一、行業(yè)概訴
目前,在我國(guó)電源結(jié)構(gòu)中,火電裝機(jī)容量占74%,發(fā)電量占80%;水電裝機(jī)容量占25%,發(fā)電量占19%;核電僅占1%左右。而火電廠的各類輔機(jī)設(shè)備中,風(fēng)機(jī),水泵類設(shè)備占了絕大部分,蘊(yùn)藏著巨大的節(jié)能潛力。
二、風(fēng)機(jī)的選擇和應(yīng)用
風(fēng)機(jī)是火力發(fā)電廠重要的輔助設(shè)備之一,我國(guó)電站已經(jīng)普遍采用了離心風(fēng)機(jī)。以75(T/H)循環(huán)流化床爐為例,通常每臺(tái)鍋爐配備一臺(tái)400kW引風(fēng)機(jī),一臺(tái)315kW一次風(fēng)機(jī),一臺(tái)250kW二次風(fēng)機(jī)。由于鍋爐在正常運(yùn)行中的燃燒構(gòu)成、熱負(fù)載、電負(fù)荷以及季節(jié)等因數(shù)變化較大,因此,鍋爐燃燒所需要的氧氣在不同的情況下也相應(yīng)有較大的變化。然而,鍋爐配置的風(fēng)機(jī)是按鍋爐最大負(fù)荷情況下所需的最大風(fēng)量設(shè)計(jì)的,并考慮到鍋爐在事故狀態(tài)下的風(fēng)壓、風(fēng)量裕度,即相應(yīng)的保險(xiǎn)系數(shù)。根據(jù)我國(guó)現(xiàn)行的火電設(shè)計(jì)規(guī)程SDJ—79規(guī)定,燃煤鍋爐的送、引風(fēng)機(jī)的風(fēng)量裕度分別為5%和5~10%,風(fēng)壓裕度分別是10%和10~15%,而實(shí)際設(shè)計(jì)中,風(fēng)量和風(fēng)壓的裕度達(dá)20~30%是比較常見(jiàn)的。所以,風(fēng)機(jī)電機(jī)功率的配置一般都比較大。
三、鍋爐風(fēng)機(jī)風(fēng)量的控制方法
1、風(fēng)門控制
鍋爐風(fēng)機(jī)的風(fēng)量裕度通常都比較大,如果采用風(fēng)門控制,風(fēng)門擋風(fēng)板的平均開度一般在50%左右,大量能源浪費(fèi)在克服擋風(fēng)板阻力上,風(fēng)機(jī)效率下降。同時(shí)還會(huì)帶來(lái)管網(wǎng)壓力不穩(wěn)定,難以精確控制,以及電機(jī)啟動(dòng)電流過(guò)大造成的對(duì)電機(jī)的損耗和電網(wǎng)沖擊等其他問(wèn)題。
2、液力耦合器控制
液力偶合器是一種耗能型的機(jī)械調(diào)速裝置,調(diào)速越深(轉(zhuǎn)速越低)損耗越大,特別是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載,由于輸入功率不變,功率損耗將隨轉(zhuǎn)速損失成比例增大。對(duì)于風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載,由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩按轉(zhuǎn)速平方率變化,則輸入功率則按轉(zhuǎn)速的平方率降低,損耗功率相對(duì)小一些,但輸出功率是按轉(zhuǎn)速的立方率減小,調(diào)速效率仍然很低。液力耦合器的平均調(diào)速效率在50%左右。
3、變頻調(diào)速
變頻調(diào)速是靠調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)改變風(fēng)機(jī)風(fēng)量。按流體機(jī)械定律,風(fēng)機(jī)軸功率P與轉(zhuǎn)速n之間的關(guān)系如下所示
在風(fēng)機(jī)風(fēng)量由100%下降到50%時(shí),變頻調(diào)節(jié)與風(fēng)門調(diào)節(jié)相比,風(fēng)機(jī)的效率平均高出30%以上。
不同調(diào)節(jié)方式下,變頻驅(qū)動(dòng)控制在節(jié)能和提高效率方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。
四、變頻調(diào)速方案選擇
根據(jù)電機(jī)電壓及變頻器輸入電壓等級(jí)的不同,電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速有四種方案:高—高,高—低—高,高—低,低—低。
在保證系統(tǒng)高效,可靠運(yùn)行的前提下,為達(dá)到系統(tǒng)搭建的合理性和運(yùn)行過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性,STD結(jié)合自身工程項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn),以及STD變頻器的特性,按如下原則選用變頻驅(qū)動(dòng)方案:
五、投資成本與回報(bào)比較
以75噸流化循環(huán)爐為例,一般電廠采用6kV交流電源,按照引風(fēng)機(jī)400kW,一次風(fēng)機(jī)315kW,二次風(fēng)機(jī)250kW各一臺(tái),計(jì)算主要設(shè)備投資成本并比較。另外,在通常設(shè)計(jì)中風(fēng)門依然保留,以下成本分析旨在比較各方案的差異性,電纜等成本不列入比較之中。
1、風(fēng)門+高壓電動(dòng)機(jī)控制
特點(diǎn):投資成本低,系統(tǒng)簡(jiǎn)單。但啟動(dòng)電流大,不節(jié)能,控制精度低,難維護(hù),自動(dòng)化程度不高。
2、液力耦合器+高壓電動(dòng)機(jī)
特點(diǎn):電流小,減少電網(wǎng)沖擊,調(diào)速穩(wěn)定,節(jié)能。但投資成本高,設(shè)備維護(hù)成本高,自動(dòng)化程度低,節(jié)能效果不明顯。
3、低壓變頻器+低壓電機(jī)
特點(diǎn):平均節(jié)能30%以上。電機(jī)軟啟動(dòng),對(duì)電網(wǎng)無(wú)沖擊,可靠性高,免維護(hù),調(diào)速特性優(yōu)良,機(jī)械振動(dòng)小和磨損較少,保護(hù)功能完善,自動(dòng)化程度高,容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)控制和計(jì)算機(jī)通訊。
六、結(jié)束語(yǔ)
按照年平均運(yùn)行5000小時(shí),每度電0.4元計(jì)算,采用低壓變頻解決方案,每年因節(jié)能帶來(lái)的成本節(jié)約為:
(400+315+250)kW×5000h×30%×0.4=579000元(RMB)
因此,從電廠工藝狀況和投資回報(bào)率角度考慮,低壓變頻方案是最經(jīng)濟(jì)可靠的。
除了顯著節(jié)省能源以外,采用變頻控制還具有其他諸多優(yōu)點(diǎn):電機(jī)軟啟動(dòng),齊全的保護(hù)功能,調(diào)速特性優(yōu)良,精度高,自動(dòng)化程度高,便于監(jiān)測(cè)和通訊,維護(hù)方便等。
近年來(lái),STD低壓變頻解決方案已在國(guó)內(nèi)多家電廠的鍋爐風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)中取得了廣泛應(yīng)用。從應(yīng)用效果看,無(wú)論在系統(tǒng)搭建,設(shè)備運(yùn)行的可靠性,還是成本及環(huán)???jī)效評(píng)估方面,均取得了令用戶滿意的效果。