了引风机导叶最大开度测试、引风机工频运行导叶控制特性试验、引风机变频器空载特性试验、引风机变频运行导叶控制特性试验等全面采集引风机工况参数，为变频运行时炉膛压力控制提供逻辑改造依据进行了引风机导叶最大开度测试、引风机工频运行导叶控制特性试验、引风机变频器空载特性试验、引风机变频运行导叶控制特性试验等全面采集引风机工况参数，为变频运行时炉膛压力控制提供逻辑改造依据旁路运行时，炉膛负压维持原有导叶控制。机组启动初期，变频器维持最小频率15Hz运行，炉膛负压初始由导叶控制，随着锅炉负荷增加，导叶开度接近上限，炉膛负压即可切至变频控制。

（5）除正常运行控制逻辑，DCS另外设置运行中“变频转定频”、“定频转变频”及“导叶活动操作”三个自动程序，以减小运行人员日常操作工作量及避免人为操作所带来的潜在风险，主要有：①变频与定频切换操作：变频运行时，因特殊工况原因可能需要将变频器暂时改为定频运行导叶控制模式，启动该程序按钮后，控制器自动调节炉膛负压，并按照一定速率输出导叶控制指令，关小入口导叶、提升频率至预设条件后可切为定频控制。定频运行需切回变频时，程序将按照一定速率输出频率控制指令，降低变频频率、关大入口导叶至预设条件后可切为变频控制。②导叶活动测试：正常情况下，引风机保持变频运行，入口导叶位置置于推荐开度85%，为防止导叶长期不动作导致卡涩，DCS控制逻辑中专门设置“导叶活动操作”程序，由值班员定期执行操作。导叶活动测试在机组负荷370MW时进行,程序自动以一定速率关小动作侧入口导叶开度，最低关至25%并逐渐恢复原开度，以此进行导叶的大幅度动作，保证导叶轴承、关节的活动性。

3 改造效果

（1）改造前经西安热工院测试，7#机组450MW负荷，引风机A/B平均电流达419A,改造后8月2日，7#机组引风机A/B平均电流139A，8月3日，6#机组引风机 A/B平均电流为154A，引风机功率平均减少6050kW,节电率65%，达成改造目标。按近三年全厂平均运行时数及负荷率计算，6#、7#机组引风机变频改造后，降低厂用电率1.34%，单机供电标煤耗降低4.03克/度，全厂减少供电标煤耗1.15克/度。

（2）改造后引风机运行工况。由于引风机转速降低，改造后引风机轴承振动平均由1.5mm/s降至0.5mm/s左右；马达启动方式由直接启动改为变频软启动，减少启动大电流冲击，提高马达寿命；运行电流下降，马达运行温升、噪声也显著下降；引风机入口导叶开度固定在85%左右，导叶执行机构减少动作次数，原来由导叶卡涉、故障等导致机组负荷受限的情况基本排除。

（3）6#、7#机组引风机变频节能效果明显，厂用电率显著下降。全天100%负荷状况下，8月10日，7#机组厂用电率3.75%，8月9日，6#机组厂用电率3.94%，较8月9日5#机组(尚未实施引风机变频改造)厂用电率4.68%，分别下降0.93%、0.74%，均创下机组实际运行中厂用电率历史最低记录。全天平均70%负荷工况下，7月10日，6#机组厂用电率4.79%，7月19日，7#机组厂用电率4.58%，较7月10日5#机组厂用电率6.17%，分别下降1.38%、1.59%。机组负荷率越低，引风机变频降低厂用电率效果越明显。

表1 改造前后效果对比

图1 改造后6#、7#机组引风机运行状况分析

4 效益与回收年限

（1）改造效益：①依据改造后6#、7#引风机变频运行工况，450MW负荷下6#、7#两部机组引风机共减少电耗12101kW，按2017～2019年三年全厂机组平均负荷率73.48%，全厂平均运行时数5911小时，平均上网电价0.3856元/度计算，年节省7513万度，节省电费27582千元。②改造后，每年增加空水冷装置及冷却水塔电耗34.3万度，增加电费132000元；增加高压变频器维护费用400000元。

（2）回收年限：1.32年。

回收年限=投资金额/（净利益+折旧）

=投资金额/[（预期效益-折旧）×（1-企业所得税）+折旧]

=（15600×2/1.13）/[(27582-132-400-2622)×0.75+2622]

=1.32年

设备增值税13%，按10年折旧，残值5%，每年折旧2622000元，企业所得税按25%。

5 后续工作建议

保养维护建议：（1）高压变频器主要为电力电子组件，属于容易故障的设备，对运行环境温、湿度要求高，每月应定期清理变频器柜门滤网，保证通风顺畅；夏季气温达35℃时，变频器室及时投入空调辅助冷却；变频器停电超过3天或变频器室湿度超过90%，及时将空调开启为除湿模式进行空气除湿；每年配合停机定检一次，全面进行整机尤其是功率组件（易损件）的检查测试。（2）引风机变频改造后运行频率实时调整，调速过程引风机转轴可能存在轴系扭振不利影响，可能造成转子材料疲劳积累、产生裂纹，后续应将引风机转子及马达转子探伤检测列入定检项目定期检查。