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湖北三環(huán)高壓變頻器在華能秦嶺發(fā)電有限公司的應用

湖北三環(huán)高壓變頻器在華能秦嶺發(fā)電有限公司的應用

 

1、 引言
  華能秦嶺發(fā)電有限責任公司3#~#6鍋爐為直吹式煤粉爐設計出力為220MW,采用平衡通風法,鍋爐配有兩臺吸風機YC3552吸風機,額定風量1452116m3/h、全壓為5600Pa,配用Y2240-6/1430型電動機,額定功率2240kW、額定電壓6kV、額定電流271A,電機無調速裝置,靠改變風機擋板開度來調節(jié)風量;兩臺送風機型號G4-73-11NO29.5D額定風量649000m3/h、全壓為6693Pa,電動機型號YLB173/41-8/10,額定功率1250kW、額定電壓6kV、額定電144A,電機無調速裝置,靠改變風機擋板開度來調節(jié)風量。

        發(fā)電廠的發(fā)電負荷一般在60%-100%之間變化,發(fā)電機輸出功率變化,鍋爐處理也要相應調整,鍋爐的送風量、吸風量相應變化,吸風機出力調整采用通過改變風機的擋板調節(jié),用風門擋板調節(jié)截流損耗很大,尤其在鍋爐低負荷時,風機還可能產生喘振,異步電動機在啟動時啟動電流一般達到電機額定電流的8-10倍,對廠用電形成沖擊,同時強大的沖擊轉矩對電機和風機的使用壽命存在很大不利影響。當風機轉速發(fā)生變化時,其運行效率變化不大,其流量與轉速的一次方成正比,壓力與轉速的平方成正比,軸功率與轉速的三次方成正比,當風機轉速降低后,其軸功率隨轉速的三次方降低,驅動風機的電機所需的電功率亦可相應降低,所以調速是風機節(jié)能的重要途徑。采用變頻調速后可以實現對吸風機電機轉速的線性調節(jié),通過改變電動機轉速使爐膛負壓、鍋爐氧量等指標與吸風機風量維持一定的關系。
  由于目前吸風機風量調節(jié)方式不能很好的滿足鍋爐燃燒能力及穩(wěn)定性運行需要,所以有必要對吸風機進行節(jié)能和調節(jié)性能改造,來滿足機組整體調節(jié)性能需要。
  變頻調速裝置可以優(yōu)化電動機的運行狀態(tài),大大提高其運行效率,達到節(jié)能目的。過去受價格、可靠性以及容量等因素的限制,在我國火力發(fā)電市場上一直未能得到更廣泛的應用。近年來,隨著電力電子器件、控制理論和計算機技術的迅速發(fā)展,變頻器的價格不斷下降,可靠性不斷增強,高壓大容量變頻器已經在發(fā)電廠輔機中得到廣泛應用。
  本次我廠3#鍋爐的吸風機和送上采用了四套高壓變頻裝置,利用變頻器來改變電動機的轉速,以此來調節(jié)吸風機和送風機的風量和風壓。按目前電廠3#鍋爐兩臺吸風機運行實際情況,在機組滿發(fā)的情況下,吸風機運行電流為153A左右,送風機運行電流只有102A左右,為了保證高壓變頻器足夠的余量,我們按照電機額定電流來考慮,最終選定的吸風機高壓變頻器型號為SH-HVF-Y6K/2240、送風機該高壓變頻器高壓變頻器型號為SH-HVF-Y6K/1250為湖北三環(huán)發(fā)展股份有限公司制造,屬于系列電壓源型全數字控制變頻器,為高-高方式、采用H橋串聯方案。

2、風機運行節(jié)能分析
按照流體機械的相似定律,風機、水泵的流量Q、壓頭(揚程)H、軸功率P與轉速n之間有如下比例關系:


 
        離心式風機在變速調節(jié)的 過程中,如果不考慮管道系統(tǒng)阻力R的影響,且風壓H隨流量Q成平方規(guī)律變化,則風機的效率可在一定的范圍內保持最高效率不變(只有在負荷率低于80%時才略有下降)。圖l示出了離心式風機不同調節(jié)方式耗電特性比較情況, 

圖2示出了采用調節(jié)門調節(jié)和轉速調節(jié)方式時風機的效率與流量曲線圖。

       由圖2可知:在風機的風量由100%下降到50%時,變速調節(jié)與風門調節(jié)方式相比,風機的效率平均高出30%以上。因而,從節(jié)能的觀點看,變速調節(jié)方式為最佳調節(jié)方式。

通過以上公式我們可以得出以下結論:
      當鍋爐負荷一定時,若風機系統(tǒng)的漏風率一定,風機效率、電機效率、傳遞效率基本不變時,系統(tǒng)的控制效率越高,電機所消耗的電功率越小。風機系統(tǒng)由原來的風門擋板調節(jié)改為變頻調節(jié),系統(tǒng)的 :控制效率得到顯著提高。

3、改造方案確定
3.1主回路設計
       為了充分保證系統(tǒng)的可靠性,變頻器同時加裝工頻旁路裝置。變頻器異常時,變頻器不能正常運行,電機可以手動切換到工頻運行狀態(tài)下運行,以保證生產的需要;其原理圖如下:

     QF為甲方側高壓開關柜,由甲方提供;QS1、QS2、QS3由乙方與變頻器配套提供。高壓電源經用戶開關柜高壓開關QF到刀閘柜,經輸入刀閘QS1到高壓變頻裝置,變頻裝置輸出經出線刀閘QS2送至電動機;高壓電源還可經旁路刀閘QS3直接起動電動機。進出線刀閘QS1、QS2和旁路刀閘QS3的作用是:一旦變頻裝置出現故障,即可馬上斷開出線刀閘QS2,再斷進線刀閘QS1,將變頻裝置隔離,手動合旁路刀閘QS3,在工頻電源下起動電機運行。QS1、QS2、QS3安裝在一個刀閘柜中與變頻裝置配套供貨。QS2與QS3之間通過機械閉鎖,防止誤操作。電機及用戶側高壓斷路器QF保留甲方原有設備。
3.2、控制方式
A:鍋爐吸風機以壓力為控制對象的閉環(huán)控制,根據鍋爐負荷,維持鍋爐壓力在—50Pa左右,以輸入的4~20mA模擬量值為控制依據,實現自動控制
b: 鍋爐送風機實現開環(huán)控制,根據鍋爐負荷和尾氣中的含氧量,
以上三種控制方式用戶可通過人機界面(觸摸屏)設置,滿足不同的工況要求
3.3對外接口
變頻調速系統(tǒng)進入甲方現有控制系統(tǒng),控制系統(tǒng)根據生產情況,按設定程序實現電機轉速控制。
3.3.1、調速裝置提供的數字量輸出

4、鍋爐控制邏輯改造
      在送風機高壓變頻改造造試運行行期間,由于對高壓變頻器主控芯片虛焊故障后使高壓斷路器跳閘,由于運行經驗不足,造成了鍋爐MFT動作,為此我們和高壓變頻器制造廠家湖北三環(huán)發(fā)展股份有限公司和DSC廠家共同研究后,對控制系統(tǒng)作了如下更改:
吸風機系統(tǒng)
      鍋爐的協調控制正常運行時通常采用鍋跟機的運行方式,一旦一側吸風機高壓變頻器因故障跳閘,則DCS控制系統(tǒng)
(1)、RB動作報警信號發(fā)出;
(2)、給粉機依次以18s間隔自動停運,給粉機停運后相應一次風門關至0%;
(3)、A(或B)吸風機高壓變頻器逐漸升到50Hz,并使電機運行電流小于額定電流,若吸風機電流接近額定電流,則吸風機高壓變頻器輸出頻率應適當降低。送風機高壓變頻器自動強降頻率10%,一次風擋板自動調節(jié);
(4)、 DEH自動以目標值100%降到80%、減負荷速率30MW/min動作;
送風機系統(tǒng)
(1)、RB動作報警信號發(fā)出;
(2)#???給粉機依次以18s間隔自動停運,給粉機停運后相應一次風門關至0%;
(3)、A(或B)送風機動高壓變頻器逐漸升到50Hz,并使電機運行電流小于額定電流,若送風機電流接近額定電流,則送風機高壓變頻器輸出頻率應適當降低。吸風機高壓變頻器自動強降頻率10%,一次風擋板自動調節(jié);
(4)、DEH自動以目標值100%降到80%、減負荷速率30MW/min動作;

5、變頻改造效果
5.1、吸風機送發(fā)風機高壓變頻改造前后運行運行參數對比
現以3#鍋爐為例進行分析
5.2、風機變頻改造后頻運行參數

          在機組負荷率基本相同的情況下,吸風機工頻運行平均功率為1350KW,變頻運行時平均功率1150KW; 送風機工頻運行平均功率為900KW,變頻運行時平均功率525KW;單臺吸風

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