600 MW火电机组引风机变频改造及节能分析

赵云凯

(山西平朔煤矸石发电有限责任公司，山西 朔州 036800)

0 引 言

随着中国工业经济的迅猛发展，高能耗和环境污染问题逐渐加剧。为了有效解决该问题，国家出台了一系列的节能减排政策，指导工业经济的发展方向，提倡“绿水青山就是金山银山”。而所有工业经济的发展，都离不开电力的支撑，随着电力技术的更新迭代，老旧机组的能耗和环境污染问题逐渐突出，亟待解决[1-2]。

在现有的发电方式中，煤电机组依然是最主要的发电方式，根据中电联2020年发布的全国电力工业统计快报来看，火电机组以50 450亿kW·h占据了2019年全国发电量的68.87%。一般火力发电机组的厂用电占发电量的4%～7%，拖动水泵、风机等辅机的厂用电动机的耗电量占厂用电的80%左右，电厂高耗电设备运行时间长，且随着发电负荷率的降低，这些设备常处于低负荷或变负荷的工况状态，偏离设备的设计工况，运行效率降低，电能浪费严重。因此，对电厂进行节能研究具有很大的研究价值和理论意义。

电厂进行节能减排的工作重心主要是解决风机、水泵等辅机设备的能源消耗问题[3]。目前火电厂对引风机的节能主要通过节流挡板调节和动静叶调节，两者的节能效果显著，但是设备构造复杂，运行中对风机的磨损也较为严重，相比较而言，变频调节的节能效果更加明显[4]。该文以某2台600 MW超临界火电机组作为改造对象进行超低排放改造，并对配套引风机进行变频改造。将原系统中引风机、增压风机单列改为引增合一，引风机采用变频调速加静叶调节模式，并对引风机变频调速节能效果和效益进行分析。

1 引风机的变频改造方案

1.1 引风机的作用

引风机是锅炉烟气系统中的主要设备之一。煤炭经磨煤机磨到要求的粒度后，送入锅炉炉膛燃烧，产生的烟气携带热能，与水冷壁中的循环水进行热量交换，带着热能的水变为蒸汽，驱动汽轮机发电。在整个燃烧过程中，换热后的热烟气中含有大量粉尘，需要引风机将其送入后续流程继续进行余热利用，引风机要克服烟气流动的系统阻力，保持炉膛内一直处于负压状态[4]。

1.2 改造方案

此次针对3号、4号机组4台引风机进行变频改造，将原有系统中“引风机+增压风机”模式改造为“引增合一模式”，采用合同能源管理模式进行，改造工程历时5个月。引风机变频改造采用一拖一手动旁路柜方案，如图1所示。

图1 变频改造方案图

改造方案是由3个高压隔离开关QS41、QS42、QS43和高压开关QF、电动机M组成。要求QS42和QS43之间存在机械互锁逻辑，不能同时闭合。变频运行时，QS43断开，QS41和QS42闭合；工频运行时，QS41和QS42断开，QS43闭合。高压开关QF、电动机M为现场原有设备。对于设备配套的相应高压变频器，此技术方案采用的变频器由若干个低压PWM变频功率单元串联的方式实现直接高压输出。变频器具有对电网谐波污染极小，输入功率因数高，输出波形质量好，不存在谐波引起的电机附加发热、转矩脉动、噪音、dv/dt及共模电压等问题的特性，不必加输出滤波器，就可以使用普通的异步电机，不需要更换电机。

引风机变频器受分布式控制系统(distributed control system, DCS)控制时分自动和手动两种方式。手动状态时，运行人员通过改变DCS操作画面控制变频器转速，实现工艺的调节。自动控制时，正常情况下，变频风机作为运行风机长期运转，调节器发出风门全开指令，由变频器接受远程调节器的自动转速控制信号，调整风机转速满足机组不同负荷的要求。当变频器故障跳闸时，经判断为变频器内部故障，而引风机、电机均正常的情况下，可以手动切换到工频状态，最大可能的降低变频跳闸后工频运行对系统的影响。

2 改造效果

2.1 引风机节能

1)节能效果理论计算

根据近几年机组的运行情况，机组全年负荷率保持在65%～71%之间，风机转速降低到额定转速的80%，在计算中取平均负荷率为68%，由此可得出工频运行时电动机的有功功率为

P1=6 850×68%=4 658 kW

根据流体力学原理:

式中：n1为变频转速；n2为额定转速。可得变频运行工况下实际消耗的有功功率：

P2=6 850×0.83=3 507.2 kW

变频运行时，电动机的有功功率为

式中：λ1为变频效率；λ2为传动效率。

理论节电率为

2)实际节能效果计算

经过引风机变频改造后，引风机电机功率核定为6 850 kW，根据经验数据，工频运转电机平均功率约为电机额定功率的60%，即：

P工频=6 850×0.6=4 110 kW

经统计从3月至5月共73天的数据可得，火电机组两台引风机耗电量为1 212.39万kW·h，单台电机变频模式平均功率折算如下：

节电率:

变频器改造后的节能效率与理论计算值接近。

2.2 经济效益及社会效益

引风机变频改造后单台电机每小时节能量为650 kW·h，3号机组全年运行5 020 h，2台电机节能量为652.6万kW·h。4号机组全年运行3 390 h，节能量为440.7万kW·h，2台机组全年节能量为1 093.3万kW·h。依照每节约l kW·h电能，对应减少0.35 kg标准煤的燃烧利用，同时减少污染物的排放：减排粉尘0.272 kg、CO20.997 kg、SO20.03 kg、NOX0.015 kg。由此可以计算出，3号、4号机组引风机变频改造后，2台机组全年节能减排的社会效益如下：节约标准煤4 373.2 t、减排粉尘2 973 t、减排CO210 900 t、减排SO2328 t、减排NOX164 t。

此次引风机变频改造在超低排放改造期间进行，在超低排放改造增加系统阻力和增加用电设备的情况下，厂用电指标不超设计值。引风机变频改造不仅为厂内经济运行提供了助力，同时为社会的环保减排作出了一定的贡献。

3 结 语

火电机组经过引风机变频改造后，节能效果明显，改善了机组的调节性能，减小了机械的磨损程度，同时也很大程度上减少了煤的用量和污染物的排放，有利于解决当前能源不足和环境污染等问题，为同类火电机组节能改造提供一定的理论和指导意义。