垃圾电厂风机水泵变频节能改造

唐楠

摘 要：文中以某垃圾电厂风机水泵变频节能改造项目为例，阐述了锅炉风机水泵节能改造的必要性和可行性，并以工程实例说明了风机水泵变频改造的过程，说明了变频改造后风机系统的经济性和可靠性。

关键词：垃圾电厂；锅炉；风机；水泵；变频器；节能

杭州锦江集团吉林省某垃圾发电厂始建于2000年，于2011改建为垃圾电厂，是一座老电厂，共有4台锅炉，3台机组，总装机容量达27兆瓦。2011年该垃圾发电技改项目增加2台锅炉和一台15兆瓦的3号机组，并成功实现并网。该垃圾发厂电是在老电厂的基础上改造的，2011年该改造项目顺利完成并成功并网发电。该电厂拥有两台500t/d锅炉和两台650t/d锅炉，共4台锅炉，三台发电机组总装机容量为27兆瓦。2016年，本人受公司委派，对该公司的四台锅炉部分风机和水泵进行变频节能改造。

1 电厂锅炉风机水泵变频节能改造必要性分析

（1） 从风机运行状态分析。

随着电力行业改革的深化，社会对环保重视程度提升，节能减排，减少厂用电，减少发电的成本，提高电价的竞争力，是电厂提高经济效益的主要方法。该垃圾发电厂使用循环流化床锅炉，风机和水泵是主要用电设备，容量和耗电量都大。其次，风机水泵都为持续运行并且通常情况下处于低负荷或者动态负荷运行状态，节能空间很大。该电厂厂用电一般占电厂总发电量的23.2%，而风机、水泵等负载约占了电厂用电量的三分之一，电压等级6kV 以上的风机、水泵等辅机设备耗电量至少占有其中九成。因为这些设备用挡板控制风量，因此实际运行效率很低，能耗巨大。设计时用最大需风量和风压来选取电机型号，因此冗余量非常大，一般风量裕量在10%～20%，风压裕量在10%。流化床锅炉的引风机、送风机、二次风机、功率大，运行时间长，所以节能潜力非常大。其他的比如给水泵，也有非常大的节能空间。因此对该电厂的循环流化床锅炉风机水泵等设备进行节能变频改造，是当前该电厂节能降耗的有效技术手段，也是提高该电厂能源利用率，实现经济增长方式转变的必然要求。

（2） 在风机控制方式上分析。

风机以前的风量调节方法是调节入口或出口的挡板阀门开度，从而调节流量，调节压力，这是一种能耗大、经济效益差、设备机械损坏大、维修率高，修理难度大、维护费用高，相对落后方法。还存在下列问题：

a.运用用挡板开度调节风量，很大一部分能量损失在挡板截流过程中。对风机而言，最适合的节能方法是用调节电机转速来调节风量。因为风机一般都是平方转矩负载，轴功率和转速一般是立方关系，因此风机转速减小的时候，耗能量也大大减小。

b.高度流动的介质对阀门和挡板及管道有很大的冲击力，导致设备损坏很大。

c.挡板开合延时严重，手动设备操作难度大，如果操作人员经验不够还会使风机震动。挡板阀门控制方法一般用力矩较大的电动控制器，经常出现故障，不符合长期频繁调节的要求，动态性能也非常不理想。

d.异步电机直起起动电流通常为电机额定电流的6 8 倍，同时产生大量谐波，对电网冲击大，电机发热严重，巨大的冲击转矩还缩短了电机和风机的使用寿命。

所以，我公司对该垃圾电厂锅炉风机进行了变频节能改造。

2 垃圾电厂风机节能改造实施过程

（1） 变频控制分析。

a.变频控制可以节省原损失在挡板调整风量过程中的大量能耗，提高了经济效益。

b.采用变频控制，实现电机软起动，减少对电网的冲击，大大减小了机械负载的冲击，同时保证了风机的使用寿命。与此同时，采用变频控制后，无功功率经过变频器直流环节中的滤波电容进行了瞬时补偿，同时变频器的输入功率因数可达到0.95以上。和电机工频启动相比，功率因数得到明显提高，此效果在低速电机中更加明显。实现变频控制后，水泵和风机会长时间在额定转速下运行，设备损耗明显减少。

c.采用变频控制，电机运行构成闭环控制同时自动调节运行速度，输出的电流信号输送至变频器，运用变频器控制电机转速，可稳定调节风量、流量，线形效果好，电机响应快，机组可在更稳定且相对能耗低的状况下运行。

该垃圾发电厂，4台炉每台炉钧配备引风机一台，送风机一台，一次风机一台。根据测算情况，改造4台二次风机，2台一次风机，3台引风机和一台一拖二给水泵，项目完成后经过统计节电效果明显。

上述情况钧为直接节能效益。与此同时，风机水泵实现了软启动，增加了机组使用时间的同时节省了设备维护费用，提高了系统的自动化水平。

（2） 主回路改造。

系统电路改造后。变频器旁路功能可在变频器故障时将风机切换到工频运行，从而保证电厂正常生产；变频器工频与变频运行相互联锁的，以保证电路安全运行，同时，互锁可以避免工频电源反送至变频器输出端子，可保证电路安全。

（3） 控制回路改造。

变频器控制系统包括主控制器、单元控制器、功率单元控制部分、辅助部分。老系统用DCS系统控制风机的启停及挡板开度，变频改造后仍然运用原控制系统，并且对原系统稍加改造，实现对变频器的控制。改造后完成后，变频器可实现就地或者远程控制。将变频器控制系统和修改后的DCS 系统连接后，通过操作DCS系统可实现对变频器启停、复位及频率等各种控制；在DCS 系统上可以监测到变频器电机的运行参数、设备故障等信息；同时可在锅炉运行下实现风机工频变频的无扰切换。

3 风机变频节能改造效果分析

该垃圾电厂各炉在设计时，其风机电机和风机的选型偏大，所以在选配变频器时，是按照各炉风机的长期运行工况以及电流进行配置。同时由于垃圾电厂燃料的不稳定性，就造成了不同工况下对风机的风量要求也不同，例如垃圾含水量大，垃圾热值低的状况下，风机的电流比较大，反之，风机的电流相对较小，所以该垃圾电厂变频调速系统的运行的稳定性有很高的要求。苏州汇川技术有限公司系列高压变频调速系统运用自有专利技术和抗短路技术，对引风机和各类电机的稳定运行提供了有力保障。项目完工后，本人组织电厂与第三方对该垃圾电厂改造的风机及水泵就节电率进行了统计验收。对改造前、后的相关数据進行了比较精确的统计。

经过数月统计对比测算，二次风机变频器节电率可达25%，给水泵变频器节电率可达15%，一次风机变频器节电率可达10%，引风机变频器节电率可达30%，按变频器最少年运行时间6500小时计算，年节电314.6万度，按1万千瓦时折合2.88吨标煤计算，年节约标煤量在1000 吨左右。

4 结语

改造前后对比表明，运用变频技术对高能耗用电设备进行调速改造，能直接降低厂用电、减少电耗煤耗、从而增加上网电量，并且对设备的安全可靠运行、延长设备寿命都起到了积极的作用。