0 引言

隨著電力行業(yè)改革的不斷深化，電力企業(yè)逐步由生產(chǎn)型向經(jīng)營型轉(zhuǎn)變，由高耗能企業(yè)向節(jié)約型企業(yè)發(fā)展。為提高企業(yè)效益，降低發(fā)電成本將是經(jīng)營型企業(yè)長期堅(jiān)持的目標(biāo)，為此，節(jié)能降耗工作便成為發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營管理的重要內(nèi)容?；痣姀S如何實(shí)現(xiàn)低耗高效是一個被長期關(guān)注和不斷發(fā)展的行業(yè)問題。在全球能源危機(jī)的大背景下，節(jié)能降耗技術(shù)也得到了日新月異的發(fā)展和普及。利用一些比較成熟穩(wěn)定的新技術(shù)，對設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造，一次性投入，實(shí)現(xiàn)長期節(jié)能降耗，這是一本萬利，是利企利國的事情。

天津大唐國際盤山發(fā)電有限責(zé)任公司2×600MW火電機(jī)組是我國華北地區(qū)建設(shè)投產(chǎn)最早的600MW亞臨界火電機(jī)組，是京津唐電網(wǎng)的主力機(jī)組，曾被國家計(jì)委列為1996 年利用國家外匯儲備購買國產(chǎn)發(fā)電設(shè)備發(fā)展民族工業(yè)的試點(diǎn)項(xiàng)目。工程于1998 年10月開工，其中3#機(jī)組于2001 年12 月18 日正式投產(chǎn)，4#號機(jī)組于2002年6月5日正式投產(chǎn)。其對鍋爐一次風(fēng)機(jī)和汽機(jī)凝結(jié)水泵進(jìn)行變頻改造是實(shí)節(jié)

能降耗的具體例證。

1 一次風(fēng)機(jī)系統(tǒng)簡介

該公司每臺機(jī)組配有兩臺沈陽鼓風(fēng)機(jī)廠生產(chǎn)的雙吸入前彎離心式一次風(fēng)機(jī)。風(fēng)機(jī)采用電機(jī)定速運(yùn)轉(zhuǎn)、入口電動動葉調(diào)整風(fēng)機(jī)出力。一臺一次風(fēng)機(jī)容量為50%BMCR(鍋爐最大連續(xù)負(fù)荷)。其具體參數(shù)如下。風(fēng)機(jī)形式雙吸入離心泵

風(fēng)機(jī)型號G9-2×36 No.17F

風(fēng)壓15 542 Pa

風(fēng)量160.5 m3/s

電機(jī)型號YKK710-4

額定電壓6 kV

額定電流260 A

功率2 400 kW

轉(zhuǎn)速1 494 r/min

絕緣等級F

鍋爐一次風(fēng)機(jī)主要是給鍋爐制粉系統(tǒng)提供輸粉的風(fēng)源，屬于鍋爐三大風(fēng)機(jī)之一，也是火力發(fā)電廠主要的高耗能設(shè)備。對于正壓直吹式制粉系統(tǒng)，一次風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行時主要起攜帶和干燥煤粉的作用，并提供煤粉著火初期所需空氣。盤山發(fā)電公司鍋爐一次風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的布置如圖1所示。

2 一次風(fēng)機(jī)變頻改造介紹

由流體力學(xué)可知

P=qh (1)

式中：P為功率;

q 為流量;

h為壓力。

而q∝n;h∝n2;P∝n3(n為轉(zhuǎn)速)。如果水泵的效率一定，當(dāng)要求調(diào)節(jié)流量下降時，轉(zhuǎn)速n 可成比例的下降，而此時軸輸出功率P成立方關(guān)系下降。即水泵電機(jī)的耗電功率與轉(zhuǎn)速近似成立方比的關(guān)系。例如：

一臺水泵電機(jī)功率為55kW，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到原轉(zhuǎn)速的4/5時，其耗電量為28.16 kW，省電48.8%，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到原轉(zhuǎn)速的1/2 時，其耗電量為6.875 kW，省電87.5%。變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置，它先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機(jī)。頻率可控即電機(jī)轉(zhuǎn)速可控，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

G9-2×36No.17F型一次風(fēng)機(jī)的額定電流為260A，當(dāng)發(fā)電機(jī)在額定負(fù)荷600 MW下運(yùn)行時，一次風(fēng)機(jī)最大電流為186.5 A，只有額定電流的71.7%，低負(fù)荷運(yùn)行時最低電流到133 A左右，是額定電流的51.2%左右，因此，一次風(fēng)機(jī)具有很大的節(jié)能空間。經(jīng)多方論證，公司決定將一次風(fēng)母管壓力控制由節(jié)流控制改為轉(zhuǎn)速控制，以降低能耗，提高機(jī)組的整體經(jīng)濟(jì)效益。

2.1 改造方案

盤山發(fā)電公司分別在2003年和2004 年利用機(jī)組小修的機(jī)會為兩臺機(jī)組的4臺一次風(fēng)機(jī)電機(jī)進(jìn)行了變頻改造。采用的是羅克韋爾公司的AB Powerflex7000系列的雙PWM(Pulse Width Modulation，脈沖寬度調(diào)制)、無輸入隔離變壓器的電流型變頻調(diào)速裝置，屬于“一拖一”手動旁路方式，變頻器接入原電氣回路如圖2所示。整個改造方案包括三部分：

1)變頻器的安裝和接入在風(fēng)機(jī)旁就地搭建了專門的變頻小間，其中安裝的主要設(shè)備包括變頻器主柜體、雙路控制電源切換箱、變頻器UPS(交流不停電)電源柜和變頻小間柜式空調(diào)機(jī)，而變頻器的所有就地操作以及運(yùn)行參數(shù)和報(bào)警參數(shù)的檢查設(shè)置都在變頻小間內(nèi)完成。

2)電氣開關(guān)部分的改造6 kV高壓開關(guān)加裝了變頻器保護(hù)回路和“工頻/變頻工作方式”切換把手，配合一次風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行和工頻兩種工作方式的切換，另外從380 V低壓交流廠用母線段和220 V直流母線段完成了對變頻器控制電源和操作電源的供電改造。

3)熱工邏輯和DCS操作畫面的改造一次風(fēng)機(jī)變頻器改造后主要的工作方式選擇和變頻器啟動允許程控邏輯方案如下。

在DCS原有一次風(fēng)機(jī)系統(tǒng)畫面上增加一次風(fēng)機(jī)工作方式提醒(如圖1中所示)。在一次風(fēng)機(jī)系統(tǒng)畫面上不再增加變頻器啟動按鈕，在不同工作方式下仍然用同一個按鈕啟動一次風(fēng)機(jī)。在工頻方式下，畫面提示一次風(fēng)機(jī)在工頻方式，在原操作按鈕上按下啟動，則合6 kV 開關(guān)，并在風(fēng)機(jī)運(yùn)行中調(diào)整風(fēng)機(jī)入口動葉開度以維持母管風(fēng)壓在設(shè)定值。在變頻方式下，畫面提示一次風(fēng)機(jī)在變頻方式，仍在原按鈕上按下啟動，一次風(fēng)機(jī)變頻工作方式下的6 kV開關(guān)與變頻器啟動順序是，當(dāng)操作員按下啟動按鈕，首先合一次風(fēng)機(jī)6 kV開關(guān)，等待30 s(變頻器電抗器充電時間)，檢測變頻器準(zhǔn)備好信號存在，啟動變頻器。這時運(yùn)行風(fēng)機(jī)的入口動葉保持全開，通過調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速改變風(fēng)機(jī)出力以維持母管壓力在設(shè)定值。

2.2 變頻方式下一次風(fēng)機(jī)的控制方式

1)保留原來的一次風(fēng)機(jī)擋板調(diào)節(jié)站，另外編輯一套變頻調(diào)節(jié)站。一次風(fēng)機(jī)在變頻方式運(yùn)行時，入口調(diào)整擋板應(yīng)全開，通過變頻器改變電機(jī)轉(zhuǎn)速以調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)出口母管壓力。

2)一次風(fēng)機(jī)在工頻方式運(yùn)行時，變頻調(diào)節(jié)站強(qiáng)制手動;在變頻方式運(yùn)行時，擋板調(diào)節(jié)站強(qiáng)制手動。

3)變頻方式啟動時，強(qiáng)制擋板全開且變頻器輸出為最低轉(zhuǎn)速。變頻器在就地位運(yùn)行時，控制站跟蹤轉(zhuǎn)速反饋值，以實(shí)現(xiàn)無擾切換。

4)變頻自動調(diào)節(jié)切手動條件如下(任一滿足)：

(1)一次風(fēng)機(jī)出口母管壓力信號故障;

(2)一次風(fēng)機(jī)在工頻方式運(yùn)行;

(3)當(dāng)調(diào)速指令與速度反饋偏差大于150 r/min。

2.3 一次風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行存在的問題

一次風(fēng)機(jī)經(jīng)過變頻運(yùn)行后，也發(fā)現(xiàn)存在一些問題，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)的運(yùn)行安全受到威脅，節(jié)能效果受到影響。

2.3.1 運(yùn)行溫度高

變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)時本身發(fā)熱量大，設(shè)計(jì)的散熱裝置不能滿足需要，在給變頻小間加裝大功率柜式空調(diào)后有所改善，但運(yùn)行溫度高的隱患仍然存在，且加裝大功率空調(diào)增加了耗電量。目前，本廠凝結(jié)水泵變頻器的冷系統(tǒng)運(yùn)行效果良好，因此，已經(jīng)對一次風(fēng)機(jī)變頻系統(tǒng)配置了相同的強(qiáng)迫水冷風(fēng)循環(huán)冷卻系統(tǒng)(系統(tǒng)布置如圖3 所示)，將會利用機(jī)組檢修的機(jī)會將冷卻系統(tǒng)和變頻器相聯(lián)結(jié)，相信可以完全解決運(yùn)行溫度高的問題。

2.3.2 風(fēng)機(jī)變頻方式下RB(負(fù)荷快速返回)保護(hù)功能實(shí)現(xiàn)困難

一次風(fēng)機(jī)RB 保護(hù)不能正常實(shí)現(xiàn)既有設(shè)計(jì)問題也有擋板質(zhì)量問題。主要表現(xiàn)為一臺一次風(fēng)機(jī)跳閘后，由于跳閘風(fēng)機(jī)的出、入口擋板關(guān)閉緩慢，導(dǎo)致一次風(fēng)“回風(fēng)”即部分一次風(fēng)通過跳閘風(fēng)機(jī)回到大氣中，一次風(fēng)母管壓力快速下降不能保證運(yùn)行制粉系統(tǒng)的正常輸送粉導(dǎo)致大量煤粉的積存，同時另一臺運(yùn)行的一次風(fēng)機(jī)有過電流跳閘的危險(xiǎn)。2003年3#機(jī)發(fā)生過因?yàn)樽冾l運(yùn)行的1#一次風(fēng)機(jī)跳閘導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)的事故。分析原因主要是一次風(fēng)機(jī)出、入口擋板關(guān)閉時間太長，使大量一次風(fēng)長時間通過跳閘風(fēng)機(jī)回風(fēng)，造成一次風(fēng)壓力過低，運(yùn)行的制粉系統(tǒng)和輸粉管道里大量煤粉積存，當(dāng)一次風(fēng)壓突然恢復(fù)后引起積存的大量煤粉瞬時進(jìn)入爐膛爆燃，汽包水位急劇升高，導(dǎo)致汽包水位在幾十s 內(nèi)由最低水位-200 mm 迅速上升到+300 mm，使高Ⅲ值保護(hù)動作跳閘停機(jī)。

可以說，一次風(fēng)機(jī)RB保護(hù)不能實(shí)現(xiàn)和變頻改造關(guān)系不大，即使工頻方式下也存在同樣問題?？上驳氖枪練v時3年，經(jīng)過對一次風(fēng)機(jī)RB不成功的原因分析，吸取事故教訓(xùn)，通過對出入口擋板的改造和多次試驗(yàn)調(diào)試，最終成功實(shí)現(xiàn)了工頻方式下一次風(fēng)機(jī)RB保護(hù)功能。為下一步變頻方式下實(shí)現(xiàn)RB 保護(hù)，確保一次風(fēng)機(jī)長期變頻節(jié)能運(yùn)行消除了安全隱患。

2.3.3 風(fēng)機(jī)工/變頻切換需停電手動操作

一次風(fēng)機(jī)工頻和變頻工作方式切換，需要停運(yùn)風(fēng)機(jī)，然后高壓開關(guān)停電，手動改變變頻器出入口刀閘和旁路刀閘的狀態(tài)，然后重新送電，啟動風(fēng)機(jī)。目前正在調(diào)研有關(guān)在線無擾切換的自動旁路系統(tǒng)的可行性，為進(jìn)一步給變頻器加裝自動旁路系統(tǒng)做準(zhǔn)備。

3 一次風(fēng)機(jī)變頻改造后的效果

從運(yùn)行情況看，通過變頻改造以及運(yùn)行優(yōu)化使得機(jī)組在額定負(fù)荷時，一次風(fēng)機(jī)功耗僅為1 000 kW左右，而改造前功耗為1 700 kW 以上，節(jié)電率達(dá)40%以上，一次風(fēng)機(jī)變頻改造后耗電率為0.47%，較改造前下降了0.17個百分點(diǎn)，月用電量平均減少65萬kW·h，年節(jié)電600余萬kW·h。運(yùn)行三年即可收回巨額設(shè)備成本。

4 建議及結(jié)語

綜合盤山發(fā)電公司對一次風(fēng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造的實(shí)際情況，提出以下建議：

1)加強(qiáng)變頻裝置及其輔助系統(tǒng)的維護(hù)工作，確保不發(fā)生因變頻系統(tǒng)故障而發(fā)生的異常和安全事故;

2)做好風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行的工況下，發(fā)生事故的各種事故預(yù)案和事故演習(xí)，熟練掌握變頻方式下各種事故的處理方法，減少事故擴(kuò)大的可能;

3)在實(shí)際運(yùn)行中，繼續(xù)探索變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)各種參數(shù)的合理性和準(zhǔn)確性，利用實(shí)際運(yùn)行進(jìn)一步調(diào)整各參數(shù)到最合適范圍，提高節(jié)能效果和安全系數(shù);

4)擇機(jī)開展一次風(fēng)機(jī)變頻工況下RB 保護(hù)動作情況的實(shí)際試驗(yàn)，確保一次風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行時RB保護(hù)動作可靠;

5)聯(lián)系廠家，一起探索風(fēng)機(jī)工頻/變頻工作方式的在線自動無擾切換裝置的研究，爭取早日實(shí)現(xiàn)兩種工作方式的在線無擾切換。

盤山發(fā)電公司對一次風(fēng)機(jī)的變頻改造取得了初步成功，節(jié)能效果明顯。發(fā)電生產(chǎn)設(shè)備中轉(zhuǎn)機(jī)設(shè)備占有絕對數(shù)量，對轉(zhuǎn)機(jī)設(shè)備進(jìn)行變頻改造的節(jié)能效果十分明顯，節(jié)能經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)說明技術(shù)因素對能耗的變化起著主導(dǎo)和決定性作用。利用新型技術(shù)對設(shè)備進(jìn)行改造，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況做進(jìn)一步完善和革新，確保節(jié)能和安全達(dá)到完全統(tǒng)一，把節(jié)能效果發(fā)揮到最大，相信可以為我國節(jié)能降耗工作做出更大的貢獻(xiàn)。