變頻技術在火力發電廠中的應用案例分析

為節能降耗，尤其是降低泵和風機等耗電量較大的設備在工況變化時的耗電量，提高企業經濟效益，推動節能減排，促進能源可持續發展，2009 年某火電廠將19 臺6kV 電機驅動、總容量7410kW 的水泵、風機進行了變頻改造，技改后節電效果顯著，在節能與環保方面均獲益匪淺。

一、風機(水泵)高壓變頻基本原理

一些泵(風機)經常不在設計工況下運行，為滿足新工況要求，同時保證電機不過載，只能靠關小泵出口閥門來調節泵的運行。水泵經關閥調節后，在小流量、高揚程(與原工況相對比)的工況下運行，泵管壓差增大，單耗增高。如下圖一所示。假設水泵原來在工況點B 運行時，出口閥門處于全開狀態，出水流量為QB，揚程為HB，如果想減少注水量，下降為QA，水泵在沒有安裝任何調整裝置的情況下，只能通過關閥調節使出水量保持在QA，那么就有QA*(HA-HB )的功損失在出口閥門上，這樣，不僅浪費了大量電能，而且出口閥門長期在水流沖擊作用下故障增多，壽命縮短。

如圖三所示為泵的典型的工作曲線，AB 是泵的性能曲線，與額定系統壓力曲線OB 相匹配，在B 點可以得到額定壓力下的額定流量，在該點泵有最高的效率，關閉閥門可控制流量，當流量減小時，泵分別工作在P、Q、R、S 點，此時泵需要在很高的壓差下工作，因此泵的的能量輸出比實際系統需要多得多，多余的能量在閥上表現為熱量損耗，并被液體流動時帶走。用泵的輸出能量除以泵的效率，可以求得對泵的總輸入能量。用調節閥控制減小流量，能量損失相當大。

利用變頻器調速，使電動機驅動泵在可變速情況下工作，要使得泵的特性曲線與系統在任何流量條件下的需要相匹配，流量與電機轉速成正比，產生的壓差與速度的平方成正比，因此可得一組特性曲線，如圖四所示，無級變頻調速后可得到AB ～ CD 無數條水泵特性曲線，管路特性曲線與ABDC 形成的陰影帶任何一個交點，都可作為工況點與外網水量變化相適應，在較小的揚程下達到P、Q、R、S 點所對應的流量，而且只損失很少的能量，其節能效果相當可觀。

二、風機(水泵)改造技術方案

從經濟性考慮，對800 ～ 1000KW 以上的風機、水泵，采用6KV或10KV 直接高- 高方式的高壓變頻器;對于400 ～ 800KW 功率等級，采用6KV/660V 進線變壓器，660V 變頻器以及660V 電動機;對于400KW 以下功率等級，采用高- 低- 低方案，即采用6KV/380V進線降壓變壓器，380V 級變頻器及380V 電動機。

三、電機系統改造具體內容

變頻調速節電，調速才能節電，如果一臺設備在實際應用的過程中根本都不需要或不能調速，裝了變頻器，不但達不到節電效果反而會增加能耗。

經實測分析，鍋爐送風機、引風機的電機額定功率往往高出實際所需軸功率的40%～ 50%，如果通過變頻調速的辦法把轉速降下來，節能效果顯著。熱網循環泵系統因設計時考慮到最大供熱面積的問題，將電機的流量揚程設計的很大，而在實際運行中供熱面積遠遠達不到設計標準，但卻沒有有效的調節手段，造成富裕流量和富裕揚程的普遍存在，能量損失在閥門等阻力性元件，造成能量浪費，同時考慮到供熱分初寒、嚴寒、末寒的供熱負荷變化等問題，對循環泵電機采用變頻調速的辦法，來達到節能和控制的目的。

四、電機系統節能計算

1、節能量分析計算

風機水泵流量變化量，如前所述，采用變頻調速是節電之有效的措施。根據GBl2497 對電機經濟濟運行管理的規定有如下的計算公式。

采用檔板調節流量對應電動機輸入軸功率P1 與實際流量Q 的關系為：

公式(1)：輸入軸功率

P1 ≈ [0.45+0.55×(Q/QN)2]P

式中：P——額定流量時電機輸入功率(kW)

公式(2)：節電率

R =1- (Q/QN)2/(0.45+0.55×(Q/QN)2)

電機水泵節能改造年可節約電量1601.16kWh

全部設備變頻每年節約電費總計：(電費按0.3814 元/ kWh 計算)

按2007 年國家統計局每度電折0.35 千克標準煤( 電力等價) 計算，可做到節約標煤計算辦法如下：

1601.16 萬kWh×0.3814 元= 610.68 萬元。

2、減排計算

折標煤計算：按2007 年國家統計局每度電折0.35 千克標準煤( 電力等價) 計算，可做到節約標煤計算辦法如下：

1601.16 萬kWh× 0.35 千克 =5604.06 噸標煤

減少CO2 排量：

GCO2=G 節標(t)×710(kg)×10-3×CO2 分子量/C 分子量=5604.06×0.710×(12+16×2)÷12= 14589.08 ( 噸/ 年)

減少SO2 排量：

依據《國發[2007]36 號》文公布的SO2 排放量計算方法：

GSO2=S 原煤×Q×C×K

=1.53%×5604÷0.373×0.8×2

= 367.8(噸/ 年)

(注：S：硫含量;Q 原煤量;C：SO2 轉化因子，取0.8;K：SO2 當量系數，取2)

五、結束語

從某廠變頻改造后的運行情況來看，節能減排效果非常明顯，提高環保和社會貢獻率，值得大力推廣。

變頻改造是降低廠用電率、輔機耗電率的一種方式，而且節電效果明顯，但變頻設備價格較貴，投資回報的周期較長，因此節能降耗工作應采取多種方式和途徑。針對目前基建的機組建議考慮直接上相應的節能系統，在設備整體投入和設備安裝上較便利，早投入，早回報。