大連開發(fā)區(qū)熱電廠是目前大連開發(fā)區(qū)唯一的以供熱為主，熱電聯(lián)產(chǎn)的燃煤電廠。目前總裝機(jī)容量為14.4萬kW、兩臺(tái)6萬kW和兩臺(tái)1.2萬kW機(jī)組，兩臺(tái)75t/h，一臺(tái)130t/h，三臺(tái)220t/h鍋爐。2000年，大連開發(fā)區(qū)熱電廠重組，成為國(guó)電電力發(fā)展股份有限公司下屬的全資發(fā)電、供熱企業(yè)。
近年來，隨著電、煤價(jià)格逐步上漲，我廠發(fā)電成本逐年增加，為降低廠用電率，我們通過多方調(diào)研，決定對(duì)廠內(nèi)的高壓電機(jī)進(jìn)行調(diào)速節(jié)能改造，以提高企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。
我廠二期三臺(tái)220t/h鍋爐，配備四臺(tái)高壓給水泵。四臺(tái)水泵入口側(cè)的取水均取自除氧器出口的公用母管，給水泵出口側(cè)均匯入同一母管，鍋爐的給水量靠水位調(diào)節(jié)門進(jìn)行控制，如果給水量偏差大的時(shí)候，就需要開給水再循環(huán)門，部分水量再回到除氧器，形成了自循環(huán)，浪費(fèi)了大量的水資源和電力資源，有較大的節(jié)能潛力。
熱網(wǎng)循環(huán)泵改造前，供熱負(fù)荷變化時(shí)需要通過調(diào)節(jié)泵的出口門的開度來調(diào)節(jié)水量，實(shí)際上是靠壓損來減少給水流量，而電機(jī)的出力卻沒有變化。調(diào)速改造后，就可以將出口門全部打開，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速來控制流量，可以方便的調(diào)整機(jī)組的供熱量，也具有非常大的節(jié)能潛力。2005年，我們實(shí)地考查并比較了多家高壓變頻器生產(chǎn)廠家，最終，選擇了國(guó)內(nèi)高壓變頻器市場(chǎng)占有率最高的北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的高壓變頻器，對(duì)一臺(tái)鍋爐給水泵電機(jī)和一臺(tái)熱網(wǎng)循環(huán)泵電機(jī)進(jìn)行了變頻調(diào)速改造。
1．主回路方案
變頻控制為一拖一方案，配備一臺(tái)變頻器。變頻調(diào)速系統(tǒng)接于6kV電壓等級(jí)的主動(dòng)力電源系統(tǒng)，用于電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速。為增加運(yùn)行安全性，變頻系統(tǒng)增加旁路，設(shè)計(jì)方案如下：
此方案是手動(dòng)旁路的典型方案,原理是由3個(gè)高壓隔離開關(guān)QS1、QS2和QS3組成（見左圖）。要求QS2和QS3不能同時(shí)閉合，在機(jī)械上實(shí)現(xiàn)互鎖。變頻運(yùn)行時(shí)，QS1和QS2閉合，QS3斷開；工頻運(yùn)行時(shí)，QS3閉合，QS1和QS2斷開。
為了實(shí)現(xiàn)變頻器故障保護(hù)，變頻器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)高壓斷路器QF進(jìn)行連鎖，一旦變頻器故障，變頻器跳開QF。電機(jī)工頻運(yùn)行時(shí)，變頻器允許QF合閘，撤消對(duì)QF的跳閘信號(hào)，使電機(jī)能正常通過QF合閘工頻啟動(dòng)。
2．鍋爐給水泵和電機(jī)的參數(shù)
4． 變頻器的選型
5． 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，鍋爐給水泵電機(jī)的最大工作電流不超過150A，據(jù)此選用變頻器的型號(hào)為HARSVERT-A06/170，變頻器額定輸出電流為170A，完全滿足現(xiàn)場(chǎng)負(fù)載運(yùn)行的要求。
熱網(wǎng)循環(huán)泵電機(jī)配套變頻器選用型號(hào)為HARSVERT-A06/050，變頻器額定電流為50A，同電機(jī)額定容量匹配，滿足用戶要求。
5．給水泵變頻器的現(xiàn)場(chǎng)控制實(shí)現(xiàn)
給水泵變頻調(diào)速系統(tǒng)采用外接4-20mA電流源來控制變頻器的輸出頻率，該電流源信號(hào)來自于一塊Anthone牌LU-900M智能調(diào)節(jié)儀。該控制儀表接入4-20mA管道壓力信號(hào)，儀表帶有PI控制器，可以通過控制儀表盤調(diào)節(jié)設(shè)定值，同時(shí)該儀表還可以對(duì)閉環(huán)控制和開環(huán)控制進(jìn)行無擾切換。系統(tǒng)圖如下：
6．節(jié)能效果
鍋爐給水泵改造前電機(jī)電流約為120－130A，改造后電機(jī)電流變?yōu)椋?0—110 A。
熱網(wǎng)循環(huán)泵改造前后，循環(huán)泵流量基本相同，改造前電機(jī)電流約為55A左右，改造后電流約為45A。
7．應(yīng)用高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)產(chǎn)生的其他效果
(1)、改善了工藝。在實(shí)際生產(chǎn)操作過程中，泵的參數(shù)(尤其是流量)需時(shí)常調(diào)整，不僅需要節(jié)參數(shù)，而且備用設(shè)備需時(shí)常切換。根據(jù)工藝的變動(dòng)，工藝參數(shù)又主要通過調(diào)節(jié)出口門來控制，人工關(guān)小或開大閥門不僅費(fèi)事，速度慢，也縮短閥門的壽命(填料及閥桿的磨損)。采用變頻調(diào)速就不用調(diào)節(jié)出口閥，只需在控制室內(nèi)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速即可。變頻啟動(dòng)轉(zhuǎn)速可以從零開始逐漸升高，因此，帶負(fù)荷直接啟動(dòng)不會(huì)有較大的啟動(dòng)電流，避免了通常泵組首先關(guān)閉出口閥后再啟動(dòng)的要求(無載啟動(dòng)是為了降低啟動(dòng)電流，保護(hù)電機(jī))。
(2)、維護(hù)量減少。采用變頻調(diào)速后，可以避免因通過閥門控制使泵過多偏離額定工作區(qū)而引起的振動(dòng)。通常情況下，變頻調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用主要是為了降低泵的轉(zhuǎn)速，由于啟動(dòng)緩慢及轉(zhuǎn)速的降低，相應(yīng)地延長(zhǎng)了許多零部件，特別是密封、軸承的壽命。
(3)、工作強(qiáng)度降低。由于調(diào)速系統(tǒng)在運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備與備用設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖控制，機(jī)組實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行和相應(yīng)的保護(hù)及故障報(bào)警，操作工作由手動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)楸O(jiān)控，完全實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的無人操作，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，為優(yōu)化運(yùn)營(yíng)提供了可靠保證。
(4)、減少了對(duì)電網(wǎng)的沖擊。給水泵工頻起動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流達(dá)到額定電流的6—7倍，由于廠用電源串有電抗器供電，造成電抗器壓降過大，使廠用電系統(tǒng)母線電壓降低，對(duì)接于該母線上的負(fù)荷都會(huì)造成波動(dòng)。采用變頻調(diào)節(jié)后，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，電機(jī)啟動(dòng)電流只是額定電流，啟動(dòng)時(shí)間相應(yīng)延長(zhǎng)，對(duì)電網(wǎng)無大的沖擊，同時(shí)減輕了起動(dòng)機(jī)械轉(zhuǎn)矩對(duì)電機(jī)機(jī)械損傷，有效的延長(zhǎng)了電機(jī)的使用壽命。
8.小結(jié)
我公司使用利德華福生產(chǎn)的高壓變頻器以來，設(shè)備一直穩(wěn)定運(yùn)行，顯著改善了機(jī)組的運(yùn)行情況，降低了運(yùn)行人員的工作強(qiáng)度，使廠用電率有明顯地降低。2006年，為進(jìn)一步降低廠用電率，我們又向利德華福續(xù)購(gòu)了4臺(tái)高壓變頻器用于鍋爐風(fēng)機(jī)的調(diào)速改造。相信今后越來越多的高壓變頻器會(huì)應(yīng)用于熱電企業(yè)，為創(chuàng)建節(jié)約型社會(huì)添力。
