摘要:揚州第二發(fā)電有限公司是江蘇省特大型火力發(fā)電企業(yè),為了降低發(fā)電能耗,我公司決定采用高壓變頻器對凝結(jié)水泵、脫硫增壓風(fēng)機等輔機進行了變頻調(diào)速改造。設(shè)備投運后,節(jié)能效果明顯,設(shè)備運行穩(wěn)定。
關(guān)鍵詞:節(jié)能降耗、高壓變頻器、凝泵節(jié)能改造、電網(wǎng)調(diào)峰
揚州第二發(fā)電有限公司是江蘇省特大型火力發(fā)電企業(yè),具有設(shè)備性能先進、供電煤耗低、調(diào)峰能力強等顯著特點。目前共有4臺600MW燃煤發(fā)電機組。一期#1、#2機組采用亞臨界燃煤發(fā)電機組,二期#3、#4機組采用超臨界燃煤發(fā)電機組。隨著電力市場競爭的加劇及電網(wǎng)峰谷差日趨增大,帶基本負荷的大型汽輪發(fā)電機組被要求參與電網(wǎng)調(diào)峰。從國內(nèi)外調(diào)峰的現(xiàn)狀來看,大型火電機組參加調(diào)峰主要采用低負荷運行方式,以改變機組負荷來滿足系統(tǒng)調(diào)峰需要的運行方式。它是一種傳統(tǒng)的調(diào)峰方式,為了增加可調(diào)出力,機組盡可能在允許的最低負荷下運行。而機組輔機均按照最大發(fā)電負荷設(shè)計,在低負荷時,僅僅能夠依靠調(diào)節(jié)閥門、擋板開度來調(diào)節(jié)流量,造成電能的大量浪費。如何優(yōu)化運行方式,降低輔機的能耗,成為當(dāng)前階段電力企業(yè)必須面對的問題。 為了降低發(fā)電能耗,我公司成立專門的課題組,對國內(nèi)外同行企業(yè)進行調(diào)研,最終認(rèn)為使用變頻調(diào)速技術(shù),采用變頻器調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速,平穩(wěn)調(diào)節(jié)輔機出力,將是有效解決該問題的方法。隨后,我公司通過招標(biāo)選購了北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的高壓變頻器對凝結(jié)水泵、脫硫增壓風(fēng)機等輔機進行了變頻調(diào)速改造。設(shè)備投運后,節(jié)能效果明顯,設(shè)備運行穩(wěn)定,滿足了我們的要求。
一、凝結(jié)水泵變頻改造方案
1.水泵負載調(diào)速節(jié)能原理 變頻調(diào)速在水泵應(yīng)用上和風(fēng)機有所區(qū)別,在很多場合,負載管路特性的改變是用戶用水量減少(即用戶人為關(guān)閥)造成的。水泵在調(diào)速過程中還往往要求壓力恒定,這時水泵的工作點變化如下圖1所示:
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圖1:水泵負載調(diào)速節(jié)能原理 | 流量由Q1變?yōu)镼2時,如果水泵定速運行,工作點將由A點變?yōu)锽點,壓力將升高,威脅管網(wǎng)安全;如果通過調(diào)速方式,水泵工作點將由A點變?yōu)镃點,在提供需要流量的同時,保持壓力不變。水泵在B、C兩點的輸出功率差為:PB -PC=(H3-H2)×Q2。 在A、C兩點,盡管水泵速度不同,但由于在兩種情況下水泵所承擔(dān)的流量不同,其出口壓力和外管網(wǎng)壓力仍然保持平衡。由于壓力平衡的需要,水泵并聯(lián)運行時,調(diào)速水泵的速度不能低于N3,否則將出現(xiàn)根本不對外出水的現(xiàn)象。非但不節(jié)能,還出現(xiàn)水泵空轉(zhuǎn)耗能的現(xiàn)象。 如果在管網(wǎng)特性不變的系統(tǒng)中進行水泵調(diào)速,并且對水壓沒有要求,這種情況下節(jié)能效益比恒壓供水要顯著得多。 2.變頻調(diào)速原理 利德華福HARSVERT-A型高壓變頻器采用多電平串聯(lián)的結(jié)構(gòu)控制方式,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示:
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圖2:利德華福HARSVERT-A型高壓變頻器結(jié)構(gòu)圖 | 10kV系列有24個功率單元,每8個功率單元串聯(lián)構(gòu)成一相,每個功率單元結(jié)構(gòu)上完全一致,可以互換,其電路結(jié)構(gòu)為交-直-交單相逆變電路,整流側(cè)為二極管三相全橋,通過對IGBT逆變橋進行正弦PWM控制。 3.系統(tǒng)旁路柜控制方式
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圖3:系統(tǒng)旁路柜控制原理(虛線框內(nèi)為變頻器廠家提供) | 基本原理:變頻裝置本身配置一臺斷路器QF2作為出線電源開關(guān),同時保留原有2臺斷路器,3臺斷路器完成變頻/工頻的切換,其中QF1與進,出線斷路器之間設(shè)計閉鎖,確保不會出現(xiàn)變頻回路與工頻回路同時閉合。在變頻運行狀況下,變頻裝置進出線開關(guān)閉合,開關(guān)QF1斷開。切換至工頻運行時,先斷開變頻器輸出,此時由電氣線路控制順序為:依次斷開變頻器輸出,輸入開關(guān),然后閉合開關(guān)QF1使電機切換至工頻側(cè),使電機工頻運行。 另外,還保留了電機差動保護功能,采取重新更換電機中性點CT,將其控制信號接入QF2開關(guān)柜內(nèi)綜保裝置,參與差動保護,完善電機保護功能。
二、節(jié)能數(shù)據(jù)分析
1.設(shè)備參數(shù)
凝結(jié)水泵 |
電動機 |
廠家 |
上海KSB |
電動機功率Pdn(kW) |
2000 |
型號 |
NLT500-570ⅹ4S |
電動機轉(zhuǎn)速n0(r/min) |
1493 |
流量(m3/H) |
1631 |
電動機電壓U0(KV) |
10 |
最小流量(m3/H) |
367 |
電動機電流I0(A) |
137.1 |
揚程(m) |
328 |
功率因數(shù) |
0.904 |
效率 |
84.8% |
CT |
250/1 |
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PT |
10000/100 | 2.工頻/變頻狀態(tài)下的年耗電量計算
負荷 |
100% |
90% |
80% |
70% |
60% |
工作時間(小時) |
1000 |
1000 |
1000 |
2500 |
2000 |
工頻單位耗電(kW) |
1663.586 |
1589.976 |
1545.81 |
1516.366 |
1428.034 |
變頻單位耗電(kW) |
1546.3296 |
1230.4128 |
1064.1408 |
1030.8864 |
1014.2592 |
每年節(jié)約分項(元) |
29314.10 |
89890.80 |
120417.30 |
303424.75 |
206887.40 |
每年每臺總 共節(jié)約成本(元) |
749934.35 |
每年節(jié)約耗電(kW) |
2999737.40 |
不同負荷下的節(jié)電率 |
7% |
23% |
31% |
32% |
29% | 三、設(shè)備冷卻方式
雖然變頻器的效率大于96%,但是滿負荷時仍有4%的損耗。其中變壓器的損耗約為總損耗的50%,功率逆變電路的損耗約為總損耗的50%。2000kW的變頻器,滿負荷時的最大損耗為80kW,全部都要轉(zhuǎn)換為熱量。因此,控制室的溫度在變頻器投運后,將會很快上升,如果不采用任何措施,變頻器將無法穩(wěn)定運行。為了提高高壓大功率變頻器的應(yīng)用穩(wěn)定性,解決好高壓變頻器環(huán)境散熱問題,根據(jù)現(xiàn)場實際情況,將變壓器的熱量使用風(fēng)道排出室外,而功率柜采用密閉式空調(diào)冷卻。功率柜密閉冷卻裝置結(jié)構(gòu)如圖4所示:
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圖4:功率柜密閉冷卻裝置其結(jié)構(gòu) | 冷卻設(shè)備主機安裝于變頻器功率柜頂部,該裝置配備兩臺制冷壓縮機,單獨為功率柜進行冷卻。該密閉冷卻裝置與現(xiàn)場接口簡單,提供兩路380V交流電源即可,操作方便,維護量少,保護功能完善。正常運行時,每段電源各帶一臺壓縮機;當(dāng)單段電源故障時,另外一側(cè)工作電源帶兩臺壓縮機運行。兩臺壓縮機設(shè)備停運時,可以通過風(fēng)道回路設(shè)置的風(fēng)門實現(xiàn)變頻器功率柜自身冷卻,減少冷卻裝置故障對變頻器運行的影響。完整的冷卻系統(tǒng)解決方案有效減低了輔助系統(tǒng)的故障率,保證設(shè)備安全運行。
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圖5:HARSVERT-A高壓變頻器在現(xiàn)場運行圖 |
四、結(jié)論
北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的高壓變頻器技術(shù)先進、性能穩(wěn)定,完全滿足現(xiàn)場要求。尤其是密閉冷卻裝置,別樹一幟的技術(shù)思路,大大降低了散熱所需的電能,降低了運行維護費用,值得大力推廣。 采用變頻調(diào)速裝置后,系統(tǒng)實現(xiàn)軟啟動,電機啟動電流遠遠小于額定電流,啟動時間相應(yīng)延長,對電網(wǎng)無大的沖擊,減輕了起動機械轉(zhuǎn)矩對電機機械損傷,降低噪音,降低了震動系數(shù),有效的延長了電機和水泵的使用壽命,減少了檢修維護開支,節(jié)約大量維護費用。 通過我廠的實踐,證明發(fā)電企業(yè)使用高壓變頻器的可行性和經(jīng)濟性,在今后的設(shè)備技改中,我們將會進一步推廣該項技術(shù),為企業(yè)的節(jié)能降耗繼續(xù)努力。
參考資料: 1.《HARSVERT-VA系列高壓變頻器技術(shù)手冊》 2.《揚州二電高壓變頻器改造項目工程資料匯編》 3.《利德華福公司電力行業(yè)資料匯編》
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