480th CFB锅炉引风机变频器改造与应用

　　华电乌达热电厂一期2X150MW热电技改工程是原国家经贸委批复的“国家双高一优，以大带小，热电联产”项目选用由无锡华光锅炉股份有限公司制造的蒸汽流量为480t/h的超高压再热CFB循环流化床锅炉，可燃烧矸石等劣质煤种，通过石灰石脱硫，具有环保、清洁的优势，12机组自投产发电以来，创造了比较好的经济效益。

　　1引风机及液粘调速器引风机是火电厂重要的辅助设备之一，它将锅炉燃烧产生的高温烟气经除尘装置后排向烟道，用来调整锅炉炉膛负压。

　　华电乌达热电公司选用的锅炉采用超高压参数中间再热机组方案设计，与150MW等级汽轮发电机组相匹配，可配合汽轮机定压（滑压）启动和运行，蒸发量为480t/h过热器出口温度为540工每台锅炉装有2台引风机。

　　引风机电机参数。

　　电机型号电机功率/kW额定电压/kV额定电流/A功率因数额定转速/（rmin转速比祝调节方式输入转速/（rmn输出转速要求/（rmn液粘调速器参数。

　　型号额定扭矩パN.m）输入转速/（rmn表1引风机存在问题序号引风机存在问题是否主要原因1液粘调速故障率高，平均故障率达到每日1次是2电机转速快、振动大、噪音大。机械磨损大是3电机轴承温度篼绝缘不良，是4液粘调速器故障频繁，引风机漏油严重，平均每月需加100kg润滑油是5调节阀门需要不断调整开、关状态否6调节阀门开、关频繁造成阀门损坏否7操作方法不当，导致阀门等设备损坏否8协调能力差，导致故障不能及时解决否要2引风机改造的必要性改造前，引风机的转速是通过液粘调速器进行调整，而风量是通过调节风机入口挡板开度来实现，虽然己经采用了高效离心风机，但实际运行效率并不高，主要有4个原因。

　　随着发电机发电负荷的变化，锅炉的送风量、引风量也相应变化，而引风机出力调整是通过调节风机入口挡板开度来实现的，这样就会导致节流损失严重。

　　异步电动机在启动时启动电流一般达到电机额定电流的8~10倍，对厂用电形成很大冲击。

　　强大的冲击转矩对电机和风机的使用寿命存在很大的影响。

　　液粘调速器的各种弊端也是引风机耗能大的一个重要因素。

　　液粘调速器是一种以液体为介质，靠液体动量矩的变化传递能量的装置，工作时是通过一导管调整工作腔的充液量，从而改变传递扭矩和输出转速来满足工况要求111.因此，对工作腔及供油系统需经常维护及检修。液粘调速器调速属耗能型调速方式，在调速范围较大时，产生机械损耗和转差损耗，消耗能量，效率较低，节能效果一般。

　　液粘调速器故障时，无法再用其他方式使其拖动的风机运行，必须停电检修。采用液粘调速器时，在低速向高速运行过程中，延迟性较明显，不能快速响应，此时的电流较大，易引起跳闸，影响系统稳定性。液粘调速器本身控制精度差，调速范围窄通常在40 ~90之间）。在高速运行时，液粘调速器有丢转现象，严重时会影响工作的正常进行。

　　由此可见，若继续使用液粘调速器，将制约电厂实现节能降耗、降低生产成本、提高生产效率、加企业竞争力的目的。所以，有必要对引风机进行节能和调节性能的改造，满足机组整体调节性能的需要。

　　3分析原因锅炉引风机存在问题见表1锅炉引风机运行数据：145MW负荷下风门开度为60，电机电流为110A.可以看出，由于风机电动机设计有一定裕度，且风机风门开度较小，亦有较大裕量，因此，正常生产过程中，风门挡板两侧必定形成较大的风压差，造成较大损失。

　　通过对引风机存在问题的调查与运行数据分析决定拆除引风机液粘调速装置。

　　4改造过程变频器是在不改变电机原有性能的前提下，根据负荷的大小来改变电机的供电频率和电压，以实现电机转速的调节，达到节能的目的。

　　采用高压变频器对引风机的电动机进行转速调节，使引风机的挡板全开，从而改变转速来调节风量，使风机挡板内外风压基本一致。将原来定速运行的截流损耗及高速风压损耗降到低，使引风机在长期运行中的用电量大比例地减小，使发电机组的吨煤耗电量下降，进而提高发电机组的吨煤发电比。

　　41高压变频节电原因由于设备设计余量大而导致的“大马拉小车”现象121、电机定速旋转不可调节等原因，导致资源浪费很大，而变频调节彻底解决了这一问题。

　　由于负载挡板或阀门调节导致的大量节流损失，变频改造后也不再存在。

　　（4）异步电动机功率因数由变频前的0. 85左右变成变频后的095以上。

　　42变频器改造方案（）变频器有较高可靠性，长期运行无故障。

　　（2）变频器有旁路功能，一旦出现故障，可使电机切换到工频运行。

　　具有逻辑控制能力，可以自动按照吹氧周期升降速。

　　有共振点跳转设置，能使电机避开共振点运行，让风机不喘振。

　　43变频器的可靠性设计变频器本体在设计上从以下几方面保障变频器的可靠运行：变压器采用干式变压器并配置自控风冷；采用功率单元串联技术，用成熟的低压变频技术实现高压变频输出；采用特制的绝缘型材及板材，充分保证绝缘要求；脉宽调制波形发生器采用FPGA硬件生成，避免了软件死机的缺陷；功率单元采用单元故障旁路措施，大大提高变频器的整体可靠性；控制与功率单元间采用光纤通讯，可靠性及抗干扰性大大提高；逻辑控制采用西门子PDC及触摸屏，极大提高了工作可靠性；控制回路电源采用双电源，其中一路取自变频器主回路，可自动切换；单元柜采用的并联风道，配以德国原装进口风机。

　　44改造后锅炉引风机变频系统改造后的引风机变频调速系统采用交一直一交、高一高方式，输入侧直接接6kV电压等级的电源，输出连接6kV异步电动机，―HVF系列高压变频器柜由功率单元柜（含控制柜）、变压器柜、进线柜3部分组成。

　　此次改造对引风机进行变频改造，每台风机新增1台高压变频器，共配置2台变频器，将变频器接入到原有的风机电机与高压开关柜中。在正常情况下，每台变频器拖动单台风机电机运行。为改造后的锅炉引风机变频系统图。图中QF保留用户原高压进线开关柜，QSj，QQS3与变频器配套供货。进线柜的QS！，QS2机械互锁、防止误操作。6kV电源经变频装置输入刀闸Q3到高压变频装置，变频装置输出经出线刀闸QS送至电动机；6kV电源还可经旁路刀闸QS直接启动电动机。进出线刀闸和旁路刀闸的作用是：一旦变频装置出现故障，即可马上断开进出线刀闸QS，将变频装置隔离，手动合旁路刀闸QS，在工频电源下启动电机运行。

　　正常时，在控制室通过调节高压变频器的目标给定频率通过4~20mA信号输出到高压变频器）来调节风量。

　　异常时，即变频器出现故障而又无法自动排除时，变频器自动跳机。如为自动工频切换，则变频器内的操作为：QS分真空接触器，QS自动合真空接触器，变频器转为工频运行；如为手动工频切换，则QS分闸后，送一跳闸信号至开关柜断路器使DL联锁跳闸，同时输出一故障信号至控制室。

　　46变频改造前后对比引风机改用变频调速后，在降低风机转速运行的同时，噪音也大幅度降低，同时消除了因调节挡板控制风量而造成的管网内气流紊乱、风量调节不准确以及管网振动和炉膛燃烧不稳等缺陷。

　　使用高压变频器后，风机挡板不需要频繁调整，挡板开度保持在一个比较大的范围内，通过调节变频器的输出频率改变电机的转速，达到调节风量的目的，满足运行工况的要求。

　　由于变频调速驱动系统本身具有软启动功能，使引风机实现软启动，避免了由于电动机直接启动引起的电网冲击和机械冲击，从而可以防止与此有关的一系列事故的发生。

　　变频调速改造后，由于对电机实现真正的软启动，对电机、挡板、高压开关、轴承等设备以及电网的启动冲击大大减少，它们的使用寿命得以延长，也大幅度节省这些设备的维护费用。

　　以上进线柜刀闸与变频装置配套供货ElecfronicPublishi足了电厂峰荷动态调节的需要hi并且与pcc系统实bookmark2变频器高精度宽范围的无级调速功能，全面满现真正的无缝连接。

　　47变频器系统组成高压变频器系统由4部分组成，分别是高压开关柜、变压器柜、单元柜及控制柜。

　　高压开关柜的主要功能为电源的进线、出线以及工频旁路，它主要由3个高压刀闸以及输出侧的电压霍尔传感器、电流霍尔传感器组成。

　　风机部分由冷却风机和相关风机电机组成。这部分在变压器柜的上方，室内空气从进气口进入单元柜，经过单元使其冷却，后吸进风机部分，从柜顶排出。由于风机的运行，在距变频器1m处的标称加权声级可能超过70dB.变压器柜装有向输出单元提供三相电压的输入移相变压器；变压器二次侧有各单元输入电缆的连接点；变压器柜内装有温度监测设备及冷却风机。

　　单元柜每相输出安装有9个单元何包含2个冗余单元选件）每相的输出电压为单元的串联电压。断开每个单元的三相输入电源、2路输出连接、光缆插头和固定螺栓后可将其与柜体分离并拆下；所有单元的机械和电气参数均一致，可以方便地进行互换；每个单元有独立的控制板，通过光缆构成隔离通讯链与系统通讯。

　　功率单元柜每相输出安装有6个功率单元，每相的输出电压为单元的串联电压。独立的输出单元安装在单元柜内；所有单元的机械和电气参数均相同；每个单元有独立的控制板用来与系统通过光纤进行通讯。

　　8变频器控制特性变频器在DCS画面控制时，为了保障引风机电机的正常散热，变频器内部设定了低运转频率，一般频率下限为20H即当给定频率低于20Hz时，变频器自动识别为20H当给定频率高于20Hz时，变频器按给定频率调节转速。

　　采用36脉冲整流，输出每相6个功率单元串联，三相共18个功率单元。

　　独立的输出单元安装在功率单元柜内；所有功率单元的机械和电气参数均相同；每个单元包含独立的控制板用来与系统通过光纤进行通讯。

　　5改造后的收益1直接经济效益经计算，工频条件下耗电量：1机发电量平均为145万M.h的2台引风机平均每小时耗电量均为14 5万腿。h的2台引风机平均每小时耗电量为14401Wh经过对比后：平均每小时的节电量480kWh年节电量3456000M.h（年正常运行时间按300d计算）若电价为024元八腿。h）则年节电收益82944万元。实施所产生的直接费用即引风机变频改造费用为197万元，则收回成本所需时间为238年，3年内即可收回投资成本。

　　52其他间接收益高压变频器的软启动/亭止功能（可以零转速启动）减小了启动冲击电流对电动机和电网的冲击，减小了电机故障，延长了电机的检修周期和使用寿命；同时还避免了冲击负荷对电网的不利影响。

　　变频改造后原调节阀门全开，不需要再作任何调节，可延长阀门使用寿命，减少检修维护费用。

　　变频改造后，原液力偶合器取消，节省了液力偶合器的维护费用。

　　高压变频器特有的平滑调节以及引风机电机的转速降低，减少了风机及电机的机械磨损，降低了轴承、轴瓦的温度，减少了检修费用，延长了设备的使用寿命。

　　采用自动控制，进一步提高了设备运行控制和系统运行管理的自动化水平，从而真正实现自动调节，大大强了运行的安全可靠性。

　　变频器对电机的保护功能齐全，大大提高了电机运行的安全稳定运行。

　　6应用推广火力发电厂辅机很多，大部分厂用电量都是消耗在这些辅机上，降低了每台辅机的单耗就达到了节能降耗的目的。华电乌达热电厂引风机加装变频调速装置改造实施完成后，取得了明显的节电效果，并获得了较好的经济效益和社会效益。