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变频调速技术在电厂锅炉运行中的应用

发布日期:2018-9-6 15:42:41

  在发电厂锅炉燃烧系列中应用变频调速系统能够产生十分理想的节能效果,同时可以避免在启动电机时因大电磁力和大电流引起的锅炉辅机故障。本文将阐述在未采用变频调速时的机组锅炉辅机运行情况和变频调速技术在电厂锅炉运行中的应用情况。

  变频调速技术在火力发电厂中应用较为广泛,相比于传统的交流调速方式,变频调速在许多方面拥有明显的优势,诸如:电机的工作效率、转差补偿、功率因数、低频转矩、频率范围、动态响应等,同时也有良好的经济效益。在启动电机时,锅炉系统辅机的传统手工操作方式往往会使电机产生较大的电磁力和电流,甚至引起锅炉辅机故障。若采用变频调速技术控制阀门和风门的开关,调节风速与风量,将大幅度降低锅炉系统的电能消耗,同时可以避免产生机械故障。

  1.电厂锅炉未采用变频调速技术时的运行状况

  机组锅炉在未采用变频调速技术时,通常由定速电动机作为锅炉一次送风、送风机运行的动力,采用人工调节挡板的方式来调节风量大小,此方法主要存在以下5个方面的问题:a,机组锅炉的启动电流过大,一般为额定电流的6-8倍,严重影响电动机的使用寿命。b,送风机的挡板通常由大力矩电动执行器执行,执行时故障较多,不能很好地满足长期频繁调节的要求。c,采用挡板调节的方法给风道压流造成巨大的损失。d,以人工手动操作挡板的方式,往往存在动作迟缓、力量幅度变化不一等现象,而自动操作则较容易达到优良的调节品质。e,风速过大时,容易对挡板产生冲击损耗。

  2.变频调速技术在电厂锅炉运行中的应用状况

  根据长期的考察与多方对比,同时针对以上提出的问题,我们对电厂锅炉的送风机、吸风机以及一次风机采用变频调节技术,安装变频电控柜来调节锅炉的送风机风量和吸风机风量。

  2.1 锅炉送风机变频电控柜

  锅炉送风机变频柜与含氧量变送器、送风机的电动机组以及电网组成炉膛烟气含氧量闭环控制系统,通过对炉膛气体含氧量的测试,自动调节锅炉送风机的送风量。该方法使锅炉炉膛的烟气含氧量保持稳定,始终围绕在最佳值附近,这样既可以保障燃煤完全燃烧,又可以避免炉膛因送风机送去过多的冷空气而温度降低,有效地提高了锅炉的热效率。

  2.2 锅炉吸风机变频电控柜

  锅炉吸风机变频电控柜与微负压变送器、吸风机的电动机组以及电网组成锅炉微负压闭环控制系统,通过微电压控制自动调节吸风机的吸风量。这样可以使锅炉炉膛的微负压值保持稳定,始终保持在最佳值附近,为燃煤充分燃烧奠定基础,同时可以保障锅炉炉膛既不吸入过多冷空气,也不排出过多热空气,有效地提高了锅炉的热效率。根据吸风机采用变频控制之后,可以测得锅炉炉膛吸风量减少15%,微负压值从-50~100Pa降低至-20Pa。

  2.3 一次风机变频电控柜

  锅炉采用一次风机启动时,由于频率自动调整,控制器操作变得简便,运行方式更为灵活,运行的参数变化也一目了然。这样不仅避免了对供电电网造成冲击,还可以使开关设备的故障大大减少,从而延长电器开关的使用寿命,减少设备运维的工作量。由于采用变频器一次风机,在降低风机运行转速的同时,也大幅降低了机器噪声,尤其是停车或者启动时的尖啸声和打滑声,当转速降低至原来的50%时,噪声可以降低十几分贝,由此带来的环境变化相当可观。除此之外,一次风机改为变频控制后,运行电流从105*2A降低至66*2A(300MW负荷时),根据电能表计量数据统计,每月大致节约用电38万kW*h,可多出价值13.67万元电力用于出售,为企业提高经济效益。

  2.4 系统技术方案解析

  系统采用一套变频设备只驱动一台电动机的方式,即一拖一配置。其中高压变频调速设备的电路主回路包括6kV输入高压电缆和输出高压电缆;控制??橛衫淙捶缁缭?、远传控制系统接口以及控制电源构成。该设备可以实现与DCS系统实时通信,我们通过DCS系统可以监视并操控其运行状态。其中高压变频器采用“高-低-高”的直接变换形式,以及单元串联多电平的拓扑结构,由多组功率??榇魑魈褰峁?,最后由各组低压输出所需要的高压。

  2.5 高压变频器方案分析

  我国绝大多数火力发电厂普及了低压变频器,高压变频器却很少采用,主要是受限于大容量、高耐压等技术难题。解决这些难题需要很多的核心技术,而目前这些还只掌握在几个外国公司的手中,主要有日本的富士公司、德国的西门子公司、瑞典的ABB公司、美国的AB公司和罗宾康公司。其中美国的罗宾康公司在这方面做的较为出色,它采用多重化技术,推出了完美无谐波变频器。该变频器由一个多重绕阻的隔离变压器为各功率单元供电,由5个低压PWM功率??榇钩梢幌?,用高速微处理器及光导纤维实现通信和控制功能。为了真正达到输入多元化的要求,该高压变频器在绕制线圈时将二次线圈(用于功率单元供电)彼此间形成12度电角度的相位差,每条完整的整流大概由30个脉冲电流构成。这样就可以消除大多数谐波,谐波无功产生的功率因数维持在0.95以上,达到完美无谐波的要求,大大降低了对电网的污染。

  3.变频调速技术在电厂锅炉应用的效益

  由于变频调速器采用多电平技术,其稳态时的输出电压与电流十分接近正弦波,总电压谐波失真率极低,大约为5.38%;总电流谐波失真率低于总电压谐波失真率,大约为0.8%,这大大低于普通的三电平变频器或者电流源型变频器。综上所述,采用变频技术将基本上不会产生谐波发热现象、噪声污染现象以及转矩脉动等。实际上,电动机的转矩脉动分量也极小,这时可以考虑去掉输出滤波器,直接使用常用的异步电动机。实践证明,送风机、吸风机通过满风载荷试运行,各种波形测试结果说明变频器性能良好。通过计算,根据使用变频调速技术设备后每年的节电量估算,一般三年内可收回设备成本。

  结语

  通过与未安装变频调速器的发电机组设置参照组,同时运行安装变频调速器的发电机组,然后对比测试两组机器的发电量和用电量,说明传统锅炉存在诸多的缺陷,能源利用率较低,经济效益也得不到提高。而采用变频调速技术的完美无谐波变频器具有启动电流小、调速精度高、可靠性高、功率因数高、机械振动磨损小、操作简便等优点,在我国发电厂试用以来,情况良好且具有较好的经济效益与社会效益。

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