變頻調速技術在電廠鍋爐運行中的應用

　　在發電廠鍋爐燃燒系列中應用變頻調速系統能夠產生十分理想的節能效果，同時可以避免在啟動電機時因大電磁力和大電流引起的鍋爐輔機故障。本文將闡述在未采用變頻調速時的機組鍋爐輔機運行情況和變頻調速技術在電廠鍋爐運行中的應用情況。

　　變頻調速技術在火力發電廠中應用較為廣泛，相比于傳統的交流調速方式，變頻調速在許多方面擁有明顯的優勢，諸如：電機的工作效率、轉差補償、功率因數、低頻轉矩、頻率范圍、動態響應等，同時也有良好的經濟效益。在啟動電機時，鍋爐系統輔機的傳統手工操作方式往往會使電機產生較大的電磁力和電流，甚至引起鍋爐輔機故障。若采用變頻調速技術控制閥門和風門的開關，調節風速與風量，將大幅度降低鍋爐系統的電能消耗，同時可以避免產生機械故障。

　　1.電廠鍋爐未采用變頻調速技術時的運行狀況

　　機組鍋爐在未采用變頻調速技術時，通常由定速電動機作為鍋爐一次送風、送風機運行的動力，采用人工調節擋板的方式來調節風量大小，此方法主要存在以下5個方面的問題：a，機組鍋爐的啟動電流過大，一般為額定電流的6-8倍，嚴重影響電動機的使用壽命。b，送風機的擋板通常由大力矩電動執行器執行，執行時故障較多，不能很好地滿足長期頻繁調節的要求。c，采用擋板調節的方法給風道壓流造成巨大的損失。d，以人工手動操作擋板的方式，往往存在動作遲緩、力量幅度變化不一等現象，而自動操作則較容易達到優良的調節品質。e，風速過大時，容易對擋板產生沖擊損耗。

　　2.變頻調速技術在電廠鍋爐運行中的應用狀況

　　根據長期的考察與多方對比，同時針對以上提出的問題，我們對電廠鍋爐的送風機、吸風機以及一次風機采用變頻調節技術，安裝變頻電控柜來調節鍋爐的送風機風量和吸風機風量。

　　2.1 鍋爐送風機變頻電控柜

　　鍋爐送風機變頻柜與含氧量變送器、送風機的電動機組以及電網組成爐膛煙氣含氧量閉環控制系統，通過對爐膛氣體含氧量的測試，自動調節鍋爐送風機的送風量。該方法使鍋爐爐膛的煙氣含氧量保持穩定，始終圍繞在最佳值附近，這樣既可以保障燃煤完全燃燒，又可以避免爐膛因送風機送去過多的冷空氣而溫度降低，有效地提高了鍋爐的熱效率。

　　2.2 鍋爐吸風機變頻電控柜

　　鍋爐吸風機變頻電控柜與微負壓變送器、吸風機的電動機組以及電網組成鍋爐微負壓閉環控制系統，通過微電壓控制自動調節吸風機的吸風量。這樣可以使鍋爐爐膛的微負壓值保持穩定，始終保持在最佳值附近，為燃煤充分燃燒奠定基礎，同時可以保障鍋爐爐膛既不吸入過多冷空氣，也不排出過多熱空氣，有效地提高了鍋爐的熱效率。根據吸風機采用變頻控制之后，可以測得鍋爐爐膛吸風量減少15%，微負壓值從-50～100Pa降低至-20Pa。

　　2.3 一次風機變頻電控柜

　　鍋爐采用一次風機啟動時，由于頻率自動調整，控制器操作變得簡便，運行方式更為靈活，運行的參數變化也一目了然。這樣不僅避免了對供電電網造成沖擊，還可以使開關設備的故障大大減少，從而延長電器開關的使用壽命，減少設備運維的工作量。由于采用變頻器一次風機，在降低風機運行轉速的同時，也大幅降低了機器噪聲，尤其是停車或者啟動時的尖嘯聲和打滑聲，當轉速降低至原來的50%時，噪聲可以降低十幾分貝，由此帶來的環境變化相當可觀。除此之外，一次風機改為變頻控制后，運行電流從105*2A降低至66*2A（300MW負荷時），根據電能表計量數據統計，每月大致節約用電38萬kW*h，可多出價值13.67萬元電力用于出售，為企業提高經濟效益。

　　2.4 系統技術方案解析

　　系統采用一套變頻設備只驅動一臺電動機的方式，即一拖一配置。其中高壓變頻調速設備的電路主回路包括6kV輸入高壓電纜和輸出高壓電纜；控制模塊由冷卻風機電源、遠傳控制系統接口以及控制電源構成。該設備可以實現與DCS系統實時通信，我們通過DCS系統可以監視并操控其運行狀態。其中高壓變頻器采用“高-低-高”的直接變換形式，以及單元串聯多電平的拓撲結構，由多組功率模塊串聯作為主體結構，最后由各組低壓輸出所需要的高壓。

　　2.5 高壓變頻器方案分析

　　我國絕大多數火力發電廠普及了低壓變頻器，高壓變頻器卻很少采用，主要是受限于大容量、高耐壓等技術難題。解決這些難題需要很多的核心技術，而目前這些還只掌握在幾個外國公司的手中，主要有日本的富士公司、德國的西門子公司、瑞典的ABB公司、美國的AB公司和羅賓康公司。其中美國的羅賓康公司在這方面做的較為出色，它采用多重化技術，推出了完美無諧波變頻器。該變頻器由一個多重繞阻的隔離變壓器為各功率單元供電，由5個低壓PWM功率模塊串聯構成一相，用高速微處理器及光導纖維實現通信和控制功能。為了真正達到輸入多元化的要求，該高壓變頻器在繞制線圈時將二次線圈（用于功率單元供電）彼此間形成12度電角度的相位差，每條完整的整流大概由30個脈沖電流構成。這樣就可以消除大多數諧波，諧波無功產生的功率因數維持在0.95以上，達到完美無諧波的要求，大大降低了對電網的污染。

　　3.變頻調速技術在電廠鍋爐應用的效益

　　由于變頻調速器采用多電平技術，其穩態時的輸出電壓與電流十分接近正弦波，總電壓諧波失真率極低，大約為5.38%；總電流諧波失真率低于總電壓諧波失真率，大約為0.8%，這大大低于普通的三電平變頻器或者電流源型變頻器。綜上所述，采用變頻技術將基本上不會產生諧波發熱現象、噪聲污染現象以及轉矩脈動等。實際上，電動機的轉矩脈動分量也極小，這時可以考慮去掉輸出濾波器，直接使用常用的異步電動機。實踐證明，送風機、吸風機通過滿風載荷試運行，各種波形測試結果說明變頻器性能良好。通過計算，根據使用變頻調速技術設備后每年的節電量估算，一般三年內可收回設備成本。

　　結語

　　通過與未安裝變頻調速器的發電機組設置參照組，同時運行安裝變頻調速器的發電機組，然后對比測試兩組機器的發電量和用電量，說明傳統鍋爐存在諸多的缺陷，能源利用率較低，經濟效益也得不到提高。而采用變頻調速技術的完美無諧波變頻器具有啟動電流小、調速精度高、可靠性高、功率因數高、機械振動磨損小、操作簡便等優點，在我國發電廠試用以來，情況良好且具有較好的經濟效益與社會效益。