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北極星火力發(fā)電網(wǎng)訊:摘 要：本文針對火電廠300MW機組主輔助設備的高壓變頻改造應用，提出了完整的系統(tǒng)解決方案。對變頻調(diào)速技術在電力系統(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備組成。鍋爐的任務是生產(chǎn)蒸汽，即把煤、油等燃料的化學能轉(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)品重要的應用領域，對電力行業(yè)機組主輔助設備的變頻技術適用性研究表明：每臺機組當中主要有七類設備可以實現(xiàn)變頻應用，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)電廠中使用的送風機、引風機、給水泵、循環(huán)水泵和灰漿泵等風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%。
目前我國火電廠風機和水泵基本上都采用定速驅(qū)動。這種定速驅(qū)動的風機采用入口風門，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，由于風機和水泵的運行偏離高效率點，使運行效率降低�，F(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，直接關系到電廠效益的高低。
二、電力機組主輔助設備變頻改造及工藝介紹
1. 鍋爐風機變頻改造情況概述
電站鍋爐風機的風量與風壓裕度以及機組的調(diào)峰運行導致風機的運行工況點與設計高效點相偏離，從而使風機的運行效率大幅度下降。據(jù)統(tǒng)計，一般情況下，采用風門調(diào)節(jié)的風量的風機，運行工況點與設計點兩者偏離10%時，風機效率下降8%左右;偏離20%時，風機效率下降20%左右;而偏離30%時，風機效率則下降30%以上，對于采用進口風門調(diào)節(jié)風量的風機，這是一個不可避免的損失�？梢姡L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，改進風機的調(diào)節(jié)方式是提高風機運行效率，降低風機耗電量的最有效的途徑。如果在風機上加裝目前國內(nèi)已經(jīng)普遍采用的高壓變頻器，對風機電動機進行調(diào)速控制，從而實現(xiàn)對風量的調(diào)節(jié)以滿足鍋爐負荷的變化，這樣就能將風門調(diào)節(jié)中的能量損失節(jié)約下來。
2. 鍋爐風機工藝介紹
2.1 引風機
引風機是熱電廠的鍋爐生產(chǎn)工藝中重要的輔機。引風機輸送的介質(zhì)是煙氣，最高溫度一般不得超過250度。鍋爐結(jié)構復雜，還有煙氣的除塵、脫硫設備，煙氣阻力較大，利用引風機排煙才能排除煙氣，同時引風機也是保證鍋爐燃燒室產(chǎn)生的負壓重要設備。
2.2 送風機
為了滿足煤完全燃燒，通過送風機(包括一、二次風機)供給煤粉燃燒時所需要的空氣量。一次風進入爐膛底部風室，一次風道上還并聯(lián)有風道點火器;二次風直接經(jīng)爐膛上部的二次風箱分兩層入爐膛。在整個煙風系統(tǒng)中均設有調(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)，并且為減小三次風量，排粉機入口管道通過調(diào)整小擋板來調(diào)節(jié)風量，浪費了大量的電能。為降低能耗，
排粉風機在制粉系統(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)同來自空氣預熱器的熱風和排粉機出口的再循環(huán)風混合，將原煤干燥，并研磨成煤粉，而煤粉隨排風機所產(chǎn)生的負壓氣流，經(jīng)細粉分離器把風、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、粉混合物，經(jīng)排粉風機出口作為三次風送入爐膛或排入一次風箱作為一次風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門全開，同時適當調(diào)節(jié)出口風門，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造成影響。
三、鍋爐相關水泵工藝介紹
3.1 鍋爐給水泵
給水泵的任務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。這不僅關系到正常發(fā)電，而且也直接關系到鍋爐設備的安全。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，導致閥門控制特性變差。
4) 管網(wǎng)壓力過高威脅系統(tǒng)設備密封性能，嚴重時導致閥門泄漏，不能關嚴等情況發(fā)生。
5) 設備使用壽命短、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。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，導致閥門控制特性變差。
4) 管網(wǎng)壓力過高威脅系統(tǒng)設備密封性能，嚴重時導致閥門泄漏，不能關嚴等情況發(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，相關設備使用壽命短、日常維護量大，維修成本高，造成各種資源的極大浪費。
