變頻器在火電廠輔機傳動系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀與經(jīng)濟性評價_secret

1、變頻器在火電廠輔機傳動系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀與經(jīng)濟性評價摘 要：據(jù)統(tǒng)計我國火電廠平均發(fā)電煤耗396 g/(kWh)，比發(fā)達國家高出6080 g/(kWh)，其中一個主要原因就是國內(nèi)火電廠的廠用電率明顯偏高，主要廠用輔機運行效率低下，使廠用電率長期徘徊在7.5%左右關(guān)鍵字：變頻器 火電廠 輔機傳動系統(tǒng)0前言據(jù)統(tǒng)計我國火電廠平均發(fā)電煤耗396 g/(kWh)，比發(fā)達國家高出6080 g/(kWh)，其中一個主要原因就是國內(nèi)火電廠的廠用電率明顯偏高，主要廠用輔機運行效率低下，使廠用電率長期徘徊在7.5%左右。由于以下原因，近年來火電廠的廠用電率還有上升的趨勢： 隨著鍋爐設(shè)備的改進與完善和電廠管理水平的提高，

2、漏風(fēng)、漏水率明顯降低，使風(fēng)機、水泵出現(xiàn)了明顯的功率裕量過大問題，使原有的“大馬拉小車”現(xiàn)象更為突出。隨著裝機容量的增加，有些電網(wǎng)供電容量出現(xiàn)富裕，部分機組長期處于低負(fù)荷運行狀態(tài)，進一步惡化了電廠輔機的運行經(jīng)濟性。由于電網(wǎng)負(fù)荷結(jié)構(gòu)的變化，負(fù)荷的峰谷差拉大，大型火電機組也要參與調(diào)峰和深調(diào)峰運行，將來甚至可能兩班制運行，原有的輔機流量調(diào)節(jié)方式不能完全適應(yīng)調(diào)峰要求，也會出現(xiàn)電能浪費和調(diào)節(jié)特性變差的情況。因此，為了抑制日益增長的廠用電率，提高火電廠經(jīng)濟效益，有相當(dāng)多的電廠不惜投巨資，采用新興的變頻調(diào)速技術(shù)對主要輔機傳動系統(tǒng)進行更新改造。近二年中壓變頻器基本上取代了其他變速驅(qū)動方式(例如液力耦合器、雙速電

3、機和串級調(diào)速驅(qū)動等)成為電廠輔機傳動系統(tǒng)節(jié)能改造的主要技術(shù)措施之一。1火電廠大中型輔機變頻器的應(yīng)用現(xiàn)狀目前，國內(nèi)火電廠主要輔機傳動系統(tǒng)變頻器應(yīng)用推廣情況如表1所示。由表1不難看出：(1) 火電廠所采用的變頻調(diào)速傳動系統(tǒng)幾乎包括了目前所有的設(shè)備配置方案，即高壓方案、中壓方案、高低高方案和低壓方案。各種方案的設(shè)備配置情況如表2所示。其中采用保留原有6 kV電動機的高壓方案使用最多，約占總臺數(shù)的85%(74臺)及總?cè)萘康?3%(89 650 kW)；而采用中壓方案和低壓方案的寥寥無幾，總共只有9臺4 780 kW。表1目前火電廠輔機傳動系統(tǒng)變頻器使用情況統(tǒng)計表序號變頻器生產(chǎn)廠家及型式安 裝總臺數(shù)總裝

4、機容量/MW應(yīng) 用 電 廠使用的傳動系統(tǒng)傳動電動機的容量范圍/kW電動機電壓/kV1美國羅賓康公司Harmong Perfect系列3034.54大慶新華電廠等11個電廠送、引風(fēng)機24臺灰漿泵5臺，給水泵1臺5602 30062德國西門子公司Simcvert-MV2024.86首鋼熱電廠等10個電廠送引風(fēng)機6302 50063Simmmovert-A(高-低-高)42.2錦州電廠等3個電廠50057064德國西門子公司Simovevt-P(高-低-中)(高-低-低)94.78山東龍口電廠等4個電廠32010000.380.665美國羅克威爾A-B公司Bulletin155744.8河南鶴壁電廠

5、等2個電廠送引風(fēng)機各2臺800160066PowerFlex-70001214.27河北沙嶺子電廠等5個電廠送引風(fēng)機11臺灰獎泵1臺31.5180067ABB公司ACS 100037.5上海寶鋼電廠引風(fēng)機250068北京利德華福Harsvert-A43.2四川華瑩山電廠送引風(fēng)機80069北京先行 HVF10.25北京國華三河電廠水泵2.50610合計8796.431個電廠表2各種方案的設(shè)備配置情況表設(shè)備配置方 案 名 進線變壓器 變頻器 出線降壓變壓器 電 動機 高壓方案 6 kV/6 kV變壓器 6 kV變頻器 無 6 kV電動機 中壓方案 6 kV/4.16 kV變壓器6 kV/3 kV變

6、壓器6 kV/2.3 kV變壓器 4.16 kV變頻器3 kV變頻器2.3 kV變頻器 無無無 4.16 kV變頻器3 kV變頻器2.3 kV電動機 高低高方案 6 kV/380 V或600 V 380 V或660 V變頻器 (380 V或660 V)/6 kV變壓器 6 kV電動機 低壓方案 6 kV/660 V變壓器 660 V變頻器 無 660V電動機 6 kV/380 V變壓器 380 V變頻器 無 380 V電動機 (2) 到目前為止，火電廠輔機傳動系統(tǒng)中已使用或正在安裝的變頻器總臺數(shù)約為87臺，總功率達96 400 kW，其中功率在1 000 kW及以下者約48臺，功率在1 000

7、2 000 kW者約39臺，功率在2 1002 500 kW者約6臺。2變頻器在電廠輔機節(jié)能改造應(yīng)用中的經(jīng)濟性評價現(xiàn)僅引用一實例進行如下計算分析：某電廠一臺125 MW調(diào)峰機組，備有2臺以簡易導(dǎo)流器調(diào)節(jié)的Y4-73NO.28D離心式引風(fēng)機，其額定參數(shù)為：轉(zhuǎn)速n=960 r/min,風(fēng)量qvos=380 000 m3/h,全壓pcos=3 973 Pa,效率185.5，軸功率P=480 kW。配套電動機為JSQ-158-6型，額定功率700 kW，電壓Un=6 kV,電流In=83 A, cos0.87，效率dn=93.5%。機組的廠用電率高達9.74%，為降低廠用電率擬改造其調(diào)節(jié)方式，以變速調(diào)

8、節(jié)取代原有的導(dǎo)流器調(diào)節(jié)。擬采用的變速方案有2個：變頻調(diào)速和液力調(diào)速離合器調(diào)速。擬通過技術(shù)經(jīng)濟比較擇優(yōu)選用。電廠提供的計算條件是：機組在滿負(fù)荷運行時引風(fēng)機實際風(fēng)量僅為額定風(fēng)量90%；管路阻力曲線經(jīng)過引風(fēng)機的額定工況點；機組負(fù)荷模式如表3所示；改造后的剩余使用壽命按10年計，年利率i=6%,上網(wǎng)電價按0.2元/(kWh)計。表3機組負(fù)荷模式機組負(fù)荷率/%10090807060年運行小時數(shù)/h100020005005003000按上述數(shù)據(jù)，作如下計算。2.1原有調(diào)節(jié)方式下引風(fēng)機耗電量由產(chǎn)品樣本查得Y4-73型引風(fēng)機的無因次特性曲線，并在其上畫出管路的阻力曲線。該曲線是過坐標(biāo)原點和額定工況點的二次拋物

9、線，其表達式為(1)式中，為管道系統(tǒng)無因次全壓；為引風(fēng)機的流量系數(shù)；為引風(fēng)機額定全壓系數(shù)和額定流量系數(shù),由特性曲線可查得在導(dǎo)流器全開時，引風(fēng)機的無因次特性參數(shù)為；為引風(fēng)機的功率系數(shù)。利用這些特性參數(shù)，可計算得到原有調(diào)節(jié)方式下引風(fēng)機的耗電量，計算采用常規(guī)方法1，計算步驟和結(jié)果如表4所示。表4采用導(dǎo)流器調(diào)節(jié)時引風(fēng)機的耗電量計算計算序號 主機負(fù)荷率/% 100 90 80 70 60 1 流量qv/m3h-1 342 000 307 800 273 600 239 400 205 200 2 流量系數(shù) 0.18 0.162 0.144 0.126 0.108 3 功率系數(shù)(由查特性曲線) 0.084

10、 0.075 0.068 0.062 0.056 4 軸功率 415.67 371.1 336.49 306.8 277.1 5 電源功率PB=P/d/kW 455.3 409.6 373.88 343 312.75 6 年耗電量=PB年運行小時數(shù)/kWh 455 300 819 200 186 940 171 780 938 250 7 年總耗電量 2 571 470 注：表中d為電動機效率，由電動機效率曲線查得。2.2改用變頻器調(diào)速時，引風(fēng)機耗電量和節(jié)電率計算改用變頻器調(diào)速時管路的阻力曲線不變，各運行工況點必位于管路阻力曲線上，故可利用管路的阻力曲線方程由已知風(fēng)量qv按下式計算相應(yīng)的引風(fēng)機

11、全壓p(2)變頻調(diào)速時引風(fēng)機效率f基本不變，則可用下式計算軸功率P=pqv/1000f(3)由上述公式計算得，在變頻調(diào)節(jié)方式下引風(fēng)機的耗電量和節(jié)電率如表5所示。表5采用變頻器調(diào)速時引風(fēng)機的耗電量和節(jié)電率計算計算序號主機負(fù)荷率/%100908070601風(fēng)機風(fēng)量qv/m3s-195.085.576.066.557.02全壓3 215.42 602.42 056.31 574.31 156.63引風(fēng)機內(nèi)效率i/%85.585.585.585.585.54引風(fēng)機全效率f/%83.583.583.082.582.55引風(fēng)機軸功率P=pqv/1000f/kW365.8266.5188.3126.979.

12、96電動機負(fù)載率0.5230.3810.2690.180.1147電動機效率d/%90.588.284.778.768.28變頻器v/%97969492919電源輸出功率PB=P/dv/kW416.7314.7236.5175.3128.710年耗電量=PB年運行小時數(shù)/kWh416700629 400118 25087 650386 10011年總耗電量/kWh1 638 10012變頻調(diào)速方式節(jié)電率=(2 571 470-1 638 100)/2 571 470=0.363=36.3%2.3改用液力調(diào)速離合器時引用機的耗電量和節(jié)電率計算采用液力調(diào)速離合器時，仍屬于調(diào)速調(diào)節(jié)方式，故引風(fēng)機的風(fēng)

13、量qv，全壓p，引風(fēng)機的效率f和軸功率P都與變頻調(diào)速毫無差別，不同之處僅在于需考慮液力調(diào)速離合器的傳動效率。其值與引風(fēng)機轉(zhuǎn)速成正比，即v=n/no=qv/qv,os(4)應(yīng)用式(3-4)計算得到采用液力調(diào)速離合器時，引風(fēng)機的耗電量和節(jié)電率如表6所示。2.4三種調(diào)節(jié)方式經(jīng)濟性分析比較擬采用的二種改進方案的初投資如表7所示。表6采用液力調(diào)速離合調(diào)速時引風(fēng)機的耗電量計算序號 主機負(fù)荷率/% 100 90 80 70 60 1 引風(fēng)機軸功率P(取自表5) 365.8 266.5 188.3 126.9 79.9 2 液力調(diào)速離合器效率v=n/no=qv/qv,os 0.9 0.81 0.72 0.63

14、 0.54 3 電動機輸出功率Pd=p/kW 406.4 329.0 261.5 201.4 148.0 4 電動機效率d 0.91 0.90 0.88 0.86 0.81 5 電源輸出功率PB=pd/ 446.6 365.6 297.2 234.2 182.7 6 年耗電量=PB年運行小時數(shù)/kWh 446 600 731 200 148 600 117 100 548 100 7 年總耗電量/kWh 1991600 8 節(jié)電率=(2 571 470-1 991 600)/2571 470=0.226=22.6% 表7二種改造方案的初投資 變 頻 調(diào) 速 方 案液力調(diào)速率合器方案 干式變壓器

15、變頻器、控制屏電動機合計調(diào)節(jié)裝置費用/萬元1852.515.58611.25安裝工程費用/萬元103初投資總計/萬元9614.25下面用靜態(tài)差額回收期法和動態(tài)總費用現(xiàn)值法比較三種調(diào)節(jié)方式的經(jīng)濟性。靜態(tài)差額回收期法被定義為二種調(diào)節(jié)方案投資差額與年運行成本節(jié)約額之比，即Pa=(I2-I1)/(C1-C2)(5)式中,Pa為回收期，a；I2-I1為方案2與方案1的投資差額，萬元；C1-C2為方案1與方案2的運行費用差額，萬元。總費用現(xiàn)值法是指將設(shè)備的總投資和設(shè)備有效使用期的運用費用按資金的時間價值規(guī)律拆算到有效使用期第一年的總費用PV。當(dāng)多個方案比較時，總費用現(xiàn)值PV最小者為最優(yōu)方案，即PV=I+C

16、f(6)f=(1+i)t-1/i(1+i)t(7)式中,I為設(shè)備總投資現(xiàn)值，萬元；C為年運行費用，萬元；f為現(xiàn)值系數(shù)；i為貸款年利率，i=6%;t為有效使用年限，t=10年。根據(jù)式(5)和式(6)、式(7)對三種調(diào)節(jié)方式經(jīng)濟性進行了比較計算，計算結(jié)果如表8所示。表8三種調(diào)節(jié)方式的投資回收期和總費用現(xiàn)值比較調(diào)節(jié)方式 投資現(xiàn)值I/萬元 年耗電量/kWh 年耗電費C/萬元 改進后年節(jié)約電費/萬元 回收期/a 現(xiàn)值系數(shù)f 電費現(xiàn)值/萬元 總現(xiàn)值PV/萬元 入口簡易導(dǎo)流器 0 2 571 470 5143 0 0 736 378.5 378.5 液力調(diào)速離合器 14.25 1 991 600 39.83

17、 11.6 1.23 7.36 293.2 307.4 變頻調(diào)速 96 1 638 100 3776 1867 514 736 24.1 337.1 由上述計算結(jié)果不難看出：盡管變頻調(diào)速方案節(jié)電率高達36.3%，比液力調(diào)速離合器方案高出13.7個百分點，年節(jié)電電費高達18.67萬元，也比液力調(diào)速離合器方案高出7.07萬元，節(jié)電效果可謂顯著。但其總費用現(xiàn)值卻比液力調(diào)速離合器方案高29.7萬元，投資回收期也比液力調(diào)速離合器方案高出3.91年，變頻調(diào)速方案的經(jīng)濟性明顯地差于液力調(diào)速離合器方案。若要使變頻調(diào)速方案的總費用現(xiàn)值與液力調(diào)速離合器方案的總費用現(xiàn)值相當(dāng)，變頻調(diào)速裝置的初投資額應(yīng)降到66.3萬元

18、以下，降幅約為31%。3結(jié)論(1) 對于調(diào)峰或低負(fù)荷運行的火電機組而言，以變頻調(diào)速取代傳統(tǒng)的入口簡易導(dǎo)流器調(diào)節(jié)或液力變速機械調(diào)節(jié)都有明顯的節(jié)電效果。同時變頻調(diào)速在消除電動機啟動沖擊和提高自動裝置投入率諸方面也有獨到之處。推廣使用這項技術(shù)，對降低居高不下的廠用電率，提高電廠經(jīng)濟效益和機組運行可靠性方面必將發(fā)揮重要作用。(2) 據(jù)本文的調(diào)研統(tǒng)計，近幾年我國火電廠在推廣應(yīng)用變頻調(diào)速方面取得了長足進展。但在方案經(jīng)濟性對比計算中，多次發(fā)現(xiàn)變頻調(diào)速方案在目前給定條件下并不占優(yōu)勢，其主要原因是：變頻器特別是中、高壓變頻器初投資過高；電廠電價只能按成本電價或上網(wǎng)電價計算，電價相對較低。降低變頻調(diào)速方案的初投資是變頻器在火電廠節(jié)能改造中推廣應(yīng)用的重要條件之一，也是有可能的，作者將另文作進一步的闡述。(3) 在火電廠輔機傳動系統(tǒng)的節(jié)能改造中，預(yù)先對改進方案進行節(jié)電效果和經(jīng)濟性評價二方面的估算是十分必要的，通過