应用案例

安弗森高压变频器在电厂送风机上的应用

发布时间:2014-03-28 发布人:管理员


一、引言

    火力发电厂在生产过程中,当发电负荷发生变化时,需要对锅炉燃烧工况进行调节。具体调节方法是通过改变锅炉的给煤最、风量、给水量来进行调节。而相当长时间内各电厂水最、风量的调节一般是通过改变阀门或挡板的开度来实现的,但这种调节方式属于节流调节,在运行中这种调节方式存在许多问题。


二、 送风机节流调节方式存在的问题


1、节流调节方式浪费电能。

    锅炉在设计时,选用风机的额定容量通常大于实际需要量,其配套拖动电机的额定容量则更大。实际运行时不得不关小风门进行节流调节。在节流过程中,风机特性曲线不变,转速不变,仅仅依靠关小风门,人为增加管道阻力来减小流量。风门开度减小,阻力损失相应增加,但系统输入功率并无减小.而是白白损失在节流过程中。

2、节流调节的系统稳定性及控制精度差

    由于风门的档板开度与流量的非线性关系。加上执行机构机械传动间陈的影晌.档板开度调节既不灵敏又不精确,无法实现流f的快速、准确调节。

3、节流调节运行费用大

    在节流调节方式中。风机长期处于高速、大负载下运行,消耗电能大,维护工作量大,没备寿命低.并且运行现场噪音大。


三、高压变频调速技术的作用和节能原理

    异步电动机的变预调速是通过改变定子供电频率f来改变同步转速而实现调速的.在调速中从高速到低速都可以保持较小的转差率,因而消耗转差功率小,效率高,是异步电动机最为合理的调速方法。目前·变频调速已成为异步电动机最..主要的谓速方式,在很多领城都获得了广泛的应用。


高压变频调速具有如下显著的优点:

    (1)高效节能:含变压器在内的整机效率在96%以上.可减少由负载档板或阀门调节方式导致的节流损失。

    (2)提高功率因数:目前单元级联式的高压变频器.其输入电流谐波含量小于国家标准的限制要求,功率因数可保证在0.95以上,输入功率因数大大提高,无需投资功率补偿设备,并可降低有关的设备投资与维护费用。

    (3)软启、软停:减少对电网和负载的冲击,延长电机等设备的使用寿命。采用变频调速后.可以实现软起动和软制动,几乎不产生冲击,正常运行时又大多低于电机额定转速,可大大延长电机定子、转子轴及轴承等电气与机械寿命。

    (4)节能效果明显。

    对风机而言.流体力学有以下原理:输出风量Q与转速n成正比;输出压力H与转速n的平方成正比;输出轴功率P与转速n的立方成正比;即:

 

    风机特性如图1所示。风机工作在A点时,其功率为PA=H1×Q1/102;风机工作在B点时,其功率为PB=H2×Q2/102。因Q1Q2而且H2H1,故PA与为PB的值变化较大,说明采用变工频工作方式时,改变风机的风量,风机的轴功率减小很大,节能效果显著。

图1 风机特性曲线图

    当风机风量需要改变时,如调节风门的开度,则会使大量电能白白消耗在挡板及管路系统阻力上。如采用变频调速调节风量,可使轴功率随流量的减小大幅度下降。可见,通过变频对风机进行改造,可以实现节能,且节能空间可观。


四、电厂送风机应用高压变频调速技术实例

        广西信发铝电有限公司电厂有3155MW发电机组(汽机).4520t/h锅炉。每台锅炉配备两台离心式送风机.每台送机参数相同,以3#炉甲送风机为例介绍.其拖动电机基本参数如表1所示,靠改变风机风门的开度来调节风最。风机的效率低.损耗大,尤其风量小时,效率极低。

表1 3#炉甲送风机基本参数

       为了降低厂用电率,减少发电成本,公司电厂领导决定在3#, 4#发电机组4台送风机上采用德国安弗森科技生产的41000kW/6kV高压变频器对3#, 4#发电机组送风机分别进行改造。

1、送风机变频控制方案

    变频调速系统本体操作方面,采用RS485通讯,DCS控制和监控.提高了系统的安全性能。通过目前电厂已有的DCS对高压变频器运行状态进行控制,通过RS485通讯多地对高压变频器运行参数进行监控。


送风机变频器受DCS控制时分自动和手动两种方式。手动状态时,运行操作人员通过改变DCS操作画面控制变频器转速,实现烟气含氧量的调节。自动控制时,正常情况下,变频风机作为运行风机长期运行,调节器发出风门全开指令由变频器接受远程调节器的自动转速控制信号调整风机转速满足机组不机组不同负荷的要求。当变频器故障跳闸时,经判断为变频器内部故障,而送风机、电动机均正常情况下,可以手动切换到工频状态,最大可能地降低变频器跳闸后工频运行对系统的影晌。

当单台变频器故障跳闸时,系统联跳变频器上口的高压开关,由送风机原有的连锁动作逻辑实现单侧送风机掉闸,锅炉联跳单侧引风机,实现了机炉自动降负荷的控制逻辑。炉膛负压自动调节系统通过状态前馈控制自动提高另一台送风机的转速,并延时关闭跳闸送风机的挡板,从而减小单台送风机掉闸对炉膛负压值产生的扰动影响。

2、安弗森高压变频调速系统

    广西信发铝电公司电厂3#, 4#发电机组配理送风机4.送风机改造选用德国安弗森AFSHV系列高压变频A4台、并配置自动旁路拒,用于变频/工频切换。采用“一拖一”变频控制。德国安弗森AFSHV系列变频器参数如表2所示。

表2 安弗森AFSHV高压变频器参数

表2 安弗森AFSHV高压变频器参数

3、变频改造主回路

    广西信发铝电公司电厂3#, 4#炉送风机采用4套安弗森AFSHV(1000kW/6kV)高压变频调速系统进行调速控制。4台送风机改造主回路相同,以3#炉甲送风机为例系统改造主回路如图2所示。

原来2台锅炉送风机全部采用工频运行,对4台送风机增设变频调速装置,采用一拖一加自动旁路的方式。将原送风机风门调节的运行方式改为由变频调节风机风量的运行方式。当变频器故障或检修,可选择自动或手动方式切族至工频运行。当送风机变频运行时在DCS界面上调节凡机频率去调整风机转速,从而达到调节风机风量的目的。


    为了保证发电机组安全运行,送风机的动力系统旁路方案采用手动/自动控制方式。选择手动控制方式时,在旁路手动状态下.通过判断,确认单侧送风机跳闸的故障点是在变频器本体。原有送风机动力系统没有问题的情况下,可以将送风机手动恢复工频运行方式.并将恢复工预运行的送风机风门为工频控制状态.实现烟气含含氧量的调节,从而达到一台引风机变频调速、另一台引风机风门调整下两种不同的控制对象,仍然能够实现机炉的全负荷响应的控制要求。

    如选择动控制方式时,在旁路自动状态下.若变级器出现故阵且自动投入允许,系统将首先分断变预骼高压泊入、翰出开关.经过一定延时后.工频旁路开关合闸.电机投入电网工频运行。同时DCS逻辑将风一调节方式转为工倾调节方式.此时运行人员参与调节.确保炉膛燃烧稳定。

    变频器维修完成,系统恢复变频器运行时,可以关闭送风机入口挡板.依命单台变频送风机带锅炉50%70%的负荷.将送风机切换至变频运行方式,依托变频器提供的飞车启动功能,在送风机没有完全停止的情况下恢复设备运行.从而大大减少机组减负荷的时间。

    主回路如图2所示,控制其体介绍如下,旁路柜在变频器进、出线端增加了两个确离刀闸,以便在变频器退出而电机运行于旁路时.能安全地进行变频器的故降处理或维护工作。


旁路柜主要配,:三个真空接触器(KM1,KM2, KM3)和两个刀闸隔离开关K1, K2. KM2KM3实现电气互锁.KM 1, KM2闭合.KM3断开时,电机变频运行;当KM1 , KM2断开,KM3闭合时,电机工频运行。另外,KM1闭合时,K1操作手柄被锁死,不能操作;KM2闭合时,K2操作手柄被锁死,不能操作。

    电机工频运行时,若需对变频器进行故障处理或维护.切记在KM 1, KM2分闸状态下.将隔离刀闸K1K2断开。

    合闸闭锁:将变频器“合闸允许”信号串联于KM 1, KM2合闸回路。在变频器故障或不就绪时,真空接触器KM1KM2合闸不允许;KM1KM2合闸状态下·若变频器出现故障,则“合闸允许”断开,KM1,KM2跳闻,分断变频器高压输入电源.

    如变频器发生隐患,变频器发送“变频器报警”信号至DCS。此时变级器继续运行,检修人员可到本地根据变频器报警信号的信息排出隐患。


4、送风机变频节能效果

      锅炉送风机变组改造后至今运行一年多来,实现了电机软启动.减小了对电网的冲击;减少了对设备的维护量.节约了维护费用;送风机变频改透后.风门全开.由变频实时调节风机风量,电机以及送风机转速下降.系统效率得到提高;由于降低了送风机的转速.设备吸声大大降

低,深受现场工作人员的欢迎。

      为了考寮变频改造的效果,厂节能服务中心将工颐运行的2#机组送风机和变频运行3#4#机组送风机进行比较,主要统计运行救据如表3,4所示。三个机组负荷分别取主汽流量420t/h502t/h两种情况.三个机组均运行168h

表3 2#、3#、4#机组送风机运行数据统计表4 2#、3#、4#机组送风机运行数据统计

      2#炉平均主汽流量=420.2t/h, 3#炉平均主汽流量=421.5t/h, 4#炉平均主汽流量=420.8t/h,三个机组负荷基本相同。与2#相比,3#炉引风机变频运行7天节电54176kW·h 耗电率降低0.35%4#炉引风机变频运行7天节电54163kW·h耗电率降低0.35%。在负荷基本相同的情况下,3#4#炉送风机变频运行耗电较2#炉送风机工频运行节电30.43%

      2#炉平均主汽流量=502.2t/h, 3#炉平均主汽量=502.5t/h, 4#炉平均主汽流量=502.8t/h,在荷基本相同的情况下,3#, 4#炉送风机变频运行耗电较2#炉送风机工频运行节电26.96%


五、结束语

    德国安弗森科技生产的AFSHV系列高压变频器在广西信发铝电公司电厂3#, 4#炉送风机投运以来,其性能稳定、节能效果明显。锅炉送风机随着锅炉出力和燃烧状况进行实时调节,在提高工作效率的同时又得到极大的经济效益具有广阔的推广意义。