艾米克5000永磁同步异步变频器在火电厂300MW机组主辅设备的应用

本文针对火电厂300MW机组主辅助设备的高压变频改造应用，提出了完整的系统解决方案。对变频调速技术在电力系统改造中存在的问题及取得的良好经济效益进行了分析论证。

 

一、引言

 

火力发电厂是一个能源转化的工厂。它把煤、油等一次能源——化学能，转化成通用性广、效率高的二次能源-—电能。产品(电能)无法储存，发电、供电和用电同时完成，而且要求速度快、质量高。

 

火力发电机组是由锅炉、汽轮机和发电机三大主机及其众多辅助设备组成。锅炉的任务是生产蒸汽，即把煤、油等燃料的化学能转化成具有一定压力和温度的蒸汽的热能;汽轮机把蒸汽的热能转化成机械能;而发电机则把机械能转化成电厂的最终产品-电能。

 

电力行业是高压变频器产品重要的应用领域，对电力行业机组主辅助设备的变频技术适用性研究表明：每台机组当中主要有七类设备可以实现变频应用，粗略估计，一般每单位机组需要配置变频器13台。据统计，我国火力发电厂中使用的送风机、引风机、给水泵、循环水泵和灰浆泵等风机和水泵的配套电动机总容量达15000MW，年总用电量达520亿kWh，占全国火电发电量的5%～8%。

 

目前我国火电厂风机和水泵基本上都采用定速驱动。这种定速驱动的风机采用入口风门，水泵采用出口阀门调节流量，都存在严重的节流损耗。尤其在机组变负荷运行时，由于风机和水泵的运行偏离高效率点，使运行效率降低。现有调节流量的方法不改变电机的转速，因此电机消耗的功率不变，而且造成管网压力过大，不利于管网安全、稳定运行。若使用变频器对电机进行调速，达到用户期望的流量，则可以节约大量电能。发电厂辅机电动机的有效调速运行，直接关系到电厂效益的高低。

 

二、电力机组主辅助设备变频改造及工艺介绍

 

1. 锅炉风机变频改造情况概述

 

电站锅炉风机的风量与风压裕度以及机组的调峰运行导致风机的运行工况点与设计高效点相偏离，从而使风机的运行效率大幅度下降。据统计，一般情况下，采用风门调节的风量的风机，运行工况点与设计点两者偏离10%时，风机效率下降8%左右;偏离20%时，风机效率下降20%左右;而偏离30%时，风机效率则下降30%以上，对于采用进口风门调节风量的风机，这是一个不可避免的损失。可见，引风机的用电量中，有很大的一部分是被调节门消耗掉的。因此，改进风机的调节方式是提高风机运行效率，降低风机耗电量的最有效的途径。如果在风机上加装目前国内已经普遍采用的高压变频器，对风机电动机进行调速控制，从而实现对风量的调节以满足锅炉负荷的变化，这样就能将风门调节中的能量损失节约下来。

 

2. 锅炉风机工艺介绍

 

2.1 引风机

 

引风机是热电厂的锅炉生产工艺中重要的辅机。引风机输送的介质是烟气，最高温度一般不得超过250度。锅炉结构复杂，还有烟气的除尘、脱硫设备，烟气阻力较大，利用引风机排烟才能排除烟气，同时引风机也是保证锅炉燃烧室产生的负压重要设备。

 

2.2 送风机

 

为了满足煤完全燃烧，通过送风机(包括一、二次风机)供给煤粉燃烧时所需要的空气量。一次风进入炉膛底部风室，一次风道上还并联有风道点火器;二次风直接经炉膛上部的二次风箱分两层入炉膛。在整个烟风系统中均设有调节挡板，以便在运行和启停炉期间运行调节控制。

 

2.3 排粉机

 

煤粉由热空气加热后经排粉机送入锅炉。排粉机是制粉系统中气粉混合物流动的动力来源，靠它克服流动过程中的阻力，完成煤粉的气力输送。在直吹式制粉系统、中间储仓式乏气送粉系统中，排粉机还起一次风机作用，靠它产生的压力将煤粉气流吹送到炉膛。制粉系统的排粉机采用入口挡板调节，并且为减小三次风量，排粉机入口管道通过调整小挡板来调节风量，浪费了大量的电能。为降低能耗，

 

排粉风机在制粉系统中装于球磨机，粗粉分离器、细粉分离器之后，保证原煤在球磨机内同来自空气预热器的热风和排粉机出口的再循环风混合，将原煤干燥，并研磨成煤粉，而煤粉随排风机所产生的负压气流，经细粉分离器把风、粉分开，煤粉落入煤粉仓中贮存，剩余气体内含有5～10%的风、粉混合物，经排粉风机出口作为三次风送入炉膛或排入一次风箱作为一次风与给粉机落下的煤粉混合送入炉膛。通过上述流程介绍我们可以看出，在制粉系统中排粉机主要为制粉系统提供负压。在对排粉机进行变频改造后通过将排粉机入口风门全开，同时适当调节出口风门，完全可以满足为制粉系统提供负压的需要并且不对三次风造成影响。

 

三、锅炉相关水泵工艺介绍

 

3.1 锅炉给水泵

 

给水泵的任务是将除氧器贮水箱内的具有一定温度的给水，通过给水泵产生足够的压力打入汽包，汽包内汽液分离，水送入热锅炉，在锅炉环冷壁中加热产生蒸汽后进入蒸汽轮机作功，带动发电机组发电。根据电能生产的特点和热锅炉运行的特殊要求，给水泵必须连续不断地运行。这不仅关系到正常发电，而且也直接关系到锅炉设备的安全。因此，锅炉给水泵在发电厂是最为重要的水泵，号称发电机组的心脏。给水泵工艺流程如下图1所示：

 

图1 水泵工艺流程图

 

目前由于现场大部分锅炉给水泵均采用阀门来调节流量、压力等参数来满足锅炉运行所需给水的需要, 在这种调节方式下，系统主要存在的几个问题：

 

1) 采用给水泵定速运行，阀门调整节流损失大、出口压力高、管损严重、系统效率低，造成能源的浪费。

 

2) 当流量降低阀位开度减小时，调整阀前后压差增加工作安全特性变坏，压力损失严重，造成能耗增加。

 

3) 长期的40～70%阀门开度，加速阀体自身磨损，导致阀门控制特性变差。

 

4) 管网压力过高威胁系统设备密封性能，严重时导致阀门泄漏，不能关严等情况发生。

 

5) 设备使用寿命短、日常维护量大，维修成本高，造成各种资源的极大浪费。

 

解决上述问题的重要手段之一是采用变频调速控制技术。利用高压变频器对给水泵电机进行变频控制，实现给水流量的变负荷调节。这样，不仅解决了控制阀调节线性度差、纯滞延大等难以控制的缺点，而且提高了系统运行的可靠性;更重要的是减小了因调节阀门孔口变化造成的压流损失，减轻了控制阀的磨损，降低了系统对管路密封性能的破坏，延长设备的使用寿命，维护量减小，改善了系统的经济性，节约能源，为降低电厂厂用电率提供了良好的途径。

 

3.2 锅炉凝结水泵

 

汽轮机做功后的尾气大部分蒸气被凝结器循环冷却水冷凝成水，凝结水进入热井中，由凝结泵(两用一备)抽出，经轴封冷却器和水位自动调整装置后，一部分通过低压加热器经过加热后送至除氧器;另一部分通过再循环调节阀回到热井中，保证热井液位。凝结水泵工艺流程图如下图2所示：

 

目前电厂机组中凝泵的配置基本都是一用一备，某台泵运行一段时间后，要经常倒泵，而且凝泵出口的水压力、流量采用阀门调节流量 , 在这种调节方式下，系统主要存在的几个问题：

 

1) 采用凝结泵定速运行，阀门调整节流损失大、出口压力高、管损严重、系统效率低，造成能源的浪费。

 

2) 当流量降低阀位开度减小时，调整阀前后压差增加工作安全特性变坏，压力损失严重，造成能耗增加。

 

3) 长期的40～70%阀门开度，加速阀体自身磨损，导致阀门控制特性变差。

 

4) 管网压力过高威胁系统设备密封性能，严重时导致阀门泄漏，不能关严等情况发生。

 

5) 由于经常倒泵、泵经常直起，致使管网受冲击较大，相关设备使用寿命短、日常维护量大，维修成本高，造成各种资源的极大浪费。