大型循环流化床机组一次风机变频节能改造
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作者: 尹立亚 房大明
摘 要 随着节约型社会建设的不断深入，在各个领域加强节能管理和控制，成为提升生产效率，降低环境污染的重要途径。在电力生产的过程中，节能有着更为重要的意义。本研究以大型循环流化床机组一次风机变频节能改造为就对象，就节能改造的方案和实施效果等，进行了深入的探究。通过本研究以期为其他电厂风机变频改造，提供参考和借鉴。
关键词 一次风机；循环流化床机组；变频节能；改造
中图分类号：TM92 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）041-071-02
在传统的电厂生产工艺设计中，风机的流量控制主要借助调节挡板的开度来完成，而挡板截流所消耗的能量确是惊人的。高压变频有着优良调节品质、节能效果显著等特征，正在被广泛应用于电厂中风机、水泵等的流量调节。
1 一次风机工艺流程介绍
1.1 一次风机设计参数分析
我厂锅炉两台300MWCFB机组一次风机为6 kV、3150 kW定速电机驱动运行，通过调节进口挡板的开度，实现对一次风量的调整。为了更好的适应锅炉负荷产生的变化，选用的一台一次风机的容量为50%BMCR，风机电流约280 A，挡板的开度在35%左右，风压约19.8 kPa，节流损失较大。参数见表1。
表1 一次风机设计规范
1.2 一次风机的应用
一次风主要用于流化炉膛中的床料，一次风控制分一次风压控制及二侧热一次风量控制。一次风压调节通过一次风机入口挡板，维持一次母管压力与机组负荷指令关系。二侧热一次风量定值是煤量指令的函数，为均衡二侧床料厚度，需要二侧风量一致；为保证正常流化，设最小一次风量下限。本控制系统的主要作用是通过控制一次风门挡板来控制一次风量。运行实践证明两台一次风机经常处于较低的效率工况下运行，即使满负荷，一次风机进口导叶开度也不到40%。不论风压需求大小，风机都要全速运转，大量的能量消耗在了风机进口导叶的节流损失中。此外异步电动机启动电流达到额定电流的5-7倍，强大的冲击转矩对电机和风机的使用寿命造成影响。为解决上述问题，经反复论证，决定对#1、2炉四台一次风机进行变频改造，以实现减少厂用电消耗、提高风机效率。
2 一次风机变频改造内容
根据一次风机运行能耗大、挡板节流损失大、电机启动电流大等特点，相关专业技术人员进行了一次风机变频改造专题会，并实地调研同类电厂一次风机变频改造后运行的安全性和经济性。同时委托专业研究单位实地进行了一次风机热态试验，试验结论一次风机最高运效率为65%左右，一次风机有较大的节能潜力。
2.1 一次风机变频调速改造方案
按照一次风机制造厂提供的风机的性能曲线，进行了一次风机进口调节门的开度固定为0°时的绘制，得到变转速（工频转速为1480 r/min）的风机性能曲线，同时将本次试验实测所得的热态运行点标注在其中（详见图1）。
图1 一次风机变转速性能曲线及热态运行点
2.2 一次风机变频调速改造方案及节能量计算
风机变频改造后，其热态运行状态；改后风机的运行效率明显提高，详细的改前改后节能量分析。根据下面的公式进行电动机输入功率的计算：
Pa=Pe/（ηn×ηjx×ηbp×ηdj）。
公式里面：Pe–风机空气功率。
ηjx-机械效率：取98%。
ηn-性能曲线上风机效率：具体数值根据风机不同运行点而异（详见图1）。
ηbp-变频器效率：变频器本身的设备效率，取95%。
ηdj-电动机效率，按照经验数据计算取94%。
一次风机，按年运行5500小时计，峰谷平时间各占1/，工频运行状态下，一次风机的年耗电量为59726962 kW·h；若变频器改造后，一次风机年耗电量为47051304 kW·h；4台一次风机年节电量12675658 kW·h。
若kW·h电按0.3元计算，采用变频器调节转速方案4台引风机每年节电量折合人民币约为380.3万元。
4台变频器年运行费用共20万元；实际变频器改后年节省费用为360.3万元。
国内生产的高压变频器及变频器配套所需厂房、电缆线等辅助设备费用约为1000～1200元每千瓦，风机电机功率为3150 kW，4台总投资约1260～1512万元左右。
对4台风机进行变频改造投资回收年限约为：1260～1512÷360.3=3.5～4.1（年）。
综上所述，变频器投资回收年限约为3年半到4年。
2.3 电厂大功率风机变频改造
目前电厂选择变频改造主要有两种方式，一是纯变频运行，当变频器故障时直接跳闸一次风机，二是变频故障自动切换旁路运行，但两种方式可靠性均较低。鉴于此，公司在进行变频改造设计时采用旁路开关，在变频器自身产生故障的时候，能够实现自动切换到旁路运行。这样可以有效避免一次风压降低，保证机组继续安全运行。
工程设备总价1085万元。2010年9月对#2炉2台一次风机实施高压变频改造。
3 一次风机变频改造后节能分析
3.1 一次风机变频调速改造方案及节能量计算
风机变频改造后，其热态运行状态；改后风机的运行效率明显提高，详细的改前改后节能量分析，列于表4。
电动机输入功率按下式计算（以下相同）：
Pa=Pe/（ηn×ηjx×ηbp×ηdj）。
式中：Pe–风机空气功率
ηjx-机械效率：取98%。
ηn-性能曲线上风机效率 （详见图1）。
ηbp-变频器效率：变频器本身的设备效率，取95%。
ηdj-电动机效率：本次计算取经验数据94%。
变频器改造后的节能量估算预测，详见表2。
表2中，一次风机根据2010年运行时间按5500小时计，峰谷平负荷运行时间各占1/3时间，则由本次试验一次风机的年耗电量为57613248 kW·h；若变频器改造后，一次风机年耗电量为30864240 kW·h；那么4台机组一次风机年节电量26749008 kW·h。
若kW·h按0.3元计算，采用变频器调节转速方案4台一次风机每年节电量折合人民币约为802.5万元。
3.2 一次风机变频调速改造投资回收分析
4台变频器年预估运行费用共20万元；实际变频器改后年节省费用为782.5万元。折算为标准煤约为9362.1吨标准煤。
设备、土建、安装、人工费、材料费等两台机组4台高压变频器预计总投资约在1200万元。
变频改造投资回收年限约为1.5（年）。
4 结论
综上所述，风机变频改造完成后，在同负荷条件下，变频切工频和RB的试验结果证明，一次风机变频控制方案，能够借助优秀的控制品质，来更好地满足变频器产生故障时的控制需求，这对于保证机组的安全运行、降低厂用电率发挥了重要的作用，既节约了能源，又提升了效率，对构建节约型电厂有着重要的意义。
参考文献
[1]张锦荣.风机变频调速节能的应用实例[J].风机技术，2001（02）.
[2]陈公卫.热电厂锅炉风机调速运行方案探讨[J].建筑热能通风空调，1998（03）.
[3]霍晓辉，冯叶亮.E350-4T1850变频器在风机上的应用[J].电机与控制应用，2009（10）.
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