1 緒論

1.1 研究背景

火力發(fā)電廠在產(chǎn)生電能的同時(shí)，其本身也是需要損耗電能的，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，火力發(fā)電廠發(fā)電所需的廠用電率約為 4％-13％。高壓電動(dòng)機(jī)的耗電量占廠用的 70%左右，其中，80%為異步電動(dòng)機(jī)，而相當(dāng)一部分是風(fēng)機(jī)、泵類的負(fù)載。該類負(fù)載中 70%仍采用擋板、閥門來(lái)調(diào)節(jié)流量。其中，變頻器并不是不需要調(diào)速，只是因?yàn)轱L(fēng)機(jī)本身并不調(diào)速，所以只能依賴閥門或擋板來(lái)調(diào)節(jié)流量，但是電機(jī)軸上的輸出功率并沒(méi)有減小，這時(shí)候，負(fù)載值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于額定功率，是典型的“大馬拉小車”，這樣電機(jī)在運(yùn)行中大多數(shù)處于空載或輕載運(yùn)行狀態(tài)，相當(dāng)一部份能量損耗在擋板和閥門上，能源浪費(fèi)嚴(yán)重。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高壓變頻器出現(xiàn)了，其主要作用是節(jié)能和工藝調(diào)速

隨著變頻器可靠性的提高和調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，火力發(fā)電廠使用變頻技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗將會(huì)成為主流手段之一。

目前，國(guó)內(nèi)外已有很多廠商能生產(chǎn)成熟的高壓變頻器產(chǎn)品，其具有平滑調(diào)速、無(wú)噪音、節(jié)能、能變頻定值調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)，是靠擋板調(diào)節(jié)所望塵莫及的。但是初期由于變頻器的價(jià)格昂貴，且質(zhì)量難以保證，實(shí)際使用并不普遍。到現(xiàn)在，變頻調(diào)速技術(shù)已相當(dāng)成熟，可靠性高，而且價(jià)格已大幅下降。因此，各電廠的重要輔機(jī)進(jìn)行變頻節(jié)能改造已成為一種重要選擇。某發(fā)電公司引風(fēng)機(jī)仍采用擋板調(diào)速，耗能嚴(yán)重，如果進(jìn)行引風(fēng)機(jī)變頻改造，將對(duì)火力發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著重要的意義。

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1.2 研究目的和意義

引風(fēng)機(jī)是火力發(fā)電廠的重要輔機(jī)，其主要作用是排出鍋爐燃燒所產(chǎn)生的煙氣，，并維持爐膛負(fù)壓，克服煙道內(nèi)部的壓力損失。就目前來(lái)說(shuō)，大部份的引風(fēng)機(jī)均采用擋板調(diào)節(jié)方式，隨著機(jī)組負(fù)荷的變化，引風(fēng)機(jī)在部份負(fù)荷段調(diào)節(jié)時(shí)，電機(jī)輸入功率不變，大量能量損耗在檔板上，系統(tǒng)效率低；而且，風(fēng)機(jī)的擋板一般為機(jī)械結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)品質(zhì)差，由于爐膛負(fù)壓的波動(dòng)會(huì)反復(fù)沖擊風(fēng)機(jī)擋板，所以，容易造成風(fēng)機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)設(shè)備故障。

因此，對(duì)引風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造，解決上述問(wèn)題是十分迫切和有必要的。

引風(fēng)機(jī)是火力發(fā)電廠的耗電大戶，利用高壓變頻器進(jìn)行風(fēng)機(jī)的節(jié)能改造，對(duì)火力發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著重要的意義。

通過(guò)引風(fēng)機(jī)增裝高壓變頻器項(xiàng)目的實(shí)施，可減少機(jī)組廠用電量，按照機(jī)組70％負(fù)荷率，年節(jié)省電量 30％計(jì)算，進(jìn)行引風(fēng)機(jī)變頻改造，一般 2 到 3 年就可以收回投資成本。

引風(fēng)機(jī)實(shí)施變頻改造后，除節(jié)能效果明顯外，還有其它附加收益：

(1)變頻啟動(dòng)能減少啟動(dòng)電流，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)軟啟動(dòng)，同時(shí)還能減少對(duì)風(fēng)機(jī)負(fù)載和電源系統(tǒng)的沖擊，延長(zhǎng)風(fēng)機(jī)的使用年限。

(2)引風(fēng)機(jī)變頻器的頻率調(diào)節(jié)可控性強(qiáng)，可靠性高，優(yōu)于原來(lái)的擋板調(diào)節(jié)方式，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。

(3)引風(fēng)機(jī)變頻改造后不僅具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，還能減少風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的振動(dòng)，穩(wěn)定爐膛壓力，提高鍋爐穩(wěn)定性。

(4)引風(fēng)機(jī)變頻改造后，由于風(fēng)機(jī)采用的是變頻器的調(diào)節(jié)方式，可以降低風(fēng)機(jī)運(yùn)行的噪音，減少風(fēng)機(jī)的磨損和密封系統(tǒng)的損壞。

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2 節(jié)能技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展

2.1 電廠節(jié)能減排現(xiàn)狀研究和發(fā)展

2.1.1 我國(guó)節(jié)能減排現(xiàn)狀研究

近幾年，為緩解我國(guó)能源的供求矛盾、推動(dòng)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型和技術(shù)進(jìn)步、改善環(huán)境、確保經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，我國(guó)陸續(xù)出臺(tái)了很多的節(jié)能減排措施，通過(guò)各級(jí)政府和相關(guān)企業(yè)的努力，我國(guó)的節(jié)能減排工作取得了很好的成績(jī)。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，在 2010－2015 年間，我國(guó)共節(jié)省了 4 億噸煤，減少了 10 億噸二氧化碳排放。2015 年，二氧化硫、氮氧化物排放量比 2010 年相比分別下降了8.1%和 2.5%。

隨著我國(guó)科技進(jìn)步和節(jié)能措施的落實(shí)，節(jié)能工作取得的效益大由度提高。其中，環(huán)保產(chǎn)業(yè)也迎來(lái)發(fā)展良機(jī)，2015 年，環(huán)保產(chǎn)值達(dá) 4.5 萬(wàn)億，成為經(jīng)濟(jì)的新支柱；最近幾年，環(huán)保產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)率連續(xù)增長(zhǎng)，是我國(guó)節(jié)能產(chǎn)業(yè)的重要支柱。據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，節(jié)能服務(wù)產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值從 2010 年 836.29 億元增長(zhǎng)到 2015 年的3127.34 億元。

2.1.2 火電企業(yè)節(jié)能現(xiàn)狀研究

21 世紀(jì)后，火電企業(yè)快速發(fā)展，產(chǎn)能不斷提升。機(jī)組容量也不斷增大，從最初的小容量機(jī)組，到 600MW 的亞臨界機(jī)組，再到 1000MW 的超臨界機(jī)組，如鄒縣電廠、玉環(huán)電廠、北侖電廠等都具有 1000MW 的超臨界機(jī)組，為國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供民源源動(dòng)力。但是，目前，火力發(fā)電廠所面臨的形勢(shì)是越來(lái)越惡劣，要想在竟?fàn)幹忻摲f而出，必須了解國(guó)家的節(jié)能減排政策，這是因?yàn)樾履茉窗l(fā)電給火電企業(yè)帶來(lái)了一定的沖擊，要想生存，必須熟悉宏觀政策，依托科技進(jìn)步、提高發(fā)電效率，滿足國(guó)家不斷提高的節(jié)能要求。

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2.2 風(fēng)機(jī)節(jié)能現(xiàn)狀和發(fā)展

2.2.1 風(fēng)機(jī)的主要作用

在火力發(fā)電廠中，風(fēng)機(jī)是重要輔機(jī)。其中，引風(fēng)機(jī)的主要作用是抽出爐膛煙氣，將煙氣送到到脫硝、脫硫系統(tǒng)或直接排入大氣，并維持爐膛負(fù)壓。而一次風(fēng)機(jī)的主要作用是，將鍋爐排放的煙氣中的余熱再利用，保證爐膛溫度，提高鍋爐效率。送風(fēng)機(jī)的主要作用是提供二次風(fēng)，通過(guò)空氣預(yù)熱器后，一部分到燃燒器提供邊界風(fēng)，夾心風(fēng)等，對(duì)噴燃器處的火焰有影響，同時(shí)可以冷卻噴燃器。

為確保鍋爐充分燃燒，在運(yùn)行中要及時(shí)的調(diào)整一次風(fēng)量，如果風(fēng)量較少，鍋爐不能充分燃燒，就會(huì)影響效率，還有結(jié)焦的風(fēng)險(xiǎn)，如果風(fēng)量過(guò)大，使床溫降低，也會(huì)引起熱損失，從而影響鍋爐效率。

2.2.2 風(fēng)機(jī)節(jié)能現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)風(fēng)機(jī)節(jié)能現(xiàn)狀與國(guó)外相比還是有一定的差距，國(guó)外風(fēng)機(jī)整體質(zhì)量較好，效率較高。國(guó)內(nèi)風(fēng)機(jī)的主要現(xiàn)狀體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）風(fēng)機(jī)系列型號(hào)不全。

（2）風(fēng)機(jī)裝置效率低。一是風(fēng)機(jī)的變速調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)比較落后;二是調(diào)節(jié)方法大部分還是采用閥門來(lái)調(diào)節(jié)。

（3）風(fēng)機(jī)的實(shí)際工作點(diǎn)偏離最高效率工況點(diǎn)。比如選用過(guò)大的安全裕量和選擇無(wú)相似性能的風(fēng)機(jī)規(guī)格，導(dǎo)致工作點(diǎn)偏離。

（4）電動(dòng)機(jī)選型偏大。由于國(guó)產(chǎn)電機(jī)型號(hào)少，不一定均會(huì)有風(fēng)機(jī)相對(duì)應(yīng)的電機(jī)型號(hào)。電機(jī)在選型時(shí)，往往會(huì)選擇功率較大的電機(jī)，從而降低了電機(jī)的負(fù)荷率，浪費(fèi)能量。

（5）系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理, 增加了風(fēng)機(jī)阻力,降低了風(fēng)機(jī)使用效率。

總體來(lái)說(shuō)，國(guó)外節(jié)能技術(shù)水平優(yōu)于國(guó)內(nèi)，但隨著國(guó)家的發(fā)展，國(guó)內(nèi)風(fēng)機(jī)技術(shù)水平也是不斷的取得一個(gè)又一個(gè)新臺(tái)階。

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3 可行性分析和節(jié)能預(yù)測(cè) ................. 13

3.1 某發(fā)電公司介紹 ................. 13

3.2 鍋爐和煙風(fēng)系統(tǒng) ........... 13

4 設(shè)備選型和項(xiàng)目方案研究 ................... 23

4.1 變頻器拓樸型式的選擇 ............. 23

4.1.1 變頻器拓樸型式的分類 ................. 23

4.1.2 拓?fù)湫褪絻?yōu)勢(shì)分析和選擇建議 ............... 23

5 項(xiàng)目實(shí)施難點(diǎn)和運(yùn)行維護(hù)管理研究 ........... 31

5.1 變頻器散熱防塵問(wèn)題的解決方案 ............. 31

5.1.1 變頻器室通風(fēng)類型 ............... 31

5.1.2 變頻器室運(yùn)行環(huán)境的評(píng)估意見(jiàn) ............ 31

6 節(jié)能效果與可靠性分析

6.1 節(jié)能效果分析

6.1.1 節(jié)能試驗(yàn)方法

引風(fēng)機(jī)變頻改造后，應(yīng)進(jìn)行節(jié)能效果試驗(yàn)，該試驗(yàn)與改造前節(jié)能效果分析有所不同，改造前是通過(guò)理論計(jì)算得出節(jié)能效果，改造后應(yīng)從實(shí)際的運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)并計(jì)算所得，一般可分為單耗分析法或模擬法。

單耗分析法，是通過(guò)統(tǒng)計(jì)變頻改造后機(jī)組發(fā)電量、引風(fēng)機(jī)耗電量、廠用電率等相關(guān)數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算輔機(jī)的單耗情況，最終算出節(jié)電效果的一種方法，其中輔機(jī)單耗等于引風(fēng)機(jī)月耗電量除以月機(jī)組發(fā)電量。該方法較為簡(jiǎn)單，直觀，但受到的干擾也較多，準(zhǔn)確性不如模擬法。

模擬分析法，是機(jī)組在不同負(fù)荷條件下，選取工頻與變頻情況下的引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、擋板開(kāi)度、電機(jī)電流等數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。由于引風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行時(shí)，頻率是可調(diào)的，所以，為統(tǒng)計(jì)工頻方式下的數(shù)據(jù)情況，可將頻率調(diào)至工頻模式，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，然后與變頻方式下的相關(guān)數(shù)據(jù)比較，得出差值，然后進(jìn)行節(jié)能效果計(jì)算。節(jié)能試驗(yàn)時(shí)，可選擇比較具有代表性的三個(gè)工況，分別為：300MW、450MW、600MW。采用模擬法時(shí)，應(yīng)特別注意，變頻方式和工頻方式的運(yùn)行工況盡可能保持一致。

由于引風(fēng)機(jī)變頻改造后，為確保節(jié)能結(jié)果計(jì)算準(zhǔn)確，一般建議采用模擬分析法。

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7 項(xiàng)目總結(jié)及展望

7.1 項(xiàng)目總結(jié)

某發(fā)電公司引風(fēng)機(jī)變頻改造項(xiàng)目的研究成功解決了引風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率低、故障率高、調(diào)節(jié)品質(zhì)差等問(wèn)題，在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了全國(guó)領(lǐng)先。引風(fēng)機(jī)變頻器改造后，變頻器容量居全國(guó)領(lǐng)先，功率達(dá) 3900kW，功率單元額定電流達(dá) 500A。變頻器具有單元旁路功能，大大的提高了系統(tǒng)的可靠性，當(dāng)變頻器每相任何 1 個(gè)功率單元故障后，能將故障模塊旁路，允許每相有不同的功率單元數(shù)量運(yùn)行。兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)可實(shí)現(xiàn)一工一變并列運(yùn)行，并能全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)方式。判斷風(fēng)機(jī)是在工頻還是變頻運(yùn)行的條件，采取了冗余判斷和異常報(bào)警措施。對(duì)高壓開(kāi)關(guān)信號(hào)采用 3 冗余，對(duì)引風(fēng)機(jī)“變頻運(yùn)行信號(hào)”增加了電流值作為其附加的判斷條件。

其次，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益.節(jié)電試驗(yàn)結(jié)果表明引風(fēng)機(jī)變頻改造后節(jié)電效果明顯，負(fù)荷越低，節(jié)電效果相對(duì)越明顯，根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，每臺(tái)引風(fēng)機(jī)可減少功率 733kW 左右，節(jié)電率在 43%左右。按機(jī)組每年運(yùn)行 300 天統(tǒng)計(jì)，2 臺(tái)引風(fēng)機(jī)每年可減少?gòu)S用電 1054 萬(wàn)度左右。按照上網(wǎng)電價(jià) 0.4 元/度電計(jì)算，引風(fēng)機(jī)變頻改造后年直接創(chuàng)造效益 421.6 萬(wàn)元，兩至三年可收回初始投資成本。

再次，引風(fēng)機(jī)變頻器改造后，變頻器成了新的故障點(diǎn)，由于引風(fēng)機(jī)變頻器重故障會(huì)導(dǎo)致機(jī)組 RB,如何確保變頻器運(yùn)行安全已成為重要課題。應(yīng)通過(guò)建立變頻器維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)、完善檢修周期和項(xiàng)目、加強(qiáng)人員培訓(xùn)及備品庫(kù)建立等手段提升變頻器的運(yùn)行安全。

最后，引風(fēng)機(jī)變頻器的卡件、功率單元等部件質(zhì)量還不夠穩(wěn)定，會(huì)導(dǎo)致變頻器發(fā)生重要故障，因此需通過(guò)加強(qiáng)變頻器房空調(diào)運(yùn)行管理和變頻器房的衛(wèi)生管理來(lái)改善變頻器的運(yùn)行環(huán)境，結(jié)合定期檢修，讓變頻器故障和缺陷呈下降趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)（略）