電廠風機工藝的變革和節能分析

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　　異步電動機的轉速n與電源頻率f、轉差率s、電機極對數p的關系由下式決定[1]n=60fp（1-s）。可以看出，轉速n與電源頻率f成正比，即改變f就可改變n.基于這一原理，要實現變頻調速可用變頻器作為變頻電源來調節電動機的轉速。
　　節能原理
　　由風機的基本理論可知，風機風量qV與轉速n的一次方成正比，風壓p與轉速n的平方成正比，軸功率P與轉速n的三次方成正比，即qV1=qV2n1n2，p1=p2n1n2，P1=P2n1n23。
　　因此，當系統需減少風量時，調低轉速可使風機功率快速降低。例如，當風量與轉速均下降到額定值的80時，風機功率降低到額定功率的51；當風量與轉速均下降到額定值的60時，風機功率降低到額定功率的21.
　　變頻調速控制風量與調節風門控制風量的節電原理可通過進行比較說明。圖中曲線1為風機在恒速下的風壓-風量特性曲線，曲線2為恒速下功率-風量特性曲線，曲線3為風門全開時的管網風阻特性曲線。風機軸功率正比于管網阻力曲線上的點對應的風壓值p與風量值qV的乘積。點A為額定工作點，此時輸出風量qV1為100，效率最高，軸功率P1正比于p1與qV1的乘積，相當于圖中Ap1OqV1的面積。根據生產的需要，當風量從qV1減少到qV2時，若減小風門開度，則管網阻力增加，管網阻力特性曲線變為曲線4，工況點A移至新的工況點B.可以看出，風量降低，風壓增加，軸功率P2（正比于p2與qV2的乘積，相當于圖中Bp2OqV2面積）和軸功率P1相比減少不多。如果通過變頻調速技術來控制風量，由于風門全開，只改變風機轉速而不改變管網阻力，風機風量由qV1變到qV2時，風機轉速由n1降到n2，風壓-風量曲線下移，如圖中曲線5所示，工況點A沿管網阻力曲線3移至工況點C，即風量減少時風壓p2降低明顯，軸功率P3（正比于p3與qV2的乘積，相當于圖中面積Cp3OqV2）和軸功率P1相比顯著減少，節省的功耗P正比于p（p=p2-p3）與qV2的乘積，相當于圖中面積Bp2p3C.
　　變頻調速技術的特點及評價特點
　　變頻調速具有以下特點：（1）調速范圍廣?？蓱糜诋惒诫妱訖C實現無級調速；高壓大容量變頻器可以做到在0100額定轉速范圍內任意調節。
　　（2）調節精度高、效率高，沒有附加損耗，在正常調速范圍內，變頻裝置的總效率在93以上，功率因數超過0.95.
　　風機的特性曲線（3）可實現真正的軟啟動，并且啟動轉矩大、啟動電流小。
　　（4）設備發生故障時可隨時切換以保持運轉，適用于不允許停機的場合。
　　（5）容易實現生產過程的自動控制及遠程控制。
　?。?）變頻器預留有控制接口，能為機組實現計算機優化控制提供方便。
　　評價
　　應用變頻調速控制技術節能效果明顯、調節性能穩定、調節范圍大、調節響應速度快，并能實現自動化控制。
　　當然，變頻調速技術也有其不足之處：一是我國電站中大功率電動機供電電壓高，而變頻器開關器件的耐壓水平較低，造成電壓匹配上的難題；二是高壓大功率變頻調速技術的技術含量高、難度大、成本高，配置低壓變頻器為800元/kW，而配置高電壓電動機變頻器為2000元/kW，配置高壓電動機變頻器的投資為液力偶合器的68倍，但是一般風機的節能改造都要求低投入高回報，從而造成經濟上的難題。
　　隨著變頻裝置國產化工作的加強，不久的將來國內可望能生產出技術先進、性能可靠、價格合理的產品，滿足國內對變頻裝置日益增長的需求。
　　節能效益分析
　　目前200MW以下火電機組的風機最常用的調節方式是閥門或擋板節流調節，這種調節方式雖然簡單，但能耗很高。據測試，當風機的風量由100降至50時，電機功率則降至額定功率的64，而此時風機的軸功率理論計算值應為額定功率的12.5，可見，大部分功率損失在了節流調節中。
　　為3種調節方式下，風機電動機的耗電特性表。從中可知，在風機高負荷時，變頻調速技術在節能方面并沒有優越性，但在負荷低于80下時，節能效果非常明顯。由于電網峰谷差不斷增大的原因，200MW以下火電機組的引、送風機常年運行在70額定負荷左右，變頻器與風機結合的綜合評價,所以，電站鍋爐風機應用變頻調速技術有許多節能潛力可挖。
　　國產125MW機組鍋爐配置了2臺送風機和2臺引風機，電動機容量分別為550kW和700kW.采用變頻調速技術后，根據測試和計算，與定速風機采用進口導向器調節相比，全年按工作7000h計算，節能效果如下：
　　（1）機組負荷為120MW運行時，每年節電80萬kWh.
　?。?）機組負荷為90MW運行時，每年節電201萬kWh.
　?。?）若按全年1/3時間在8090MW低谷運行，2/3時間在120MW高峰運行，則平均年節電120.3萬kWh，以電費0.6元/（kWh）計算，則年節約電費72.2萬元。
　?。?）若配用2臺西門子ECOO1-500K/3變頻器和2臺西門子ECOO1-800K/3變頻器，設備總價170萬，熱工儀表及自動控制儀表費用2萬元，其他費用1萬元，則總投入173萬元，需要2年5個月收回投資。從價格方面看，一般情況下，液力偶合器的投資可以在半年到一年的時間內，通過節省的電費得到收回，而相同功率的變頻調速器的投資，大約需要一年半到三年的時間。如果是高-高變頻，則需要的時間會更長。
　　某電站結合風機調速改造，對原設備進行了優化配置，取得了相當可觀的節能效果，改造前后節電測試數據如2所示：（1）風機采用變頻器調速后，當負荷為410t/h，節電率26.5；當負荷為370t/h，節電率30.5；當負荷為290t/h，節電率48.5.
　　（2）由于對風機進行了優化配置，加之采用變頻調速技術，避免了大馬拉小車！現象，使風機運行效率大為提高，這也是節電的一個主要原因。
　?。?）近年來，工業發達國家已逐步用交流電機變頻調速取代直流電機調速。交流變頻調速在頻率范圍、動態響應、工作效益、精度要求、輸出特性及使用方便等方面比以往的調壓調速、變極調速、串級調速、滑差調速、液力偶合器調速等均較為優越，也取得了良好的經濟效益。
　　結論
　　變頻調速控制技術在電站風機節能應用中，具有其他調節方式不可比擬的優勢。在風機耗電量占有巨大比例的電站中，利用變頻調速技術，既可提高設備效率，又滿足了生產工藝的要求，大大減少了設備維護、維修費用，經濟效益十分明顯，在電力工業和整個國民經濟的發展中，具有廣闊的應用前景。