匯川技術(shù)HD9X系列高壓變頻器在2×220MW發(fā)電機組中的應(yīng)用
供稿：深圳市匯川技術(shù)股份有限公司2015/6/25 16:06:52
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循環(huán)流化床、風(fēng)機、高壓變頻器、節(jié)能改造
摘要：本文主要介紹循環(huán)流化床鍋爐工藝及其相關(guān)節(jié)能應(yīng)用，通過匯川技術(shù)對同煤國電王坪發(fā)電公司1#、2#機組共計12臺風(fēng)機的變頻改造實例，體現(xiàn)了匯川技術(shù)方案的優(yōu)勢，證明了匯川HD9X系列高壓變頻器在循環(huán)流化床鍋爐中的節(jié)能效果明顯，有效改善現(xiàn)場運行工藝，降低了廠用電率。
一、工藝介紹
循環(huán)流化床是一種適于固體燃料的清潔高效的燃燒技術(shù)。固體顆粒（燃料、石灰石、砂粒、爐渣等）在爐膛內(nèi)以一種特殊的氣固流動方式（流態(tài)化）運動，離開爐膛的顆粒又被分離并送回爐膛循環(huán)燃燒。爐膛內(nèi)固體顆粒的濃度高，燃燒、傳質(zhì)、傳熱、混合劇烈，溫度分布均勻，固體顆粒在爐膛內(nèi)的內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)十分強烈，在爐膛內(nèi)的停留時間較長，保證了較高的燃燒效率。
其較為典型的燃燒工藝如圖1所示。
圖1 循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)示意圖
循環(huán)流化床燃燒技術(shù)是近二十多年來發(fā)展的潔凈煤燃燒技術(shù)，其燃燒方式特別適用于高灰分、低揮發(fā)份的煤矸石、洗中煤等劣質(zhì)煤，具有較好的燃料適應(yīng)性，可變廢為寶，體現(xiàn)節(jié)能要求。另外，循環(huán)流化床鍋爐在燃燒過程采用爐內(nèi)噴鈣、低溫燃燒，可同時達到脫硫脫硝的目的，具有較好的環(huán)保特性。
燃料由給煤機送入爐膛；一次風(fēng)由鍋爐底部送入,主要用于維持燃料粒的流化；二次風(fēng)沿燃燒室側(cè)壁多點送入，主要用于增加燃燒室的氧量，提高燃燒效率；燃燒后的大量顆粒隨煙氣進入旋風(fēng)分離器，與煙氣分離；分離出來的顆粒經(jīng)回料閥回到燃燒室繼續(xù)燃燒；分離出來的煙氣則經(jīng)過除塵器除塵后，由引風(fēng)機引入煙囪排出。實際運行中，循環(huán)流化床的燃燒效率可高達97%～99%。
二、項目概況
圖2 客戶現(xiàn)場大門圖片
同煤國電王坪綜合利用坑口電廠2×220MW級超高壓直接空冷機組，額定值659T/h的CFB鍋爐兩組。引風(fēng)機：6KV/2240KW×4；一次風(fēng)機：6KV/2240KW×4；二次風(fēng)機：6KV/1120KW×4，均采用液力耦合器調(diào)節(jié)風(fēng)機運行轉(zhuǎn)速。
液力耦合器是一種利用液體介質(zhì)傳遞轉(zhuǎn)速的機械設(shè)備，其主動輸入軸端與原傳動機相聯(lián)結(jié)，從而輸出端與負載軸端聯(lián)結(jié)，通過調(diào)節(jié)液體介質(zhì)的壓力，使輸出軸的轉(zhuǎn)速得以改變。理想狀態(tài)下，當(dāng)壓力趨于無窮大時，輸出轉(zhuǎn)速與輸入轉(zhuǎn)速相等，相當(dāng)于剛性聯(lián)軸器。當(dāng)壓力減小時，輸出轉(zhuǎn)速相應(yīng)降低，連續(xù)改變介質(zhì)壓力，輸出轉(zhuǎn)速可以得到低于輸入轉(zhuǎn)速的無級調(diào)節(jié)。
液力偶合器的特點：
?啟動：液力耦合器利用能耗轉(zhuǎn)差調(diào)節(jié)原理，起動時負載與電機主軸脫離，相當(dāng)于空載全壓起動。電機全速運行后，通過調(diào)節(jié)液力耦合器工作腔內(nèi)的油量實現(xiàn)柔性連接，逐步升速。即液力耦合器不能實現(xiàn)軟啟動。
?調(diào)速范圍：液力耦合器由于其輸出轉(zhuǎn)速低于輸入轉(zhuǎn)速，調(diào)速越深，損耗越大。故其調(diào)速范圍只能在20%以內(nèi)。
?效率：液力耦合器是一種能耗型的機械調(diào)速裝置，輸出轉(zhuǎn)速低于輸入轉(zhuǎn)速。輸出轉(zhuǎn)速的降低，實際是輸出功率減小，調(diào)速越深（轉(zhuǎn)速越低），損耗越大。因此液力耦合器的平均效率在50%左右。
?自動控制：液力耦合器不能對電機自動合理調(diào)速，存在很大的能源浪費。
?故障發(fā)生率：液力耦合器易發(fā)生故障，維修費用高，并且影響生產(chǎn)。
針對使用液力耦合器自身特點及現(xiàn)場實際使用情況進行分析，由于液力耦合器調(diào)節(jié)風(fēng)機運行轉(zhuǎn)速存在著較大的能量損耗，為降低能耗以及提高發(fā)電機組自動化水平，我方經(jīng)過認真分析計算，決定對上述使用液力耦合器調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的風(fēng)機進行變頻改造。
三、變頻系統(tǒng)方案
（1）現(xiàn)場參數(shù)
（2）高壓變頻器選型
根據(jù)現(xiàn)場電機參數(shù)及實際運行需求，對高壓變頻器進行如下選型：
所有變頻器均配備單元旁路功能，單元旁路采用機械接觸器方式進行，能夠保證在單元出現(xiàn)故障的情況下，將故障單元旁路掉，不影響整機的運行，且軟件上具有非對稱旁路技術(shù)，即使在單元旁路的情況下也能保證高電壓輸出能力，以滿足大部分工況需求。
（3）水阻柜選型
（4）一次系統(tǒng)方案
圖3 一次方案圖
方案說明：
1.變頻運行時：6kV電源經(jīng)變頻裝置輸入隔離刀閘QS11或QS21到高壓變頻調(diào)速裝置，變頻裝置輸出經(jīng)出線隔離刀閘QS12或QS22分別送至1#電動機和2#電動機。
2.變頻故障或工程檢修時：6kV電源還可以經(jīng)水電阻啟動裝置直接起動電動機。6kV電源經(jīng)水電阻輸入隔離刀閘QS1或QS3到水電阻啟動器，經(jīng)輸出刀閘QS2或QS4分別送至1#電動機和2#電動機，當(dāng)水電阻啟動器將電機拖動至工頻運行后合上KM1或KM4，將電動機切換至工頻運行。
3.QS11、QS12與QS1、QS2互鎖， QS21、QS22與QS3、QS4互鎖，QS1、QS2與QS3、QS4互鎖。
4.可實現(xiàn)兩臺變頻器同時運行，也可以分別對兩臺電機進行軟啟動工頻運行，實現(xiàn)任何時候都能夠?qū)﹄姍C進行軟啟動。
5.方案成本較高，適合不具備工頻直接啟動的現(xiàn)場。
（5）控制系統(tǒng)方案
圖4 控制系統(tǒng)方案
（6）控制系統(tǒng)方案
四、現(xiàn)場散熱方案
變頻器的熱風(fēng)經(jīng)過風(fēng)道直接由空冷裝置進行熱交換，由冷卻水將變頻器散發(fā)的熱量帶走，經(jīng)過降溫的冷風(fēng)直接排回至室內(nèi)。
空冷裝置內(nèi)的冷水溫度低于33℃，即可以保證熱風(fēng)經(jīng)過散熱片后，將變頻器室內(nèi)的環(huán)境溫度控制在40℃以下，滿足變頻器對環(huán)境運行的要求，從而保證了變頻器室內(nèi)良好的運行環(huán)境。
冷卻水與循環(huán)風(fēng)完全分離，水管線在變頻室外與高壓設(shè)備明確分離，確保高壓設(shè)備室不會受到防水、絕緣破壞等安全威脅和事故。同時，由于房間密閉，變頻器利用室內(nèi)的循環(huán)風(fēng)進行設(shè)備冷卻，具有粉塵度低，維護量小的特點，減少了環(huán)境對變頻器功率單元柜、控制柜運行穩(wěn)定性的不利影響?？账鋮s系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖如下：
圖5 空-水冷系統(tǒng)示意圖
五、匯川HD90系列變頻改造優(yōu)勢
（1）充分利用變頻器和現(xiàn)有設(shè)備，保證了系統(tǒng)改造后緊急狀態(tài)下工頻恢復(fù)運行，易于系統(tǒng)維護。
（2）提高風(fēng)機運行效率，變頻器的效率高達95%以上。
（3）可實現(xiàn)全范圍調(diào)速，頻率分辨率達到0.01Hz。
（4）正常時采用變頻運行，當(dāng)發(fā)生故障之后，變頻器發(fā)送故障信號至DCS，跳開電源開關(guān)，檢查后如果確實存在故障則切至工頻運行，相關(guān)邏輯在DCS中實現(xiàn)。
（5）內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器，可根據(jù)實際需求進行閉環(huán)調(diào)節(jié)，實現(xiàn)手動控制與自動控制無縫切換，對電機轉(zhuǎn)速自動調(diào)節(jié)。
（6）觀察變頻器起動的負荷曲線，可以發(fā)現(xiàn)啟動時基本沒有沖擊，電流從零開始，僅是隨著轉(zhuǎn)速增加而上升．不會超過額定電流。因此變頻運行解決了電機啟動時的大電流沖擊問題， 消除了大啟動電流對電機、傳動系統(tǒng)和主機的沖擊應(yīng)力從而顯著改善了設(shè)備的運行可靠性，減少了維護保養(yǎng)費用。
（7）使用變頻器可使電機轉(zhuǎn)速沿風(fēng)機的加減速特性曲線平緩變化．設(shè)備和軸承受力狀況得到了明顯改善。同時有關(guān)數(shù)據(jù)說明，機械壽命與轉(zhuǎn)速的倒數(shù)成正比 ，降低一次風(fēng)機轉(zhuǎn)速可成倍地提高一次風(fēng)機的壽命，因而風(fēng)機維護費用自然就降低了。
（8）降低噪音一次風(fēng)機改用變頻器后，降低風(fēng)機轉(zhuǎn)速運行的同時，噪音也將大幅度地降低，當(dāng)轉(zhuǎn)速降低5 0％ 時，噪音可減少十幾個d B，同時消除了停車和啟動時的打滑和尖嘯聲。
（9）輸出電流諧波≤2%，6KV功率單元柜由15個功率單元組成，每相由5個功率單元串聯(lián)組成，輸出21階梯PWM波形，近似完美正弦波，滿足并高于IEEE519-1992和GBT14549-93標(biāo)準(zhǔn)，不會對電網(wǎng)造成諧波污染。
六、現(xiàn)場圖片
（1）現(xiàn)場設(shè)備圖片（部分）
（2）變頻器現(xiàn)場圖片（部分）
（3）變頻器運行畫面（部分）
（4）現(xiàn)場風(fēng)水冷設(shè)備圖片（部分）
七、總結(jié)
匯川技術(shù)有限公司依托多年的自動化行業(yè)的應(yīng)用經(jīng)驗，對電力行業(yè)的變頻改造具有獨到的方案解決能力，匯川技術(shù)高壓變頻器不僅在電廠的風(fēng)機上有良好的運行，在電廠端的循環(huán)水泵、凝結(jié)水泵、給水泵等都有良好的運行案例， HD9X系列高壓變頻器得到了電力客戶的一致好評，匯川技術(shù)有限公司生產(chǎn)的高壓變頻器為采用矢量控制技術(shù)的高性能變頻器，產(chǎn)品適用于電力、冶金、化工、市政、橡膠等多個應(yīng)用領(lǐng)域，公司一直本著以用戶的實際需求來創(chuàng)造產(chǎn)品，給用戶提供最佳的控制方案為宗旨，在各行業(yè)得到用戶的一致認可！
