匯川技術HD9X系列高壓變頻器在2×220MW發電機組中的應用

供稿：深圳市匯川技術股份有限公司2015/6/25 16:06:52

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• 關鍵詞：                                                        循環流化床、風機、高壓變頻器、節能改造

• 摘要：本文主要介紹循環流化床鍋爐工藝及其相關節能應用，通過匯川技術對同煤國電王坪發電公司1#、2#機組共計12臺風機的變頻改造實例，體現了匯川技術方案的優勢，證明了匯川HD9X系列高壓變頻器在循環流化床鍋爐中的節能效果明顯，有效改善現場運行工藝，降低了廠用電率。

一、工藝介紹

   循環流化床是一種適于固體燃料的清潔高效的燃燒技術。固體顆粒（燃料、石灰石、砂粒、爐渣等）在爐膛內以一種特殊的氣固流動方式（流態化）運動，離開爐膛的顆粒又被分離并送回爐膛循環燃燒。爐膛內固體顆粒的濃度高，燃燒、傳質、傳熱、混合劇烈，溫度分布均勻，固體顆粒在爐膛內的內循環和外循環十分強烈，在爐膛內的停留時間較長，保證了較高的燃燒效率。

其較為典型的燃燒工藝如圖1所示。

圖1   循環流化床鍋爐系統示意圖

   循環流化床燃燒技術是近二十多年來發展的潔凈煤燃燒技術，其燃燒方式特別適用于高灰分、低揮發份的煤矸石、洗中煤等劣質煤，具有較好的燃料適應性，可變廢為寶，體現節能要求。另外，循環流化床鍋爐在燃燒過程采用爐內噴鈣、低溫燃燒，可同時達到脫硫脫硝的目的，具有較好的環保特性。

燃料由給煤機送入爐膛；一次風由鍋爐底部送入,主要用于維持燃料粒的流化；二次風沿燃燒室側壁多點送入，主要用于增加燃燒室的氧量，提高燃燒效率；燃燒后的大量顆粒隨煙氣進入旋風分離器，與煙氣分離；分離出來的顆粒經回料閥回到燃燒室繼續燃燒；分離出來的煙氣則經過除塵器除塵后，由引風機引入煙囪排出。實際運行中，循環流化床的燃燒效率可高達97%～99%。

二、項目概況

圖2   客戶現場大門圖片

   同煤國電王坪綜合利用坑口電廠2×220MW級超高壓直接空冷機組，額定值659T/h的CFB鍋爐兩組。引風機：6KV/2240KW×4；一次風機：6KV/2240KW×4；二次風機：6KV/1120KW×4，均采用液力耦合器調節風機運行轉速。

液力耦合器是一種利用液體介質傳遞轉速的機械設備，其主動輸入軸端與原傳動機相聯結，從而輸出端與負載軸端聯結，通過調節液體介質的壓力，使輸出軸的轉速得以改變。理想狀態下，當壓力趨于無窮大時，輸出轉速與輸入轉速相等，相當于剛性聯軸器。當壓力減小時，輸出轉速相應降低，連續改變介質壓力，輸出轉速可以得到低于輸入轉速的無級調節。

液力偶合器的特點：

?啟動：液力耦合器利用能耗轉差調節原理，起動時負載與電機主軸脫離，相當于空載全壓起動。電機全速運行后，通過調節液力耦合器工作腔內的油量實現柔性連接，逐步升速。即液力耦合器不能實現軟啟動。

?調速范圍：液力耦合器由于其輸出轉速低于輸入轉速，調速越深，損耗越大。故其調速范圍只能在20%以內。

?效率：液力耦合器是一種能耗型的機械調速裝置，輸出轉速低于輸入轉速。輸出轉速的降低，實際是輸出功率減小，調速越深（轉速越低），損耗越大。因此液力耦合器的平均效率在50%左右。

?自動控制：液力耦合器不能對電機自動合理調速，存在很大的能源浪費。

?故障發生率：液力耦合器易發生故障，維修費用高，并且影響生產。

針對使用液力耦合器自身特點及現場實際使用情況進行分析，由于液力耦合器調節風機運行轉速存在著較大的能量損耗，為降低能耗以及提高發電機組自動化水平，我方經過認真分析計算，決定對上述使用液力耦合器調節轉速的風機進行變頻改造。

三、變頻系統方案

（1）現場參數

（2）高壓變頻器選型

根據現場電機參數及實際運行需求，對高壓變頻器進行如下選型：

所有變頻器均配備單元旁路功能，單元旁路采用機械接觸器方式進行，能夠保證在單元出現故障的情況下，將故障單元旁路掉，不影響整機的運行，且軟件上具有非對稱旁路技術，即使在單元旁路的情況下也能保證高電壓輸出能力，以滿足大部分工況需求。

（3）水阻柜選型

（4）一次系統方案

圖3 一次方案圖

方案說明：

1.變頻運行時：6kV電源經變頻裝置輸入隔離刀閘QS11或QS21到高壓變頻調速裝置，變頻裝置輸出經出線隔離刀閘QS12或QS22分別送至1#電動機和2#電動機。

2.變頻故障或工程檢修時：6kV電源還可以經水電阻啟動裝置直接起動電動機。6kV電源經水電阻輸入隔離刀閘QS1或QS3到水電阻啟動器，經輸出刀閘QS2或QS4分別送至1#電動機和2#電動機，當水電阻啟動器將電機拖動至工頻運行后合上KM1或KM4，將電動機切換至工頻運行。

3.QS11、QS12與QS1、QS2互鎖， QS21、QS22與QS3、QS4互鎖，QS1、QS2與QS3、QS4互鎖。

4.可實現兩臺變頻器同時運行，也可以分別對兩臺電機進行軟啟動工頻運行，實現任何時候都能夠對電機進行軟啟動。

5.方案成本較高，適合不具備工頻直接啟動的現場。

（5）控制系統方案

圖4 控制系統方案

（6）控制系統方案

四、現場散熱方案

   變頻器的熱風經過風道直接由空冷裝置進行熱交換，由冷卻水將變頻器散發的熱量帶走，經過降溫的冷風直接排回至室內。

   空冷裝置內的冷水溫度低于33℃，即可以保證熱風經過散熱片后，將變頻器室內的環境溫度控制在40℃以下，滿足變頻器對環境運行的要求，從而保證了變頻器室內良好的運行環境。

   冷卻水與循環風完全分離，水管線在變頻室外與高壓設備明確分離，確保高壓設備室不會受到防水、絕緣破壞等安全威脅和事故。同時，由于房間密閉，變頻器利用室內的循環風進行設備冷卻，具有粉塵度低，維護量小的特點，減少了環境對變頻器功率單元柜、控制柜運行穩定性的不利影響。空水冷卻系統結構原理圖如下：

圖5 空-水冷系統示意圖

五、匯川HD90系列變頻改造優勢

（1）充分利用變頻器和現有設備，保證了系統改造后緊急狀態下工頻恢復運行，易于系統維護。

（2）提高風機運行效率，變頻器的效率高達95%以上。

（3）可實現全范圍調速，頻率分辨率達到0.01Hz。

（4）正常時采用變頻運行，當發生故障之后，變頻器發送故障信號至DCS，跳開電源開關，檢查后如果確實存在故障則切至工頻運行，相關邏輯在DCS中實現。

（5）內置PID調節器，可根據實際需求進行閉環調節，實現手動控制與自動控制無縫切換，對電機轉速自動調節。

（6）觀察變頻器起動的負荷曲線，可以發現啟動時基本沒有沖擊，電流從零開始，僅是隨著轉速增加而上升．不會超過額定電流。因此變頻運行解決了電機啟動時的大電流沖擊問題， 消除了大啟動電流對電機、傳動系統和主機的沖擊應力從而顯著改善了設備的運行可靠性，減少了維護保養費用。

（7）使用變頻器可使電機轉速沿風機的加減速特性曲線平緩變化．設備和軸承受力狀況得到了明顯改善。同時有關數據說明，機械壽命與轉速的倒數成正比 ，降低一次風機轉速可成倍地提高一次風機的壽命，因而風機維護費用自然就降低了。

（8）降低噪音一次風機改用變頻器后，降低風機轉速運行的同時，噪音也將大幅度地降低，當轉速降低5 0％ 時，噪音可減少十幾個d B，同時消除了停車和啟動時的打滑和尖嘯聲。

（9）輸出電流諧波≤2%，6KV功率單元柜由15個功率單元組成，每相由5個功率單元串聯組成，輸出21階梯PWM波形，近似完美正弦波，滿足并高于IEEE519-1992和GBT14549-93標準，不會對電網造成諧波污染。

六、現場圖片

（1）現場設備圖片（部分）

（2）變頻器現場圖片（部分）

（3）變頻器運行畫面（部分）

（4）現場風水冷設備圖片（部分）

七、總結

   匯川技術有限公司依托多年的自動化行業的應用經驗，對電力行業的變頻改造具有獨到的方案解決能力，匯川技術高壓變頻器不僅在電廠的風機上有良好的運行，在電廠端的循環水泵、凝結水泵、給水泵等都有良好的運行案例， HD9X系列高壓變頻器得到了電力客戶的一致好評，匯川技術有限公司生產的高壓變頻器為采用矢量控制技術的高性能變頻器，產品適用于電力、冶金、化工、市政、橡膠等多個應用領域，公司一直本著以用戶的實際需求來創造產品，給用戶提供最佳的控制方案為宗旨，在各行業得到用戶的一致認可！