變頻調(diào)速技術(shù)在電廠鍋爐運(yùn)行中的應(yīng)用

在發(fā)電廠鍋爐燃燒系列中應(yīng)用變頻調(diào)速系統(tǒng)能夠產(chǎn)生十分理想的節(jié)能效果，同時可以避免在啟動電機(jī)時因大電磁力和大電流引起的鍋爐輔機(jī)故障。本文將闡述在未采用變頻調(diào)速時的機(jī)組鍋爐輔機(jī)運(yùn)行情況和變頻調(diào)速技術(shù)在電廠鍋爐運(yùn)行中的應(yīng)用情況。

變頻調(diào)速技術(shù)在火力發(fā)電廠中應(yīng)用較為廣泛，相比于傳統(tǒng)的交流調(diào)速方式，變頻調(diào)速在許多方面擁有明顯的優(yōu)勢，諸如：電機(jī)的工作效率、轉(zhuǎn)差補(bǔ)償、功率因數(shù)、低頻轉(zhuǎn)矩、頻率范圍、動態(tài)響應(yīng)等，同時也有良好的經(jīng)濟(jì)效益。在啟動電機(jī)時，鍋爐系統(tǒng)輔機(jī)的傳統(tǒng)手工操作方式往往會使電機(jī)產(chǎn)生較大的電磁力和電流，甚至引起鍋爐輔機(jī)故障。若采用變頻調(diào)速技術(shù)控制閥門和風(fēng)門的開關(guān)，調(diào)節(jié)風(fēng)速與風(fēng)量，將大幅度降低鍋爐系統(tǒng)的電能消耗，同時可以避免產(chǎn)生機(jī)械故障。

1.電廠鍋爐未采用變頻調(diào)速技術(shù)時的運(yùn)行狀況

機(jī)組鍋爐在未采用變頻調(diào)速技術(shù)時，通常由定速電動機(jī)作為鍋爐一次送風(fēng)、送風(fēng)機(jī)運(yùn)行的動力，采用人工調(diào)節(jié)擋板的方式來調(diào)節(jié)風(fēng)量大小，此方法主要存在以下5個方面的問題：a，機(jī)組鍋爐的啟動電流過大，一般為額定電流的6-8倍，嚴(yán)重影響電動機(jī)的使用壽命。b，送風(fēng)機(jī)的擋板通常由大力矩電動執(zhí)行器執(zhí)行，執(zhí)行時故障較多，不能很好地滿足長期頻繁調(diào)節(jié)的要求。c，采用擋板調(diào)節(jié)的方法給風(fēng)道壓流造成巨大的損失。d，以人工手動操作擋板的方式，往往存在動作遲緩、力量幅度變化不一等現(xiàn)象，而自動操作則較容易達(dá)到優(yōu)良的調(diào)節(jié)品質(zhì)。e，風(fēng)速過大時，容易對擋板產(chǎn)生沖擊損耗。

2.變頻調(diào)速技術(shù)在電廠鍋爐運(yùn)行中的應(yīng)用狀況

根據(jù)長期的考察與多方對比，同時針對以上提出的問題，我們對電廠鍋爐的送風(fēng)機(jī)、吸風(fēng)機(jī)以及一次風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)節(jié)技術(shù)，安裝變頻電控柜來調(diào)節(jié)鍋爐的送風(fēng)機(jī)風(fēng)量和吸風(fēng)機(jī)風(fēng)量。

2.1 鍋爐送風(fēng)機(jī)變頻電控柜

鍋爐送風(fēng)機(jī)變頻柜與含氧量變送器、送風(fēng)機(jī)的電動機(jī)組以及電網(wǎng)組成爐膛煙氣含氧量閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過對爐膛氣體含氧量的測試，自動調(diào)節(jié)鍋爐送風(fēng)機(jī)的送風(fēng)量。該方法使鍋爐爐膛的煙氣含氧量保持穩(wěn)定，始終圍繞在最佳值附近，這樣既可以保障燃煤完全燃燒，又可以避免爐膛因送風(fēng)機(jī)送去過多的冷空氣而溫度降低，有效地提高了鍋爐的熱效率。

2.2 鍋爐吸風(fēng)機(jī)變頻電控柜

鍋爐吸風(fēng)機(jī)變頻電控柜與微負(fù)壓變送器、吸風(fēng)機(jī)的電動機(jī)組以及電網(wǎng)組成鍋爐微負(fù)壓閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過微電壓控制自動調(diào)節(jié)吸風(fēng)機(jī)的吸風(fēng)量。這樣可以使鍋爐爐膛的微負(fù)壓值保持穩(wěn)定，始終保持在最佳值附近，為燃煤充分燃燒奠定基礎(chǔ)，同時可以保障鍋爐爐膛既不吸入過多冷空氣，也不排出過多熱空氣，有效地提高了鍋爐的熱效率。根據(jù)吸風(fēng)機(jī)采用變頻控制之后，可以測得鍋爐爐膛吸風(fēng)量減少15%，微負(fù)壓值從-50～100Pa降低至-20Pa。

2.3 一次風(fēng)機(jī)變頻電控柜

鍋爐采用一次風(fēng)機(jī)啟動時，由于頻率自動調(diào)整，控制器操作變得簡便，運(yùn)行方式更為靈活，運(yùn)行的參數(shù)變化也一目了然。這樣不僅避免了對供電電網(wǎng)造成沖擊，還可以使開關(guān)設(shè)備的故障大大減少，從而延長電器開關(guān)的使用壽命，減少設(shè)備運(yùn)維的工作量。由于采用變頻器一次風(fēng)機(jī)，在降低風(fēng)機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速的同時，也大幅降低了機(jī)器噪聲，尤其是停車或者啟動時的尖嘯聲和打滑聲，當(dāng)轉(zhuǎn)速降低至原來的50%時，噪聲可以降低十幾分貝，由此帶來的環(huán)境變化相當(dāng)可觀。除此之外，一次風(fēng)機(jī)改為變頻控制后，運(yùn)行電流從105*2A降低至66*2A(300MW負(fù)荷時)，根據(jù)電能表計量數(shù)據(jù)統(tǒng)計，每月大致節(jié)約用電38萬kW*h，可多出價值13.67萬元電力用于出售，為企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益。

2.4 系統(tǒng)技術(shù)方案解析

系統(tǒng)采用一套變頻設(shè)備只驅(qū)動一臺電動機(jī)的方式，即一拖一配置。其中高壓變頻調(diào)速設(shè)備的電路主回路包括6kV輸入高壓電纜和輸出高壓電纜;控制模塊由冷卻風(fēng)機(jī)電源、遠(yuǎn)傳控制系統(tǒng)接口以及控制電源構(gòu)成。該設(shè)備可以實現(xiàn)與DCS系統(tǒng)實時通信，我們通過DCS系統(tǒng)可以監(jiān)視并操控其運(yùn)行狀態(tài)。其中高壓變頻器采用“高-低-高”的直接變換形式，以及單元串聯(lián)多電平的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由多組功率模塊串聯(lián)作為主體結(jié)構(gòu)，最后由各組低壓輸出所需要的高壓。

2.5 高壓變頻器方案分析

我國絕大多數(shù)火力發(fā)電廠普及了低壓變頻器，高壓變頻器卻很少采用，主要是受限于大容量、高耐壓等技術(shù)難題。解決這些難題需要很多的核心技術(shù)，而目前這些還只掌握在幾個外國公司的手中，主要有日本的富士公司、德國的西門子公司、瑞典的ABB公司、美國的AB公司和羅賓康公司。其中美國的羅賓康公司在這方面做的較為出色，它采用多重化技術(shù)，推出了完美無諧波變頻器。該變頻器由一個多重繞阻的隔離變壓器為各功率單元供電，由5個低壓PWM功率模塊串聯(lián)構(gòu)成一相，用高速微處理器及光導(dǎo)纖維實現(xiàn)通信和控制功能。為了真正達(dá)到輸入多元化的要求，該高壓變頻器在繞制線圈時將二次線圈(用于功率單元供電)彼此間形成12度電角度的相位差，每條完整的整流大概由30個脈沖電流構(gòu)成。這樣就可以消除大多數(shù)諧波，諧波無功產(chǎn)生的功率因數(shù)維持在0.95以上，達(dá)到完美無諧波的要求，大大降低了對電網(wǎng)的污染。

3.變頻調(diào)速技術(shù)在電廠鍋爐應(yīng)用的效益

由于變頻調(diào)速器采用多電平技術(shù)，其穩(wěn)態(tài)時的輸出電壓與電流十分接近正弦波，總電壓諧波失真率極低，大約為5.38%;總電流諧波失真率低于總電壓諧波失真率，大約為0.8%，這大大低于普通的三電平變頻器或者電流源型變頻器。綜上所述，采用變頻技術(shù)將基本上不會產(chǎn)生諧波發(fā)熱現(xiàn)象、噪聲污染現(xiàn)象以及轉(zhuǎn)矩脈動等。實際上，電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動分量也極小，這時可以考慮去掉輸出濾波器，直接使用常用的異步電動機(jī)。實踐證明，送風(fēng)機(jī)、吸風(fēng)機(jī)通過滿風(fēng)載荷試運(yùn)行，各種波形測試結(jié)果說明變頻器性能良好。通過計算，根據(jù)使用變頻調(diào)速技術(shù)設(shè)備后每年的節(jié)電量估算，一般三年內(nèi)可收回設(shè)備成本。

結(jié)語

通過與未安裝變頻調(diào)速器的發(fā)電機(jī)組設(shè)置參照組，同時運(yùn)行安裝變頻調(diào)速器的發(fā)電機(jī)組，然后對比測試兩組機(jī)器的發(fā)電量和用電量，說明傳統(tǒng)鍋爐存在諸多的缺陷，能源利用率較低，經(jīng)濟(jì)效益也得不到提高。而采用變頻調(diào)速技術(shù)的完美無諧波變頻器具有啟動電流小、調(diào)速精度高、可靠性高、功率因數(shù)高、機(jī)械振動磨損小、操作簡便等優(yōu)點，在我國發(fā)電廠試用以來，情況良好且具有較好的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。