变频技术在火力发电厂中的应用案例分析

为节能降耗，尤其是降低泵和风机等耗电量较大的设备在工况变化时的耗电量，提高企业经济效益，推动节能减排，促进能源可持续发展，2009 年某火电厂将19 台6kV 电机驱动、总容量7410kW 的水泵、风机进行了变频改造，技改后节电效果显著，在节能与环保方面均获益匪浅。

一、风机(水泵)高压变频基本原理

一些泵(风机)经常不在设计工况下运行，为满足新工况要求，同时保证电机不过载，只能靠关小泵出口阀门来调节泵的运行。水泵经关阀调节后，在小流量、高扬程(与原工况相对比)的工况下运行，泵管压差增大，单耗增高。如下图一所示。假设水泵原来在工况点B 运行时，出口阀门处于全开状态，出水流量为QB，扬程为HB，如果想减少注水量，下降为QA，水泵在没有安装任何调整装置的情况下，只能通过关阀调节使出水量保持在QA，那么就有QA*(HA-HB )的功损失在出口阀门上，这样，不仅浪费了大量电能，而且出口阀门长期在水流冲击作用下故障增多，寿命缩短。

如图三所示为泵的典型的工作曲线，AB 是泵的性能曲线，与额定系统压力曲线OB 相匹配，在B 点可以得到额定压力下的额定流量，在该点泵有最高的效率，关闭阀门可控制流量，当流量减小时，泵分别工作在P、Q、R、S 点，此时泵需要在很高的压差下工作，因此泵的的能量输出比实际系统需要多得多，多余的能量在阀上表现为热量损耗，并被液体流动时带走。用泵的输出能量除以泵的效率，可以求得对泵的总输入能量。用调节阀控制减小流量，能量损失相当大。

利用变频器调速，使电动机驱动泵在可变速情况下工作，要使得泵的特性曲线与系统在任何流量条件下的需要相匹配，流量与电机转速成正比，产生的压差与速度的平方成正比，因此可得一组特性曲线，如图四所示，无级变频调速后可得到AB ～ CD 无数条水泵特性曲线，管路特性曲线与ABDC 形成的阴影带任何一个交点，都可作为工况点与外网水量变化相适应，在较小的扬程下达到P、Q、R、S 点所对应的流量，而且只损失很少的能量，其节能效果相当可观。

二、风机(水泵)改造技术方案

从经济性考虑，对800 ～ 1000KW 以上的风机、水泵，采用6KV或10KV 直接高- 高方式的高压变频器;对于400 ～ 800KW 功率等级，采用6KV/660V 进线变压器，660V 变频器以及660V 电动机;对于400KW 以下功率等级，采用高- 低- 低方案，即采用6KV/380V进线降压变压器，380V 级变频器及380V 电动机。

三、电机系统改造具体内容

变频调速节电，调速才能节电，如果一台设备在实际应用的过程中根本都不需要或不能调速，装了变频器，不但达不到节电效果反而会增加能耗。

经实测分析，锅炉送风机、引风机的电机额定功率往往高出实际所需轴功率的40%～ 50%，如果通过变频调速的办法把转速降下来，节能效果显著。热网循环泵系统因设计时考虑到最大供热面积的问题，将电机的流量扬程设计的很大，而在实际运行中供热面积远远达不到设计标准，但却没有有效的调节手段，造成富裕流量和富裕扬程的普遍存在，能量损失在阀门等阻力性元件，造成能量浪费，同时考虑到供热分初寒、严寒、末寒的供热负荷变化等问题，对循环泵电机采用变频调速的办法，来达到节能和控制的目的。

四、电机系统节能计算

1、节能量分析计算

风机水泵流量变化量，如前所述，采用变频调速是节电之有效的措施。根据GBl2497 对电机经济济运行管理的规定有如下的计算公式。

采用档板调节流量对应电动机输入轴功率P1 与实际流量Q 的关系为：

公式(1)：输入轴功率

P1 ≈ [0.45+0.55×(Q/QN)2]P

式中：P——额定流量时电机输入功率(kW)

公式(2)：节电率

R =1- (Q/QN)2/(0.45+0.55×(Q/QN)2)

电机水泵节能改造年可节约电量1601.16kWh

全部设备变频每年节约电费总计：(电费按0.3814 元/ kWh 计算)

按2007 年国家统计局每度电折0.35 千克标准煤( 电力等价) 计算，可做到节约标煤计算办法如下：

1601.16 万kWh×0.3814 元= 610.68 万元。

2、减排计算

折标煤计算：按2007 年国家统计局每度电折0.35 千克标准煤( 电力等价) 计算，可做到节约标煤计算办法如下：

1601.16 万kWh× 0.35 千克 =5604.06 吨标煤

减少CO2 排量：

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

减少SO2 排量：

依据《国发[2007]36 号》文公布的SO2 排放量计算方法：

GSO2=S 原煤×Q×C×K

=1.53%×5604÷0.373×0.8×2

= 367.8(吨/ 年)

(注：S：硫含量;Q 原煤量;C：SO2 转化因子，取0.8;K：SO2 当量系数，取2)

五、结束语

从某厂变频改造后的运行情况来看，节能减排效果非常明显，提高环保和社会贡献率，值得大力推广。

变频改造是降低厂用电率、辅机耗电率的一种方式，而且节电效果明显，但变频设备价格较贵，投资回报的周期较长，因此节能降耗工作应采取多种方式和途径。针对目前基建的机组建议考虑直接上相应的节能系统，在设备整体投入和设备安装上较便利，早投入，早回报。