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火電機(jī)組風(fēng)機(jī)高壓變頻改造項目的節(jié)能預(yù)算與效果測試

文檔作者：張和平楊忠民胡偉許賢昶文檔來源： 1．廣東省韶關(guān)坪；fi-發(fā)電有限公司 2．廣州智光電機(jī)有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年02月25日
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2006年5月
第7卷第5期
電力 設(shè)備
Electrical Equipment
May．2006
VOI．7 NO．5
火電機(jī)組風(fēng)機(jī)高壓變頻改造項目的
節(jié)能預(yù)算與效果測試
張和平 ，楊忠民 ，胡 偉 ，許賢昶
(1．廣東省韶關(guān)坪；fi-發(fā)電有限公司，廣東省韶關(guān)市 523138；2．廣州智光電機(jī)有限公司，廣東省廣州市 510731)
摘要：文章通過介紹火力發(fā)電機(jī)組送風(fēng)機(jī)的高壓變頻調(diào)速節(jié)能改造實例，對節(jié)能效益估算方法及高壓變頻調(diào)速節(jié)能效
果的試驗和計算進(jìn)行了詳細(xì)介紹，為火力發(fā)電企業(yè)的技術(shù)人員在對風(fēng)機(jī)高壓變頻節(jié)能改造前盡量準(zhǔn)確地進(jìn)行節(jié)能預(yù)
算和投資回報經(jīng)濟(jì)分析、改造后的節(jié)能效益計算提供參考。
關(guān)鍵詞：火電機(jī)組；節(jié)能改造；高壓變頻器；風(fēng)機(jī)；節(jié)能預(yù)算
中圖分類號：TM621．7 1
在我國火電機(jī)組的設(shè)計中，由于鍋爐、風(fēng)機(jī)的設(shè)
計裕度過大，高壓電動機(jī)往往存在大馬拉小車的現(xiàn)
象。在某些場合，即使裕度選得不是很大，但由于工
況存在負(fù)荷波動較大的情況，而電動機(jī)轉(zhuǎn)速不能跟著
負(fù)荷的波動進(jìn)行調(diào)節(jié)，使大量的電能被浪費。據(jù)統(tǒng)
計，我國風(fēng)機(jī)泵類的平均設(shè)計效率僅為75％ ，比發(fā)達(dá)
國家低5％ 個，系統(tǒng)運行效率比發(fā)達(dá)國家低20％ ～
25％ ，因此節(jié)電潛力巨大。
目前，國內(nèi)火力發(fā)電廠的廠用電率占總發(fā)電量的
6％ ～10％ ，而鍋爐送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)的消耗電量要占總
廠用電的25％ 左右?，F(xiàn)在，一般機(jī)組對送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)
機(jī)的調(diào)節(jié)采用進(jìn)風(fēng)門的開度調(diào)節(jié)，風(fēng)門的開度常年工
作在20％ ～30％ ，50％ ～60％ 開度的情況大量存在，
這導(dǎo)致風(fēng)機(jī)運行效率較低，因此提高風(fēng)機(jī)的運行效率
對節(jié)能降耗有著重要的作用。我國一些企業(yè)，特別是
一些火電廠或熱電站在采用高壓變頻技術(shù)x,-J-高壓電
動機(jī)進(jìn)行節(jié)能技術(shù)改造后，產(chǎn)生了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
在采用一次投資較大的高壓變頻調(diào)速設(shè)備前，一般都
要進(jìn)行節(jié)能與經(jīng)濟(jì)效益、資金回收期的分析。
2 風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速改造節(jié)能的預(yù)算基礎(chǔ)
2．1 風(fēng)機(jī)的效率
鍋爐送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)大量采用離心式風(fēng)機(jī)，其效
率由機(jī)械效率 ，7 、容積效率 ，7 、流動效率 綜合構(gòu)
成。其中的機(jī)械傳動損失不能進(jìn)行相似換算，因此除
去機(jī)械損失因素以外的功率可作為風(fēng)機(jī)相似換算的
依據(jù)。除去機(jī)械損失外的風(fēng)機(jī)功率的效率是風(fēng)機(jī)設(shè)
計的重要指標(biāo)。一般離心風(fēng)機(jī)的設(shè)計總效率為0．70
～ 0．90，節(jié)能型離心風(fēng)機(jī)的設(shè)計總效率在0．80以上。
2．2 風(fēng)機(jī)采用風(fēng)門調(diào)節(jié)的效率
離心式風(fēng)機(jī)一般采用風(fēng)門(入口導(dǎo)流器)調(diào)節(jié)，
其特性曲線如圖1所示。風(fēng)門全開(開度90。)時，氣
流無漩流進(jìn)入葉道；當(dāng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動導(dǎo)流器葉片時，氣流
產(chǎn)生預(yù)漩，風(fēng)機(jī)全壓降低，其性能曲線向下彎曲。隨
著入口導(dǎo)流器角度的變小，風(fēng)機(jī)性能曲線依次由1變
為2、3、? ? ，使工況點往小流量區(qū)移動，工作點從A
點依次變?yōu)锳 、A 、? ? ，達(dá)到調(diào)節(jié)流量減小，滿足工
況要求的目的。離心式風(fēng)機(jī)入口導(dǎo)流器調(diào)節(jié)效率曲
線是類似一簇橢圓曲線，其長軸方向與管路特性曲線
方向垂直，如圖2所示。
調(diào)節(jié)特性曲線 調(diào)節(jié)效率曲線
從圖2可見，其高效區(qū)比較窄，在風(fēng)機(jī)入口導(dǎo)流
器調(diào)節(jié)角度改變時，風(fēng)機(jī)的效率變化顯著。
2．3 風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速調(diào)節(jié)的效率
根據(jù)泵和風(fēng)機(jī)的相似定律，在風(fēng)機(jī)H—g 特性曲
線上，只要是H=勛：拋物線上的工況點彼此相似，在
不同轉(zhuǎn)速下的H—g 特性曲線在同一拋物線上各工
況點的效率相等，相似拋物線又稱為等效率曲線。風(fēng)
機(jī)等效率曲線與效率特性曲線如圖3所示。圖3中，
在n 、n 、 轉(zhuǎn)速下，1、1 、1”3個工況點的效率均為
，7 ；2、2 、2”3個工況點的效率均為 ，7：。
從圖3可見， ，7一吼曲線在轉(zhuǎn)速減小時向小流量方
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14 電力設(shè)備 第7卷第5期
梳量q
圖3 風(fēng)機(jī)等效率曲線與效率特性曲線
向移動，而一般風(fēng)機(jī)設(shè)計額定工作點一般在其效率曲
線的最高點附近，在導(dǎo)流閥全開情況下，鍋爐的風(fēng)阻與
流量g 的關(guān)系理論曲線基本接近二次方拋物線曲線，
是一條H=Kq：等效率曲線。在一般風(fēng)機(jī)運行速度范
圍內(nèi)(40％ ～100％ 額定轉(zhuǎn)速)，風(fēng)機(jī)的運行效率基本保
持較高的額定工況點的效線，因此在風(fēng)門全開、采用改
變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)時，風(fēng)機(jī)的各個運行工況點的效率基
本接近，都與風(fēng)機(jī)設(shè)計的額定工況點的效率接近。這
部分由于提高效率而節(jié)約的功率與由于增大風(fēng)門開度
降低壓力損失所對應(yīng)的功率是風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速所節(jié)
約能量。表1是風(fēng)門調(diào)節(jié)與變頻調(diào)節(jié)時風(fēng)機(jī)的風(fēng)量與
功率及效率變化關(guān)系的經(jīng)驗值，可作為風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能
預(yù)算的估算依據(jù)(僅供參考)。
表1 風(fēng)門調(diào)節(jié)與變頻調(diào)節(jié)時風(fēng)機(jī)的風(fēng)■與功率
及效率的變化關(guān)系 ％
風(fēng)機(jī) 有效 風(fēng)機(jī)人口導(dǎo)流器調(diào)節(jié) 變頻調(diào)速 變頻
風(fēng)量 功率 電功率總損耗效率 電功率總損耗效率 節(jié)能率
30 2．7 52 49．3 5．2 5 2．3 54 9o．4
40 6．4 56 49．6 l1．4 9 2．6 71．1 83．9
5O l2．5 60 47．5 2O．8 l5 2．5 83．3 75．O
60 21．6 64 42．4 33．8 25 3．4 86．4 60．9
70 34．3 68 33．7 5O．4 38 3．7 90．5 44．1
80 51．2 72．5 21．3 70．6 56 4．8 91．4 22．8
90 72．9 84 l1．1 86．8 79 6．1 92．3 6．O
l0o l0o lo6 6 94．3 108 8 92．6 —1．9
注：表l中各值均為標(biāo)么值，單位均為％ ，以風(fēng)機(jī)風(fēng)量額定值
100％時的電動機(jī)軸功率定為100％。
3 發(fā)電廠送風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能預(yù)算與試驗
3．1 節(jié)能預(yù)算
坪石發(fā)電廠3號機(jī)組容量為125 MW，設(shè)計中送風(fēng)系
統(tǒng)是由2臺6 kV，1(DO kW 送風(fēng)機(jī)同時運行的方式。風(fēng)
機(jī)與電機(jī)參數(shù)如下：風(fēng)機(jī)型號G4—73，額定風(fēng)量為
541 km ／h，額定風(fēng)壓為4 732 Pa。電機(jī)額定功率1 000 kW，
額定電壓6 kV，額定電流113 A，功率因數(shù)COS =O．895。
650～800 kW 機(jī)組鍋爐所需風(fēng)量與風(fēng)機(jī)額定風(fēng)量
相比有20％ ～30％ 的節(jié)余，調(diào)節(jié)方式為手動擋板調(diào)節(jié)，
由于生產(chǎn)工藝需求，并保證鍋爐穩(wěn)定燃燒的含氧量與
爐膛內(nèi)壓力，送風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口擋板開度為45％ ～70％ ，風(fēng)
量為風(fēng)機(jī)額定風(fēng)量的75％ ～90％ ，即使在機(jī)組滿負(fù)荷
時，冬季擋風(fēng)板開度通常為50％ ～55％ ，而夏季擋風(fēng)板
開度通常為65％ ～70％ ，運行電流為76～8O A，功率
為700～800 kW，由于風(fēng)機(jī)效率的降低，造成大量的
能源浪費，有很大的節(jié)能空問。
對送風(fēng)機(jī)變頻改造后，入口擋板全開，電機(jī)低速運
行，只要滿足送風(fēng)機(jī)出口擋板處的風(fēng)量即可保證鍋爐的
穩(wěn)定燃燒，保證鍋爐正常運行。風(fēng)機(jī)效率可提高至接近
額定效率，這樣所需功率可相應(yīng)減小，達(dá)到節(jié)能的目的。
參考改造前工頻拖動送風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)風(fēng)門方式的運行
記錄：滿載時送風(fēng)機(jī)平均功率約750 kW，風(fēng)機(jī)風(fēng)量約
80％ ；85％ 負(fù)載時送風(fēng)機(jī)平均功率約725 kW ，風(fēng)機(jī)風(fēng)量
約75％ ；7O％ 負(fù)載時送風(fēng)機(jī)平均功率約700 kW，風(fēng)機(jī)風(fēng)
量約70％ 。按照滿載運行時問25％ ，85％ 負(fù)載運行時
問50％ ，70％ 負(fù)載運行時間25％ 。按每年運行時間
7 300 h計算，2臺送風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速改造后可節(jié)約電
量352萬kWh。
3．2 節(jié)能效果測試
坪石電廠選用廣州智光電機(jī)公司的Zinvert智能
變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造。改造完成之后，該電廠
組織進(jìn)行了3號鍋爐送風(fēng)機(jī)電機(jī)變頻調(diào)速裝置節(jié)能
效果試驗。電廠與高壓變頻器廠家的技術(shù)人員進(jìn)行
了大量的試驗，對機(jī)組在不同負(fù)荷相同工況下分別采
用包括風(fēng)門調(diào)節(jié)與變頻調(diào)節(jié)的風(fēng)壓、風(fēng)量、電流、功率
等進(jìn)行了測試。送風(fēng)機(jī)在工頻和變頻2種工況下的
試驗數(shù)據(jù)如表2所示。
表2 送風(fēng)機(jī)工頻、變頻2種工況下的試驗數(shù)據(jù)
3．3 節(jié)能效果測試結(jié)果分析
(1)試驗期問母線電壓在6．17～6．27 kV之間，
與3號機(jī)一般運行時電壓一致，而且負(fù)荷選取了3號
機(jī)具有代表性的125、113、100、90 MW 4個點，因此此
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工業(yè)企業(yè)節(jié)能節(jié)電專題 張和平等：火電機(jī)組風(fēng)機(jī)高壓變頻改造項目的節(jié)能預(yù)算與效果測試 15
次試驗基本可以作為節(jié)能效果的依據(jù)。在相同負(fù)荷
情況下，在變頻運行和工頻運行時，3號機(jī)各主要參
數(shù)，如主汽流量、主汽壓力、主汽溫度、真空、風(fēng)量、氧
量、大氣壓力、煤質(zhì)基本相近，因此根據(jù)表2的試驗記
錄可得不同負(fù)荷下的節(jié)能數(shù)據(jù)，如表3所示。
表3 機(jī)組不同負(fù)載情況下變頻調(diào)速改造的節(jié)能數(shù)據(jù)
(2)節(jié)能效果。坪石電廠年平均負(fù)荷為114 MW，根
據(jù)廠負(fù)荷曲線，設(shè)3號組所帶負(fù)荷的時間比例為：2o％ 的
時間為125 MW ，55％ 的時間為113 MW，2o％ 的時間為
100 MW，5％ 的時間為90 MW。全年送風(fēng)機(jī)節(jié)能率為
31％ 。2臺送風(fēng)機(jī)變頻改造后節(jié)約廠用電量(全年運行
時間以7 30O h計)為401萬kwh。節(jié)能預(yù)算偏差為
(401—352)／401 X 100％ =12％ ，估算數(shù)據(jù)基本可信。
(3)含氧量對試驗的影響。試驗中2臺送風(fēng)機(jī)
出口空氣氧量值如表4所示。
表4 不同機(jī)組負(fù)荷下2種調(diào)速方式試驗時的含氧量 ％
變頻運行時的氧量偏高，主要因為風(fēng)壓較低，試
驗時間內(nèi)調(diào)節(jié)時間較緊未調(diào)節(jié)至最佳狀態(tài)。一般，
113 MW時的氧量為5．O％ ～5．5％ 為宜；100 MW 氧量
為5．5％ ～6．0％ 為宜；90 MW 為6．0～7．0％ 為宜。根
據(jù)以上計算，在滿足鍋爐各工況風(fēng)量的前提下，氧量
調(diào)得越低，節(jié)能效果越大，故實際運行時節(jié)能效果將
比試驗時偏高一些，但幅度不大。
季進(jìn)行，大氣壓力平均值為100．9 kPa，空氣密度較夏天
大，故夏天正常運行時送風(fēng)機(jī)的出力較試驗時偏大，根
據(jù)節(jié)能趨勢，實際節(jié)能效果較試驗偏低。試驗期間，真
空為一96 kPa，夏天運行時真空為一91 kPa，帶相同負(fù)荷
時鍋爐出力增大，送風(fēng)機(jī)節(jié)能效果將會降低一些。
4 結(jié)束語
坪石發(fā)電廠通過引風(fēng)機(jī)高壓變頻調(diào)速改造，節(jié)能
直接收益從以上統(tǒng)計數(shù)據(jù)看，設(shè)備廠家提供的節(jié)能預(yù)
算是準(zhǔn)確的，變頻改造效果顯著，節(jié)電率可達(dá)30％ ，
設(shè)備投資回收期小于2年，節(jié)能改造是成功的，而且
風(fēng)機(jī)變頻改造還有其他顯著的附帶收益：
(1)網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)提高。原電機(jī)直接由32頻驅(qū)
動時功率因數(shù)為0．75，采用高壓變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)后，電
源側(cè)的功率因數(shù)可提高到0．96以上，可進(jìn)一步節(jié)約
上游設(shè)備的運行費用。
(2)設(shè)備運行與維護(hù)費用下降。采用變頻調(diào)節(jié)
后，由于通過調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速實現(xiàn)節(jié)能，在負(fù)荷率較低
時，電機(jī)、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速也降低，設(shè)備軸承等磨損減輕，維
護(hù)周期加長，設(shè)備運行壽命延長。
(3)用高壓變頻調(diào)速裝置后，可對電機(jī)實現(xiàn)軟啟
動。啟動時電流不超過電機(jī)運行額定電流的1．2倍，
對電網(wǎng)無任何沖擊，電機(jī)使用壽命增長。
(4)操作簡單，運行方便。通過DCS遠(yuǎn)程直接
給定調(diào)節(jié)輸出頻率，實現(xiàn)自動化調(diào)節(jié)。
5 參考文獻(xiàn)
[1] 郭立君，何川．泵與風(fēng)機(jī)(第三版)．北京：中國電力出版社．
收稿日期：2006—02—30
作者簡介：
張和平(1950一)，男，工程師，長期從事電廠電氣技術(shù)管理
工作；
楊忠民(1976一)，男，工程碩士，長期從事電力電子技術(shù)的
研究與應(yīng)用工作。
(4)大氣壓力、真空對試驗的影響：由于試驗在春 (責(zé)任編輯羅翠蘭)
Energy—saving Budget and Effect Test 0f HV Frequency
Conversion Retrofit for Fan of Thermal Power Generator Unit
ANG He—ping ，YANG Zhong—min 。HU W ei ，XU Xian—XU
(1．Guangdong Shaoguan Pmgshi Power Generation Co．，Shaoguan 523 138，China；
2．Guangzhou Electric Machine Co．，Guangzhou 51073l，China)
Abstract：Thr0u曲mtr~tuemgthe energy-saving retrofit example ofHVfrequency eonvgft~"forthefan of~ermalpowerg~erator
unit，the estination method of energy saving benef~，the test and ealculation ofthe energy saving efect ofttV frequency eonv~'sion
were introduced-m detail,which carl be aS reference for the technical people power generation enterprise to Garry out the energysaving
budget and economic analysis of investment r~llrn accurately before energy—saving retrofit of HV frequency Gonversion of
fan，and the benefit calculation of energy saving after retrofit ofHVfrequency conversion offan．
Keywo~ls：thennal power generator unit；energy-saving retrof~；HV frequency converter；fan；energy-saving budg~

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