电厂引风机采用高压变频调速技术改造

电厂引风机采用高压变频调速技术改造

【摘要】陕西银河榆林发电公司是拥有2×135MW机组的火电企业，2012年公司对1号机组锅炉的2台引风机进行高压变频改造，取得了良好的节能效果，促进了企业环保，提高了企业效益，为后续对其他风机的改造提供了宝贵经验。

【关键词】锅炉引风机;高压变频;节能

风机是火力电厂锅炉的重要辅助设备，对锅炉正常燃烧起着至关重要的作用，同时其功率很大，消耗的电量也是非常可观。引风机是将燃料在锅炉中燃烧产生的烟气排出，并起到维持炉膛内负压的作用，烟气在引风机作用下进入空预器——电除尘后进入到脱硫系统或直接排入到烟囱。

引风机的耗电量约占厂用电量的25%。由于机组正常运行时，需要的风量比风机额定出力小很多，甚至只有其一半左右，因此运行中需要调节风机的实际输送风量。我厂风机改造前采用挡板来调节和控制风量，大部分时间挡板开度小，只有35%-60%，这样很多能量被白白消耗在了挡板节流装置上，造成了电能的巨大浪费。如果能将浪费的电能进行节约，对实践节能减排，提高环保水平、提高企业的经济效益意义很大。

1.设备概况

银河榆林发电公司2*135MW机组的锅炉型号为HG440/13.7-YM14，是哈尔滨锅炉厂有限公司设计和制造的单锅筒、单炉膛、自然循环、集中下降管、一次中间再热、四角切向燃烧、л型布置的固态排渣煤粉锅炉。在其两侧分别布置一组送风机、一次风机、引风机。

引风机技术参数：

项目 单位 设计参数

型号 ----- Y4-2*60No22.5F

型式 ----- 离心风机 双吸双

支撑 单叶板

风压 Pa 4475（计算3729）

风量 m?/s 135.85（计算123.5）

转速 r/min 980

效率 ---- 运行工况下～78

调节装置型式 ---- 入口导页调节风门

引风机配用电机参数：

项目 单位 设计参数

型号 ----- YKK560--6

功率 KW 900

电压 V 6000

电流 A 107

转速 r/min 994

2.存在问题分析

1）我公司6KV引风机电机功率大，能耗高。负载率在50%左右，电机长期处于轻载状态会导致其效率低、经济性差，功率因数低、线损加重。

2）三相电机的直接启动方式，启动电流很大，一般是额定电流的4-7倍。会对电机和通风管网造成瞬时冲击，缩短设备使用寿命。

3）风门调节方式是依靠提高流通阻力来实现的，属于耗能型调节方式。我厂风机风门的开度小，存在大量的电能浪费。

4）由于风量调节挡板装置老化，故障多，给机组的安全稳定运行造成了威胁

由风机和水泵类负载的特性可知：其负载转矩与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。可见，若可以根据所需的流量调节转速，就可获得很好的节电效果。近年来随着高压变频技术的发展，可靠性不断提高，设备价格也不断下降，高压大容量变频器已广泛应用。

3.变频调速原理

根据电机学的原理，三相交流异步电动机的转速为：

上式中n为电机转子转速，f为电源频率，p为电机的磁极对数，s为转差率。

变频调速是通过改变电源频率f来调节电动机转速的。可以看出n与f之间

为线性关系，只要改变电机的运行频率，就可调整电机的转速。这就是变频调速的基本原理。

风机水泵类电机变频调速的节电原理：

对于水泵和风机，由流体动力学的原理可知，流体流量与水泵和风机的转速一次方成正比：

（Q为流量，n为转速，K1为常量）

于是得到：

水泵或风机的扬程（压力）与转速二次方成正比：

（H为扬程，n为转速，K2为常量）

水泵和风机的功率为：

（P为功率，n为转速，K= K1·K2）

则功率与转速三次方成正比，即：

上述各式中，脚标“0”均表示额定工况参数。

则可以得到节电率的计算公式：

由以上理论可知水泵风机类负载，其转速、扬程（压力）和功率的关系如图1所示。

图1 关系曲线

当转速减小时，电机的能耗将以其三次方的倍率下降，因此变频调速的节电效果是非常显著的。

4.变频器选型及介绍

目前国际公认的最佳电机节能技术是变频调速技术。在国内，电机变频调速节能技术的应用已经相当普遍，并且效果很好。另外，该技术已经写入“十二五规划中”关于节能减排的相关文件里，体现了国家对该技术的充分肯定。4.2.8 软启动、无冲击电流

ZINVERT高压变频调速系统对电机进行软启动，具有线性和二次方曲线形式来控制电压-频率比，每种曲线形式有多条曲线供用户选择。起动时间由用户设定，内部设有加速过流限速功能，以确保电机启动的冲击电流，保证电机的安

全运行，延长其使用寿命。启动过程自动搜索电机转速，停机前不必保证电机停转，能够实现对电网和电动机无过流冲击的快速启动。

5.改造设计方案

公司决定利用1号机组小修机会，对1号锅炉所属两台引风机进行高压变频改造。

5.1 取消风门调节，使之全开，采用变频调速方式改变风机电机的转速适应风量的需求，实现节能降耗。考虑到节能改造的可靠性和自动化程度，具体改造措施如下：

①变频器配置方案：采用高压变频器进行一拖一调速。

②电气控制方式：变频装置的运行监控并入原有DCS系统，并设计本地和远程控制切换功能。

③旁路系统：保留原系统的启动柜，作为高压变频器的备用手段。变频器设计旁路电路，保障变频器故障时设备可以工频运行，并方便检修。

④控制电源：采用多回路供电技术。

⑤变频器的散热：室内加空调冷却方式。

⑥进出线方式：电缆下进出线，电缆沟敷设。

⑦安装位置：专用高压变频设备间。

5.2 改造后的控制电路

高压变频器通过硬接线的方式并入原有DCS监控系统。可以实现自动上传运行参数，远程控制启停、调节输出频率等功能。

高压变频器和DCS系统之间的信号：

DCS的DO信号3个：启动、停止、急停;

DCS的DI信号7个：运行、停止、工频状态、变频状态、轻故障、重故障、远程/本地;

DCS的AO信号1个：频率给定;

DCS的AI信号2个：频率反馈、电流反馈变频故障紧急切旁路。

5.3 变频故障紧急切旁路

针对变频装置出现故障导致电机不能正常运行的情况，我公司专门配置了手动旁路柜。

5.4 手动旁路

一拖一手动旁路如图3所示。手动旁路柜中K2为刀闸，闭合a端，导通变频回路;闭合b端，导通工频回路。

变频器故障停机后，控制器发出节点信号控制进线开关QF1进行分闸，向DCS报警，并向远端工控机发送故障代码。DCS控制人员到报警后，一面采取紧急处理操作，一面通知处理人员赶赴高压变频设备间。处理人员到达后采取如下措施：

打开柜门，断开K1，将K2从a端切换到b端。处理人员通知DCS控制人员进行QF1合闸。

DCS控制人员收到合闸通知后，采取启动准备程序后，对QF1进行合闸，并调节1号电机风门开度和2号电机频率至正常运行值。电机工频启动，进入工频运行状态。

5.5 远程监控

高压变频器通过硬接线的方式并入原有DCS监控系统。可以实现自动上传运行参数，远程控制启停、调节输出频率等功能。

另外，考虑到检修的方便性，高压变频器上设置了本地和远程控制切换功能，方便检修人员在现场就近操作。

图3 电气主回路图

5.6 变频器的控制电源

高压变频器具备以下三路控制电源供电回路：

外部提供控制主电源：从外部接入380V电源，保障控制回路供电的连续性、稳定性。

内部高压自产控制辅助电源：内部变压得到，作为运行中主电源的辅助电源。

内置UPS提供应急电源：主电源掉电后由UPS提供应急电源，为系统恢复提供处理时间，保障控制回路的正常运行

6.改造后的效果

1号机组两台引风机经过改造后运行一年多来，在节能公司人员维护下，未出现过故障，运行良好。经过对不同工况条件下，与改造前电机运行参数的对比，统计出一年能够节约电费近百万元。除此外，风门执行机构在运行时处于全开状态，不需再调整，减少了故障率和维护工作量。引风机电机实现了软启动，减少了启停时对电网的冲击，提高了设备功率因数。

7.结论

电厂风机的高压变频改造，对节能减排，提高火电厂环保水平，有十分积极的作用。同时使企业减少了资源消耗和浪费，提高了其经济效益。

参考文献

[1]成开友.变频调速技术在锅炉风机上的应用和节能效果分析[J].节能技术，2002，20（1）：36-38.

[2]周科，刘俊伟，张劲.电站锅炉风机的节能改造[J].热力发电，2005（8）：61-62.

[3]ZINVERT系列智能高压变频调速系统用户手册（v1.0）.