龙桥热电厂锅炉给水系统变频改造

摘要：本文着重介绍北京合康亿盛科技有限公司多电平高压变频器在涪陵龙桥热电有限公司给水系统的应用情况，并简要介绍了变频器的特点，系统节电情况。
关键词：电厂 水泵 高压变频器 调速 节能

一、引言
涪陵龙桥热电有限公司位于重庆市涪陵龙桥镇，共有25MW发电机组2组，30MW发电机组2组,135t锅炉4组。
涪陵龙桥电厂3#和4#机组为30MW发电机组，共有给水泵3台，型号相同，运行工况也基本相同。变频改造前给水泵出口阀压力在6.7MPa～6.9MPa，通过锅炉前调节阀门控制开度来控制锅炉给水量，这样能量损失大，水泵效率低。实际在锅炉前调节阀门开度为70%～100%的情况下，母管压力5.5MPa运行就可以满足要求，这样该系统就具有很大的节电空间。为了进一步适应厂网分开、竞价上网的电力体制，以及节约能源，保护环境，优化运行等目的，该公司经过充分的市场调研，最后选用了北京合康亿盛有限公司生产的6kV/630kW高压变频器装置2套先对3# 4#机组中两台给水泵进行变频改造。通过变频改造，不但优化了调节系统，还给生产带来了可观的经济效益。

二、变频器节能原理
按照电机学的基本原理，电机的转速满足如下的关系式：
（1）
其中为电机极对数，为电机运行频率，为滑差。
从式（1）看出，电机的同步转速正比于电机的运行频率（），由于滑差s一般情况下比较小（0∽0.05），电机的实际转速约等于电机的同步转速。从所以调节了电机的供电频率，就能改变电机的实际转速。
功率与转速有下列三次方关系：
（2）
其中为负载功率，为功率常数，为电动机拖动负载的转速。
　　由式（1）和式（2），得式（3）：
（3）
根据式（3）可以计算出：当频率从50Hz降至40Hz时，可节约能耗近一半；当频率从50Hz降至20Hz，能耗不足额定时的10%。
　　更直观的水泵（或风机）工作曲线图见图一：水泵（或风机）的正常工作点为A，当水量（或风量）需要从Q1调到Q2时，采用阀门调节，管网特性曲线由R1（阀门全开）改变为R2（阀门关小），其工作点调至B点，其功率为OQ2BH2’所围成的面积，其功率变化很小，而其效率却随之降低。当采用变频调速时，可以按需要升降电机转速，改变设备的性能曲线，图中从n1（额定转速）到n2（转速下降）,其工作点调至C点，使其参数满足工艺要求，其功率为OQ2CH2所围成的面积，同时其效率曲线也随之平移，依然工作在高效区。图中阴影部分为实际节约能耗

三、变频改造方案介绍
现场给水泵工艺：锅炉给水系统为I、II两段共母管供水，II段给水共3台水泵，两用一备，备用泵是在母管压力低于4.9MPa时，自动连锁投入（目前有两台给水泵做了变频改造）。
变频调速系统配置已有的DCS，通过DCS对变频器进行启动、停机、调速等控制，并可在DCS上显示变频器的运行数据和当前状态，实时监控系统运行。
为了保证锅炉给水系统的可靠性，变频器装置具有工频自动旁路装置，当变频器发生故障，停止运行时，延时1.5s电机可以自动切换到工频下运行，这样可以保证锅炉的供水要求，提高了整个系统的安全稳定性。
操作方面，有远程控制和本地控制两种控制的方式，这两种控制方式可提高系统的安全性能。DCS做好闭环控制，DCS根据机组的负荷情况，按设定程序检测母管压力情况，运算后给变频器一个合适的频率值，从而实现对锅炉给水泵电机转速的自动控制，保证母管压力的稳定。当母管压力低于4.9MPa时，便将备用的给水泵自动投入运行。
　　由于只针对3台并联水泵中的两台做了改造，母管总出口的压力取决于I、II两段给水系统三台并联水泵各自的出口压力情况，从而决定了变频器不可能在太低的频率下运行，再有太低的频率会导致整体压力下降，很难达到循环系统总体的扬程要求，I段工频定速运行的水泵负荷会提高，容易导致过流发生，为了平衡系统，根据现场的实际情况，目前改造后的变频器运行频率在45Hz左右。

四、节能计算
现场数据记录
4# 5#给水泵电机额定参数
功率450kW 轴功率385kW
电压6kV 扬程655m
电流53.3A 流量168m3/h
转速2975r/min 转速2970r/min
功率因数 0.86 效率74%
型号Y4001-2 DG160-64
变频改造前：
电机功率420kW～450kW运行，电流为49A～54A。
母管压力6.7 MPa～7.0MPa
锅炉蒸发量125～135t/h。
调节阀前压力5.5～6.0MPa
调节阀后压力4.4～4.5MPa
流量125 m3/h～150m3/h
阀门开度34%～36%
电机电流49A～54A
电价0.36元/度
年生产时间5000～6000h
变频改造后：
电机运行在40Hz时，母管压力为5.1MPa；电机运行在45Hz时，母管压力达到6.1MPa，锅炉蒸发量为125～135t/h。4# 5#给水泵在改造前后从高压开关测得电流值见下表一

II段给水系统变频改造后对I段给水系统2#泵的影响，测得数据如表二，节能情况如表三。


据现场运行资料有4# 5#两给水泵原有电耗
2007年4#给水泵实测电耗250万度
2007年5#给水泵实测电耗260万度
现取节电率为23%
4#给水泵全年大约节电：250万度×23%=57.5万度
5#给水泵全年大约节电：260万度×23%=59.8万度
按照电费0.36元/度数计算有：

注：由于目前电厂只对局部的给水泵做了变频改造，由于工况教复杂，考虑到操作等方面的平衡，炉前调节阀阀门开度还未能全开。以上数据就是在变频改造后母管压力为6.0～6.2MPa,锅炉前调节阀阀门开度为40%～47%，变频器运行在45～46Hz时的数据，如果母管压力值设为5.4MPa，阀门开度70%～100%，节电率可达40%（即4#5#给水泵每年可节电约73万元）。

五、高压变频改造对系统的其他影响
　　（1）改善了工艺。投入变频器后给水泵可以非常平滑稳定地调节转速，调整水量，运行人员可以自如地调控，节省资源，提高了生产效率。
　　（2）延长电机和水泵的使用寿命。启动电流大（约6～8倍额定电流），对电机和水泵的机械冲击力很大，严重影响设备使用寿命。采用变频调速后，便可以实现电机软起动和软制动，大大延长机械的使用寿命。
　　（3）减少了调节阀门机械和水泵的磨损。安装变频调速后，延长电机，水泵等的大修周期，节省了检修费用和时间，带来很大的经济效益。
　　（4）锅炉给水控制系统自动化程度提高，优化了控制系统。

六、结束语
　　通过对高压变频器在现场运行情况的跟踪和分析，合康高压变频器运行稳定，满足自动控制的要求，节能明显，取得了很高的节能效益，降低了发电成本，提高了发电企业竞价上网的竞争能力，也带来了许多隐形经济效益，深得用户信赖。因此高压变频器技术值得大力推广应用。

参考文献：
[1]陈秋泉《HIVERT系列高压用户手册》北京合康亿盛科技有限公司北京2007，4
[2]徐甫荣.《高压变频器调速技术应用实践》.中国电力出版社.2007
[3]Binwu（加拿大）,卫三民，宇文博《大功率变频器及交流传动》机械工业出版社.2007,8