某发电公司600MW机组引风机变频改造项目研究

1 绪论

1.1 研究背景

火力发电厂在产生电能的同时，其本身也是需要损耗电能的，据不完全统计，火力发电厂发电所需的厂用电率约为 4％-13％。高压电动机的耗电量占厂用的 70%左右，其中，80%为异步电动机，而相当一部分是风机、泵类的负载。该类负载中 70%仍采用挡板、阀门来调节流量。其中，变频器并不是不需要调速，只是因为风机本身并不调速，所以只能依赖阀门或挡板来调节流量，但是电机轴上的输出功率并没有减小，这时候，负载值远远低于额定功率，是典型的“大马拉小车”，这样电机在运行中大多数处于空载或轻载运行状态，相当一部份能量损耗在挡板和阀门上，能源浪费严重。 随着科学技术的发展，高压变频器出现了，其主要作用是节能和工艺调速

随着变频器可靠性的提高和调速技术的发展，火力发电厂使用变频技术来实现节能降耗将会成为主流手段之一。

目前，国内外已有很多厂商能生产成熟的高压变频器产品，其具有平滑调速、无噪音、节能、能变频定值调节等优点，是靠挡板调节所望尘莫及的。但是初期由于变频器的价格昂贵，且质量难以保证，实际使用并不普遍。到现在，变频调速技术已相当成熟，可靠性高，而且价格已大幅下降。因此，各电厂的重要辅机进行变频节能改造已成为一种重要选择。某发电公司引风机仍采用挡板调速，耗能严重，如果进行引风机变频改造，将对火力发电厂的经济运行有着重要的意义。

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1.2 研究目的和意义

引风机是火力发电厂的重要辅机，其主要作用是排出锅炉燃烧所产生的烟气，，并维持炉膛负压，克服烟道内部的压力损失。就目前来说，大部份的引风机均采用挡板调节方式，随着机组负荷的变化，引风机在部份负荷段调节时，电机输入功率不变，大量能量损耗在档板上，系统效率低；而且，风机的挡板一般为机械结构，调节品质差，由于炉膛负压的波动会反复冲击风机挡板，所以，容易造成风机系统出现设备故障。

因此，对引风机进行变频改造，解决上述问题是十分迫切和有必要的。

引风机是火力发电厂的耗电大户，利用高压变频器进行风机的节能改造，对火力发电厂的经济运行有着重要的意义。

通过引风机增装高压变频器项目的实施，可减少机组厂用电量，按照机组70％负荷率，年节省电量 30％计算，进行引风机变频改造，一般 2 到 3 年就可以收回投资成本。

引风机实施变频改造后，除节能效果明显外，还有其它附加收益：

(1)变频启动能减少启动电流，实现风机软启动，同时还能减少对风机负载和电源系统的冲击，延长风机的使用年限。

(2)引风机变频器的频率调节可控性强，可靠性高，优于原来的挡板调节方式，提高系统稳定性。

(3)引风机变频改造后不仅具有良好的经济效益，还能减少风机系统的振动，稳定炉膛压力，提高锅炉稳定性。

(4)引风机变频改造后，由于风机采用的是变频器的调节方式，可以降低风机运行的噪音，减少风机的磨损和密封系统的损坏。

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2 节能技术的研究现状和发展

2.1 电厂节能减排现状研究和发展

2.1.1 我国节能减排现状研究

近几年，为缓解我国能源的供求矛盾、推动经济转型和技术进步、改善环境、确保经济快速发展，我国陆续出台了很多的节能减排措施，通过各级政府和相关企业的努力，我国的节能减排工作取得了很好的成绩。

据统计，在 2010－2015 年间，我国共节省了 4 亿吨煤，减少了 10 亿吨二氧化碳排放。2015 年，二氧化硫、氮氧化物排放量比 2010 年相比分别下降了8.1%和 2.5%。

随着我国科技进步和节能措施的落实，节能工作取得的效益大由度提高。其中，环保产业也迎来发展良机，2015 年，环保产值达 4.5 万亿，成为经济的新支柱；最近几年，环保产业增长率连续增长，是我国节能产业的重要支柱。据统计显示，节能服务产业总产值从 2010 年 836.29 亿元增长到 2015 年的3127.34 亿元。

2.1.2 火电企业节能现状研究

21 世纪后，火电企业快速发展，产能不断提升。机组容量也不断增大，从最初的小容量机组，到 600MW 的亚临界机组，再到 1000MW 的超临界机组，如邹县电厂、玉环电厂、北仑电厂等都具有 1000MW 的超临界机组，为国家的经济发展提供民源源动力。但是，目前，火力发电厂所面临的形势是越来越恶劣，要想在竟争中脱颖而出，必须了解国家的节能减排政策，这是因为新能源发电给火电企业带来了一定的冲击，要想生存，必须熟悉宏观政策，依托科技进步、提高发电效率，满足国家不断提高的节能要求。

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2.2 风机节能现状和发展

2.2.1 风机的主要作用

在火力发电厂中，风机是重要辅机。其中，引风机的主要作用是抽出炉膛烟气，将烟气送到到脱硝、脱硫系统或直接排入大气，并维持炉膛负压。而一次风机的主要作用是，将锅炉排放的烟气中的余热再利用，保证炉膛温度，提高锅炉效率。送风机的主要作用是提供二次风，通过空气预热器后，一部分到燃烧器提供边界风，夹心风等，对喷燃器处的火焰有影响，同时可以冷却喷燃器。

为确保锅炉充分燃烧，在运行中要及时的调整一次风量，如果风量较少，锅炉不能充分燃烧，就会影响效率，还有结焦的风险，如果风量过大，使床温降低，也会引起热损失，从而影响锅炉效率。

2.2.2 风机节能现状

目前，国内风机节能现状与国外相比还是有一定的差距，国外风机整体质量较好，效率较高。国内风机的主要现状体现在以下几个方面：

（1）风机系列型号不全。

（2）风机装置效率低。一是风机的变速调节机构比较落后;二是调节方法大部分还是采用阀门来调节。

（3）风机的实际工作点偏离最高效率工况点。比如选用过大的安全裕量和选择无相似性能的风机规格，导致工作点偏离。

（4）电动机选型偏大。由于国产电机型号少，不一定均会有风机相对应的电机型号。电机在选型时，往往会选择功率较大的电机，从而降低了电机的负荷率，浪费能量。

（5）系统设计不合理, 增加了风机阻力,降低了风机使用效率。

总体来说，国外节能技术水平优于国内，但随着国家的发展，国内风机技术水平也是不断的取得一个又一个新台阶。

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3 可行性分析和节能预测 ................. 13

3.1 某发电公司介绍 ................. 13

3.2 锅炉和烟风系统 ........... 13

4 设备选型和项目方案研究 ................... 23

4.1 变频器拓朴型式的选择 ............. 23

4.1.1 变频器拓朴型式的分类 ................. 23

4.1.2 拓扑型式优势分析和选择建议 ............... 23

5 项目实施难点和运行维护管理研究 ........... 31

5.1 变频器散热防尘问题的解决方案 ............. 31

5.1.1 变频器室通风类型 ............... 31

5.1.2 变频器室运行环境的评估意见 ............ 31

6 节能效果与可靠性分析

6.1 节能效果分析

6.1.1 节能试验方法

引风机变频改造后，应进行节能效果试验，该试验与改造前节能效果分析有所不同，改造前是通过理论计算得出节能效果，改造后应从实际的运行数据统计并计算所得，一般可分为单耗分析法或模拟法。

单耗分析法，是通过统计变频改造后机组发电量、引风机耗电量、厂用电率等相关数据来计算辅机的单耗情况，最终算出节电效果的一种方法，其中辅机单耗等于引风机月耗电量除以月机组发电量。该方法较为简单，直观，但受到的干扰也较多，准确性不如模拟法。

模拟分析法，是机组在不同负荷条件下，选取工频与变频情况下的引风机转速、挡板开度、电机电流等数据进行比较。由于引风机变频运行时，频率是可调的，所以，为统计工频方式下的数据情况，可将频率调至工频模式，记录相关数据，然后与变频方式下的相关数据比较，得出差值，然后进行节能效果计算。节能试验时，可选择比较具有代表性的三个工况，分别为：300MW、450MW、600MW。采用模拟法时，应特别注意，变频方式和工频方式的运行工况尽可能保持一致。

由于引风机变频改造后，为确保节能结果计算准确，一般建议采用模拟分析法。

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7 项目总结及展望

7.1 项目总结

某发电公司引风机变频改造项目的研究成功解决了引风机运行效率低、故障率高、调节品质差等问题，在技术上实现了全国领先。引风机变频器改造后，变频器容量居全国领先，功率达 3900kW，功率单元额定电流达 500A。变频器具有单元旁路功能，大大的提高了系统的可靠性，当变频器每相任何 1 个功率单元故障后，能将故障模块旁路，允许每相有不同的功率单元数量运行。两台引风机可实现一工一变并列运行，并能全部实现自动调节方式。判断风机是在工频还是变频运行的条件，采取了冗余判断和异常报警措施。对高压开关信号采用 3 冗余，对引风机“变频运行信号”增加了电流值作为其附加的判断条件。

其次，取得了良好的经济和社会效益.节电试验结果表明引风机变频改造后节电效果明显，负荷越低，节电效果相对越明显，根据统计分析，每台引风机可减少功率 733kW 左右，节电率在 43%左右。按机组每年运行 300 天统计，2 台引风机每年可减少厂用电 1054 万度左右。按照上网电价 0.4 元/度电计算，引风机变频改造后年直接创造效益 421.6 万元，两至三年可收回初始投资成本。

再次，引风机变频器改造后，变频器成了新的故障点，由于引风机变频器重故障会导致机组 RB,如何确保变频器运行安全已成为重要课题。应通过建立变频器维护标准、完善检修周期和项目、加强人员培训及备品库建立等手段提升变频器的运行安全。

最后，引风机变频器的卡件、功率单元等部件质量还不够稳定，会导致变频器发生重要故障，因此需通过加强变频器房空调运行管理和变频器房的卫生管理来改善变频器的运行环境，结合定期检修，让变频器故障和缺陷呈下降趋势。

参考文献（略）