北極星火力發(fā)電網(wǎng)訊:摘 要：本文針對火電廠300MW機組主輔助設(shè)備的高壓變頻改造應(yīng)用，提出了完整的系統(tǒng)解決方案。對變頻調(diào)速技術(shù)在電力系統(tǒng)改造中存在的問題及取得的良好經(jīng)濟效益進行了分析論證。

一、引言

火力發(fā)電廠是一個能源轉(zhuǎn)化的工廠。它把煤、油等一次能源——化學(xué)能，轉(zhuǎn)化成通用性廣、效率高的二次能源-—電能。產(chǎn)品(電能)無法儲存，發(fā)電、供電和用電同時完成，而且要求速度快、質(zhì)量高。

火力發(fā)電機組是由鍋爐、汽輪機和發(fā)電機三大主機及其眾多輔助設(shè)備組成。鍋爐的任務(wù)是生產(chǎn)蒸汽，即把煤、油等燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成具有一定壓力和溫度的蒸汽的熱能;汽輪機把蒸汽的熱能轉(zhuǎn)化成機械能;而發(fā)電機則把機械能轉(zhuǎn)化成電廠的最終產(chǎn)品-電能。

電力行業(yè)是高壓變頻器產(chǎn)品重要的應(yīng)用領(lǐng)域，對電力行業(yè)機組主輔助設(shè)備的變頻技術(shù)適用性研究表明：每臺機組當中主要有七類設(shè)備可以實現(xiàn)變頻應(yīng)用，粗略估計，一般每單位機組需要配置變頻器13臺。據(jù)統(tǒng)計，我國火力發(fā)電廠中使用的送風(fēng)機、引風(fēng)機、給水泵、循環(huán)水泵和灰漿泵等風(fēng)機和水泵的配套電動機總?cè)萘窟_15000MW，年總用電量達520億kWh，占全國火電發(fā)電量的5%～8%。

目前我國火電廠風(fēng)機和水泵基本上都采用定速驅(qū)動。這種定速驅(qū)動的風(fēng)機采用入口風(fēng)門，水泵采用出口閥門調(diào)節(jié)流量，都存在嚴重的節(jié)流損耗。尤其在機組變負荷運行時，由于風(fēng)機和水泵的運行偏離高效率點，使運行效率降低。現(xiàn)有調(diào)節(jié)流量的方法不改變電機的轉(zhuǎn)速，因此電機消耗的功率不變，而且造成管網(wǎng)壓力過大，不利于管網(wǎng)安全、穩(wěn)定運行。若使用變頻器對電機進行調(diào)速，達到用戶期望的流量，則可以節(jié)約大量電能。發(fā)電廠輔機電動機的有效調(diào)速運行，直接關(guān)系到電廠效益的高低。

二、電力機組主輔助設(shè)備變頻改造及工藝介紹

1. 鍋爐風(fēng)機變頻改造情況概述

電站鍋爐風(fēng)機的風(fēng)量與風(fēng)壓裕度以及機組的調(diào)峰運行導(dǎo)致風(fēng)機的運行工況點與設(shè)計高效點相偏離，從而使風(fēng)機的運行效率大幅度下降。據(jù)統(tǒng)計，一般情況下，采用風(fēng)門調(diào)節(jié)的風(fēng)量的風(fēng)機，運行工況點與設(shè)計點兩者偏離10%時，風(fēng)機效率下降8%左右;偏離20%時，風(fēng)機效率下降20%左右;而偏離30%時，風(fēng)機效率則下降30%以上，對于采用進口風(fēng)門調(diào)節(jié)風(fēng)量的風(fēng)機，這是一個不可避免的損失。可見，引風(fēng)機的用電量中，有很大的一部分是被調(diào)節(jié)門消耗掉的。因此，改進風(fēng)機的調(diào)節(jié)方式是提高風(fēng)機運行效率，降低風(fēng)機耗電量的最有效的途徑。如果在風(fēng)機上加裝目前國內(nèi)已經(jīng)普遍采用的高壓變頻器，對風(fēng)機電動機進行調(diào)速控制，從而實現(xiàn)對風(fēng)量的調(diào)節(jié)以滿足鍋爐負荷的變化，這樣就能將風(fēng)門調(diào)節(jié)中的能量損失節(jié)約下來。

2. 鍋爐風(fēng)機工藝介紹

2.1 引風(fēng)機

引風(fēng)機是熱電廠的鍋爐生產(chǎn)工藝中重要的輔機。引風(fēng)機輸送的介質(zhì)是煙氣，最高溫度一般不得超過250度。鍋爐結(jié)構(gòu)復(fù)雜，還有煙氣的除塵、脫硫設(shè)備，煙氣阻力較大，利用引風(fēng)機排煙才能排除煙氣，同時引風(fēng)機也是保證鍋爐燃燒室產(chǎn)生的負壓重要設(shè)備。

2.2 送風(fēng)機

為了滿足煤完全燃燒，通過送風(fēng)機(包括一、二次風(fēng)機)供給煤粉燃燒時所需要的空氣量。一次風(fēng)進入爐膛底部風(fēng)室，一次風(fēng)道上還并聯(lián)有風(fēng)道點火器;二次風(fēng)直接經(jīng)爐膛上部的二次風(fēng)箱分兩層入爐膛。在整個煙風(fēng)系統(tǒng)中均設(shè)有調(diào)節(jié)擋板，以便在運行和啟停爐期間運行調(diào)節(jié)控制。

2.3 排粉機

煤粉由熱空氣加熱后經(jīng)排粉機送入鍋爐。排粉機是制粉系統(tǒng)中氣粉混合物流動的動力來源，靠它克服流動過程中的阻力，完成煤粉的氣力輸送。在直吹式制粉系統(tǒng)、中間儲倉式乏氣送粉系統(tǒng)中，排粉機還起一次風(fēng)機作用，靠它產(chǎn)生的壓力將煤粉氣流吹送到爐膛。制粉系統(tǒng)的排粉機采用入口擋板調(diào)節(jié)，并且為減小三次風(fēng)量，排粉機入口管道通過調(diào)整小擋板來調(diào)節(jié)風(fēng)量，浪費了大量的電能。為降低能耗，

排粉風(fēng)機在制粉系統(tǒng)中裝于球磨機，粗粉分離器、細粉分離器之后，保證原煤在球磨機內(nèi)同來自空氣預(yù)熱器的熱風(fēng)和排粉機出口的再循環(huán)風(fēng)混合，將原煤干燥，并研磨成煤粉，而煤粉隨排風(fēng)機所產(chǎn)生的負壓氣流，經(jīng)細粉分離器把風(fēng)、粉分開，煤粉落入煤粉倉中貯存，剩余氣體內(nèi)含有5～10%的風(fēng)、粉混合物，經(jīng)排粉風(fēng)機出口作為三次風(fēng)送入爐膛或排入一次風(fēng)箱作為一次風(fēng)與給粉機落下的煤粉混合送入爐膛。通過上述流程介紹我們可以看出，在制粉系統(tǒng)中排粉機主要為制粉系統(tǒng)提供負壓。在對排粉機進行變頻改造后通過將排粉機入口風(fēng)門全開，同時適當調(diào)節(jié)出口風(fēng)門，完全可以滿足為制粉系統(tǒng)提供負壓的需要并且不對三次風(fēng)造成影響。

三、鍋爐相關(guān)水泵工藝介紹

3.1 鍋爐給水泵

給水泵的任務(wù)是將除氧器貯水箱內(nèi)的具有一定溫度的給水，通過給水泵產(chǎn)生足夠的壓力打入汽包，汽包內(nèi)汽液分離，水送入熱鍋爐，在鍋爐環(huán)冷壁中加熱產(chǎn)生蒸汽后進入蒸汽輪機作功，帶動發(fā)電機組發(fā)電。根據(jù)電能生產(chǎn)的特點和熱鍋爐運行的特殊要求，給水泵必須連續(xù)不斷地運行。這不僅關(guān)系到正常發(fā)電，而且也直接關(guān)系到鍋爐設(shè)備的安全。因此，鍋爐給水泵在發(fā)電廠是最為重要的水泵，號稱發(fā)電機組的心臟。給水泵工藝流程如下圖1所示：

目前由于現(xiàn)場大部分鍋爐給水泵均采用閥門來調(diào)節(jié)流量、壓力等參數(shù)來滿足鍋爐運行所需給水的需要, 在這種調(diào)節(jié)方式下，系統(tǒng)主要存在的幾個問題：

1) 采用給水泵定速運行，閥門調(diào)整節(jié)流損失大、出口壓力高、管損嚴重、系統(tǒng)效率低，造成能源的浪費。

2) 當流量降低閥位開度減小時，調(diào)整閥前后壓差增加工作安全特性變壞，壓力損失嚴重，造成能耗增加。

3) 長期的40～70%閥門開度，加速閥體自身磨損，導(dǎo)致閥門控制特性變差。

4) 管網(wǎng)壓力過高威脅系統(tǒng)設(shè)備密封性能，嚴重時導(dǎo)致閥門泄漏，不能關(guān)嚴等情況發(fā)生。

5) 設(shè)備使用壽命短、日常維護量大，維修成本高，造成各種資源的極大浪費。

解決上述問題的重要手段之一是采用變頻調(diào)速控制技術(shù)。利用高壓變頻器對給水泵電機進行變頻控制，實現(xiàn)給水流量的變負荷調(diào)節(jié)。這樣，不僅解決了控制閥調(diào)節(jié)線性度差、純滯延大等難以控制的缺點，而且提高了系統(tǒng)運行的可靠性;更重要的是減小了因調(diào)節(jié)閥門孔口變化造成的壓流損失，減輕了控制閥的磨損，降低了系統(tǒng)對管路密封性能的破壞，延長設(shè)備的使用壽命，維護量減小，改善了系統(tǒng)的經(jīng)濟性，節(jié)約能源，為降低電廠廠用電率提供了良好的途徑。

3.2 鍋爐凝結(jié)水泵

汽輪機做功后的尾氣大部分蒸氣被凝結(jié)器循環(huán)冷卻水冷凝成水，凝結(jié)水進入熱井中，由凝結(jié)泵(兩用一備)抽出，經(jīng)軸封冷卻器和水位自動調(diào)整裝置后，一部分通過低壓加熱器經(jīng)過加熱后送至除氧器;另一部分通過再循環(huán)調(diào)節(jié)閥回到熱井中，保證熱井液位。凝結(jié)水泵工藝流程圖如下圖2所示：

目前電廠機組中凝泵的配置基本都是一用一備，某臺泵運行一段時間后，要經(jīng)常倒泵，而且凝泵出口的水壓力、流量采用閥門調(diào)節(jié)流量 , 在這種調(diào)節(jié)方式下，系統(tǒng)主要存在的幾個問題：

1) 采用凝結(jié)泵定速運行，閥門調(diào)整節(jié)流損失大、出口壓力高、管損嚴重、系統(tǒng)效率低，造成能源的浪費。

2) 當流量降低閥位開度減小時，調(diào)整閥前后壓差增加工作安全特性變壞，壓力損失嚴重，造成能耗增加。

3) 長期的40～70%閥門開度，加速閥體自身磨損，導(dǎo)致閥門控制特性變差。

4) 管網(wǎng)壓力過高威脅系統(tǒng)設(shè)備密封性能，嚴重時導(dǎo)致閥門泄漏，不能關(guān)嚴等情況發(fā)生。

5) 由于經(jīng)常倒泵、泵經(jīng)常直起，致使管網(wǎng)受沖擊較大，相關(guān)設(shè)備使用壽命短、日常維護量大，維修成本高，造成各種資源的極大浪費。