高壓變頻器在熱電廠鍋爐恒壓供水上的應(yīng)用

0 引言

目前, 我國(guó)大型異步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用變頻調(diào)速剛剛起步，可是，國(guó)外已經(jīng)廣泛使用，而且隨著電力電子器件的發(fā)展，高壓變頻裝置的型式也是多種多樣。按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分就有IGBT直接串聯(lián)型，三電平型和多單元串聯(lián)電壓疊加型等。

通過(guò)長(zhǎng)期的運(yùn)行實(shí)踐可以發(fā)現(xiàn)大功率風(fēng)機(jī)、水泵等需調(diào)速的設(shè)備，運(yùn)用高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)表現(xiàn)出良好的經(jīng)濟(jì)效益，其可靠性也得到保證。而且，變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速、起動(dòng)和制動(dòng)性能、易于自動(dòng)化控制、高效率、高功率因數(shù)、良好的節(jié)電效果及廣泛的適用范圍等優(yōu)點(diǎn)被國(guó)內(nèi)外公認(rèn)為是最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。

在對(duì)低壓變頻器驅(qū)動(dòng)的低壓電動(dòng)機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造后，驅(qū)動(dòng)大型水泵和風(fēng)機(jī)的高壓大功率電動(dòng)機(jī)的節(jié)能改造正在以驚人的速度推進(jìn)，高壓變頻器、內(nèi)饋調(diào)速等多種高壓電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法發(fā)展迅速，特別是高壓變頻器以良好的調(diào)速性能和較高的效率得到了廣大客戶(hù)的認(rèn)可。

1 工況

山東玲瓏集團(tuán)是世界輪胎20強(qiáng)、全國(guó)三大輪胎生產(chǎn)廠家和全國(guó)1 000戶(hù)最大工業(yè)企業(yè)之一。擁有橡膠、水泥、機(jī)電和電廠等分公司，其中電廠有兩個(gè)15MW的發(fā)電機(jī)組和一個(gè)30 MW 的發(fā)電機(jī)組，除了給自主產(chǎn)供電、供氣外，還給市區(qū)供曖、供電。15MW的兩個(gè)發(fā)電機(jī)組共由3臺(tái)鍋爐組成，3臺(tái)鍋爐的給水泵由4臺(tái)355 kW/10 kV的高壓電機(jī)驅(qū)動(dòng)，正常運(yùn)行的時(shí)候是三用一備。

經(jīng)過(guò)多方的研究和論證，決定將鍋爐給水泵由原來(lái)的閥門(mén)調(diào)節(jié)改為變頻調(diào)速恒壓給水方式?？紤]到要保持壓力差變化不大，只對(duì)2#給水泵進(jìn)行了變頻節(jié)能改造。

2 改造方案

近兩年，高壓變頻器發(fā)展迅猛，國(guó)內(nèi)涌現(xiàn)出生產(chǎn)高壓變頻器的大小廠數(shù)十家。但是，各廠家的主拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都相差無(wú)幾。通過(guò)各種途徑的考察與比較，玲瓏集團(tuán)最終選擇深圳市微能科技有限公司自主研發(fā)生產(chǎn)的多單元串聯(lián)的高-高形式的WIN-HV系列高壓變頻器，這種結(jié)構(gòu)的高壓變頻器具有良好的輸入、輸出波形，性?xún)r(jià)比高，可靠性高，即便個(gè)別單元有故障，也可將其所在的一組單元旁路，降頻使用。這極大地提高了風(fēng)機(jī)、水泵運(yùn)行的可靠性。

WIN-HV 系列高壓變頻器主回路原理圖如圖1所示。

WIN-HV系列高壓變頻器輸入、輸出電流波形和輸出電壓波形如圖2所示。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況和具備的各種條件，采取的改造方案如下：

1)對(duì)2# 給水泵采用一拖一的方式，因系統(tǒng)有備用設(shè)備故未使用工頻旁路系統(tǒng);

2)從母管上取壓力變送器的4~20 mA電流信號(hào)作為反饋，給定頻率根據(jù)用戶(hù)從DCS系統(tǒng)直接給定;

3)運(yùn)行信號(hào)、停止信號(hào)從DCS系統(tǒng)給定;

4)高壓變頻器的狀態(tài)信號(hào)從變頻器的控制柜里送到DCS系統(tǒng)，以便實(shí)時(shí)觀察;

5)改造后的母管壓力值達(dá)到工藝要求的6.8 MPa以上;

6)將每臺(tái)水泵的旁通閥關(guān)閉，用高壓變頻器調(diào)節(jié)高壓電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)所需的流量。

高壓變頻器的閉環(huán)控制如圖3所示。

將各泵的旁通閥關(guān)閉，利用變頻系統(tǒng)自帶的PID功能實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。由DCS 給出給定連續(xù)可調(diào)的4~20 mA對(duì)應(yīng)0~10 MPa的壓力信號(hào)，母管上的壓力變送器的0~10 MPa壓力信號(hào)對(duì)應(yīng)4~20 mA反饋給變頻器，通過(guò)PID功能來(lái)控制輸出轉(zhuǎn)速的高低，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整給水流量的目的。

3 效益分析

根據(jù)水泵的運(yùn)行特性，流量與轉(zhuǎn)速成正比，電機(jī)的功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，即

因此，當(dāng)用水量降低的時(shí)候可以用降低電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)滿足生產(chǎn)需要，而無(wú)須再用閥門(mén)調(diào)節(jié)，如此就可以省下通過(guò)閥門(mén)調(diào)節(jié)損耗的電能了。

2#水泵變頻改造前和改造后的數(shù)據(jù)對(duì)比(采集一個(gè)月的數(shù)據(jù)，得出平均值，每月按30 天計(jì)算，每年按330天計(jì)算)如表1所列。

從表1的數(shù)據(jù)可以看出，每年僅電費(fèi)就可以省下32萬(wàn)多元。

4 結(jié)語(yǔ)

國(guó)家對(duì)節(jié)能環(huán)保越來(lái)越重視，節(jié)能減排優(yōu)惠政策陸續(xù)出臺(tái)，促使企業(yè)為減少生產(chǎn)過(guò)程中的能源浪費(fèi)現(xiàn)象，紛紛加強(qiáng)合理利用能源的管理，對(duì)設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造，以達(dá)到降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)綜合競(jìng)爭(zhēng)力的目的。這些為變頻器的發(fā)展與推廣提供了機(jī)會(huì)，也為風(fēng)機(jī)與水泵的節(jié)能運(yùn)行和提高其運(yùn)行效率提供了有效途經(jīng)。