1引言

南郊熱源廠位于鄭州市南四環(huán)以南1.6公里處，鄭堯高速以東1.2公里，距計(jì)劃打通的大學(xué)南路200米，廠區(qū)占地76.8畝。總體規(guī)劃為4臺(tái)116MW（4×160t）循環(huán)流化床熱水鍋爐。一期規(guī)劃為2臺(tái)116MW（2×160t）循環(huán)流化床熱水鍋爐，投資2.04億元，是目前河南省最大的熱源廠。項(xiàng)目建成后可實(shí)現(xiàn)供熱面積約1000萬(wàn)㎡。其中一期工程可實(shí)現(xiàn)供熱面積約500萬(wàn)㎡，可滿足中州大道以西，西三環(huán)以東航海路以南的供熱需求。南郊熱源廠的建成對(duì)于緩解總公司熱源緊張，及為實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步發(fā)展壯大供熱格局將起到非常重要的作用。

南郊熱源廠一期工程二臺(tái)循環(huán)流化床鍋爐分別由無(wú)錫鍋爐廠和鄭州鍋爐廠生產(chǎn)。鍋爐機(jī)組分別裝有引風(fēng)機(jī)，型號(hào)為：QAY-5№24.5F，電機(jī)型號(hào)為：YKKPT630-61000kW/10kV。引風(fēng)機(jī)風(fēng)量調(diào)節(jié)為入口擋板調(diào)節(jié)方式；機(jī)組運(yùn)行中，引風(fēng)機(jī)的入口擋板開(kāi)度最大不到60%左右。由于這樣的調(diào)節(jié)方法僅僅是改變通道的流通阻力，而驅(qū)動(dòng)源的輸出功率并沒(méi)有改變，節(jié)流損失相當(dāng)大，浪費(fèi)了大量電能。同時(shí)，電機(jī)啟動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生5～7倍的沖擊電流，對(duì)電機(jī)構(gòu)成損害。引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)化水平低，運(yùn)行效率低。為此采用變頻調(diào)節(jié)方式對(duì)引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行改造，以減少節(jié)流損失，提高系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。廠領(lǐng)導(dǎo)經(jīng)過(guò)考察分析，經(jīng)過(guò)招標(biāo)方式選擇了山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP38-1000F（適配1000kW/10kV電機(jī)）高壓變頻器2套對(duì)鍋爐引風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制，改造取得了成功。用戶現(xiàn)場(chǎng)如圖1所示。

                                                                               圖1用戶現(xiàn)場(chǎng)

2鍋爐引風(fēng)機(jī)高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成

2.1鍋爐引風(fēng)機(jī)基本參數(shù)

鍋爐引風(fēng)機(jī)主要用于116MW燃煤熱水鍋爐引風(fēng)系統(tǒng)，輸送的介質(zhì)為煙氣（溫度120~150℃）。引風(fēng)機(jī)一共為2臺(tái)，其基本參數(shù)如表1所示。

2.2高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成

南郊熱源廠2臺(tái)116MW機(jī)組配置引風(fēng)機(jī)2臺(tái)，引風(fēng)機(jī)改造選用風(fēng)光JD-BP38-1000F高壓變頻器2臺(tái)、并配置自動(dòng)旁路柜，用于變頻/工頻切換。采用“一拖一”變頻控制。風(fēng)光JD-BP38-1000F變頻器參數(shù)如表2所示：

3鍋爐引風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能原理

一般異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為：n1＝60f/p，而異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n與同步轉(zhuǎn)速n1存在一個(gè)滑差關(guān)系：n=n1（1-s）=60f/p（1-s），由上式可以得到，改變異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以通過(guò)改變f、p、s可以達(dá)到。針對(duì)某一電動(dòng)機(jī)而言P是一定的，而通過(guò)改變s進(jìn)行調(diào)速空間非常小，所以變頻調(diào)速通過(guò)改變定子供電頻率f來(lái)改變同步轉(zhuǎn)速是異步電動(dòng)機(jī)的最為合理的調(diào)速方法。

若均勻地改變供電頻率f，即可平滑地改變電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍寬、平滑性較高、機(jī)械特性較硬的優(yōu)點(diǎn)，目前變頻調(diào)速已成為異步電動(dòng)機(jī)最主要的調(diào)速方式，在很多領(lǐng)域都獲得了廣泛的應(yīng)用。

根據(jù)流體力學(xué)相似定律：Q1/Q2＝n1/n2輸出風(fēng)量Q與轉(zhuǎn)速n成正比；

H1/H2＝(n1/n2)2輸出壓力H與轉(zhuǎn)速n2正比；

P1/P2＝(n1/n2)3輸出軸功率P與轉(zhuǎn)速n3正比。

當(dāng)風(fēng)機(jī)風(fēng)量需要改變時(shí)，如調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)的開(kāi)度，則會(huì)使大量電能白白消耗在擋板上。如采用變頻調(diào)速調(diào)節(jié)風(fēng)量，可使軸功率隨風(fēng)量的減小大幅度下降?？梢?jiàn)，通過(guò)變頻對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行控制，不但節(jié)能而且大大提高了設(shè)備運(yùn)行性能。以上公式為變頻節(jié)能提供了充分的理論依據(jù)。

4鍋爐引風(fēng)機(jī)高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)特點(diǎn)

引風(fēng)機(jī)調(diào)速是由熱電廠操作人員通過(guò)DCS系統(tǒng)的CRT上的模擬操作器，參照煙氣溫度、鍋爐蒸汽溫度、負(fù)壓等參數(shù)，對(duì)DCS的輸出值進(jìn)行調(diào)節(jié)，此輸出值為反饋給變頻器的4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，對(duì)應(yīng)不同的頻率（速度）給定值，變頻器通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)風(fēng)量控制，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

在此基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的積累，可將不同負(fù)荷和溫度下的給定值繪制成曲線，定出安全的上下限，制成風(fēng)機(jī)調(diào)速專用算法，同時(shí)利用熱工一次測(cè)量元件，將采集的負(fù)荷和溫度參數(shù)及負(fù)壓的變化值送到機(jī)組DCS系統(tǒng)中，在機(jī)組DCS系統(tǒng)中，進(jìn)行控制運(yùn)算，將計(jì)算結(jié)果形成4～20mA的速度給定指令信號(hào)，反饋給變頻器，變頻器通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制。

鍋爐引風(fēng)機(jī)變頻系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：鍋爐引風(fēng)機(jī)變頻系統(tǒng)，既可以變頻調(diào)速運(yùn)行，也可以直接投工頻運(yùn)行；為變頻器提供的交流220V控制電源掉電時(shí)，由于變頻器的控制電源和主電源沒(méi)有相位及同步要求，變頻器可以使用UPS和直流供電繼續(xù)運(yùn)行，不會(huì)停機(jī)；變頻器配置單元旁路功能，在局部故障時(shí)，變頻器可將故障單元旁路，采用星點(diǎn)漂移技術(shù)保持最大限度功率輸出，減少停機(jī)造成的損失；保留原電機(jī)繼續(xù)使用，不改變?cè)酗L(fēng)機(jī)設(shè)備任何基礎(chǔ)；和電廠的DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接。高壓變頻器控制外圍控制回路如圖2所示。

                                                               圖2高壓變頻器控制外圍控制回路

5引風(fēng)機(jī)采用一拖一運(yùn)行方式，配置自動(dòng)旁路柜

                                                                        圖3引風(fēng)機(jī)自動(dòng)旁路柜

原來(lái)2臺(tái)鍋爐引風(fēng)機(jī)全部采用工頻運(yùn)行，對(duì)2臺(tái)引風(fēng)機(jī)增設(shè)變頻調(diào)速裝置改造，采用一拖一加自動(dòng)旁路的方式。將原引風(fēng)機(jī)擋板調(diào)節(jié)的運(yùn)行方式改為由變頻調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)風(fēng)量的運(yùn)行方式。當(dāng)變頻器故障或檢修，可自動(dòng)切至工頻運(yùn)行。當(dāng)引風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行時(shí)通過(guò)DCS調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)頻率去調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)風(fēng)量的目的，同時(shí)保留原擋板調(diào)節(jié)方式，引風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行時(shí)擋板置于全開(kāi)位置以減少節(jié)流損失。

引風(fēng)機(jī)高壓變頻器其一次電路如圖3所示。旁路柜在變頻器進(jìn)、出線端增加了兩個(gè)隔離刀閘，以便在變頻器退出而電機(jī)運(yùn)行于旁路時(shí)，能安全地進(jìn)行變頻器的故障處理或維護(hù)工作。

旁路柜主要配置：三個(gè)真空斷路器（QF1、QF2、QF3）和兩個(gè)刀閘隔離開(kāi)關(guān)K1、K2。QF2與QF3實(shí)現(xiàn)電氣互鎖，當(dāng)QF1、QF2閉合，QF3斷開(kāi)時(shí)，電機(jī)變頻運(yùn)行；當(dāng)QF1、QF2斷開(kāi)，QF3閉合時(shí)，電機(jī)工頻運(yùn)行。另外，QF1閉合時(shí)，K1操作手柄被鎖死，不能操作；QF2閉合時(shí)，K2操作手柄被鎖死，不能操作。

電機(jī)工頻運(yùn)行時(shí)，若需對(duì)變頻器進(jìn)行故障處理或維護(hù)，切記在QF1、QF2分閘狀態(tài)下，將隔離刀閘K1和K2斷開(kāi)。

合閘閉鎖：將變頻器“合閘允許”信號(hào)串聯(lián)于QF1、QF2合閘回路。在變頻器故障或不就緒時(shí)，真空斷路器QF1、QF2合閘不允許；在QF1、QF2合閘狀態(tài)下，若變頻器出現(xiàn)故障，則“合閘允許”斷開(kāi)，QF1、QF2跳閘，分?jǐn)嘧冾l器高壓輸入電源。

旁路投入：將變頻器“旁路投入”信號(hào)并聯(lián)于QF3合閘回路。變頻運(yùn)行狀態(tài)下，若變頻器出現(xiàn)故障且自動(dòng)投入允許，系統(tǒng)將首先分?jǐn)嘧冾l器高壓輸入、輸出開(kāi)關(guān)QF1和QF2，經(jīng)過(guò)一定延時(shí)后，“旁路投入”閉合，即工頻旁路開(kāi)關(guān)QF3合閘，電機(jī)投入電網(wǎng)工頻運(yùn)行，并把旁路狀態(tài)信號(hào)發(fā)送給DCS。同時(shí)DCS邏輯自動(dòng)將風(fēng)門(mén)迅速關(guān)到工頻相應(yīng)開(kāi)度，此時(shí)運(yùn)行人員參與調(diào)節(jié)，控制風(fēng)量風(fēng)壓正常，確保爐膛燃燒穩(wěn)定。

如變頻器發(fā)生隱患，變頻器發(fā)送“變頻器報(bào)警”信號(hào)至DCS，此時(shí)變頻器繼續(xù)運(yùn)行，檢修人員可到本地根據(jù)變頻器報(bào)警信息排除隱患。

6引風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能效果

熱力公司供熱負(fù)荷在初期、中期、末期時(shí)的變化很大，負(fù)荷需要根據(jù)天氣情況實(shí)時(shí)調(diào)整，也就是要對(duì)引風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速要隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)鍋爐實(shí)際負(fù)荷需要對(duì)引風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速控制，既滿足了負(fù)荷調(diào)整需要，保證和改善了工藝，又達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。風(fēng)光JD-BP38-1000F（1000kW/10kV）高壓變頻器運(yùn)行界面如圖4所示。

                                                                圖4高壓變頻器運(yùn)行界面

通過(guò)運(yùn)行實(shí)踐，兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)的運(yùn)行情況基本相同，供暖中期的運(yùn)行頻率平均在41Hz，電流平均在43A左右，初期、末期時(shí)的運(yùn)行頻率平均在31Hz，電流平均在19A左右，中期時(shí)間大約占三分之一，初期、末期時(shí)間占三分之二。系統(tǒng)配置電機(jī)額定電流為72A，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行測(cè)試電機(jī)工頻運(yùn)行電流在66A左右：

P變=1.732×10×（43×0.98×33%+19×0.98×67%）=456.8kW

P工=1.732×10×66×0.82=937.4kW

節(jié)電率=（P工-P變）/P工×100%=51.2%

引風(fēng)機(jī)每天運(yùn)行24h，一個(gè)采暖期按120d，每度電按0.65元計(jì)算，那么一個(gè)采暖期每臺(tái)引風(fēng)機(jī)節(jié)約電費(fèi)計(jì)算如下：

（937.4kW-456.8kW）×24h×120d×0.65元/kW?h=89.968萬(wàn)元，一個(gè)采暖期兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)合計(jì)節(jié)約電費(fèi)170多萬(wàn)元。節(jié)能效果十分顯著。

7結(jié)束語(yǔ)

山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP38-1000F的高壓變頻器在鄭州熱電廠鍋爐引風(fēng)機(jī)投運(yùn)以來(lái)，其性能穩(wěn)定、節(jié)能效果明顯，可以根據(jù)供熱鍋爐的負(fù)荷情況進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)，大大提高鍋爐的穩(wěn)定性，并且節(jié)煤效果很好，提高了運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

在鍋爐引風(fēng)機(jī)的燃燒系統(tǒng)中應(yīng)用高壓變頻器節(jié)能降耗，是國(guó)家大力提倡節(jié)能降耗政策不可缺少的技術(shù)手段。除此之外，變頻器對(duì)鍋爐的穩(wěn)定運(yùn)行也起著重要作用。高壓變頻器越來(lái)越廣泛地應(yīng)用在電力、冶金、石化、水泥、礦山等高壓電機(jī)驅(qū)動(dòng)的各個(gè)行業(yè)。

參考文獻(xiàn)

山東新風(fēng)光電子使用手冊(cè)[Z]山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司。

作者簡(jiǎn)介

劉慶慶女電氣專工，供職于鄭州熱力總公司南郊熱源廠。

劉殿珍男技術(shù)支持工程師，供職于山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司。

生產(chǎn)基地地址：山東省汶上縣經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)

郵編：272500

文章聯(lián)系人：郭培彬

聯(lián)系電話：0537-7237007