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北极星电力网技术频道 作者:3 2007/12/24 10:54:08
摘要：据统计我国火电厂平均发电煤耗396g/(kWh)，比发达国家高出60～80g/(kWh)，其中一个主要原因就是国内火电厂的厂用电率明显偏高，主要厂用辅机运行效率低下，使厂用电率长期徘徊在7.5左右……要害词：变频器火电厂辅机传动系统0 前言据统计我国火电厂平均发电煤耗396g/(kWh)，比发达国家高出60～80g/(kWh)，其中一个主要原因就是国内火电厂的厂用电率明显偏高，主要厂用辅机运行效率低下，使厂用电率长期徘徊在7.5左右。由于以下原因，近年来火电厂的厂用电率还有上升的趋势：①随着锅炉设备的改进与完善和电厂治理水平的提高，漏风、漏水率明显降低，使风机、水泵出现了明显的功率裕量过大目前，国内火电厂主要辅机传动系统变频器应用推广情况如表1所示。由表1不难看出： (1)火电厂所采用的变频调速传动系统几乎包括了目前所有的设备配置方案，即高压方案、中压方案、高低高方案和低压方案。各种方案的设备配置情况如表2所示。其中采用保留原有6kV电动机的高压方案使用最多，约占总台数的85(74台)及总容量的93(89650kW)；而采用中压方案和低压方案的寥寥无几，总共只有9台4780kW。表1 目前火电厂辅机传动系统变频器使用情况统计表序号变频器生产厂家及型式安装总台数总装机容量/MW应用电厂使用的传动系统传动电动机的容量范围/kW电动机电压/kV1美国罗宾康公司HarmongPerfect系列3034.54大庆新华电厂等11个电厂送、引风机24台灰浆泵5台，给水泵1台560～230062德国西门子公司Simcvert-MV2024.86首钢热电厂等10个电厂送引风机630～250063Simmmovert-A(高-低-高)42.2锦州电厂等3个电厂500～57064德国西门子公司Simovevt-P(高-低-中)(高-低-低)94.78山东龙口电厂等4个电厂320～10000.380.665美国罗克威尔A-B公司Bulletin155744.8河南鹤壁电厂等2个电厂送引风机各2台800～160066PowerFlex-70001214.27河北沙岭子电厂等5个电厂送引风机11台灰奖泵1台31.5～180067ABB公司ACS100037.5上海宝钢电厂引风机250068北京利德华福Harsvert-A43.2四川华莹山电厂送引风机80069北京先行HVF10.25北京国华三河电厂水泵2.50610合 计8796.431个电厂表2 各种方案的设备配置情况表设备配置方案名进线变压器变 频 器出线降压变压器电动 机高压方案6kV/6kV变压器6kV变频器无6kV电动机中压方案6kV/4.16kV变压器6kV/3kV变压器6kV/2.3kV变压器4.16kV变频器3kV变频器2.3kV变频器无无无4.16kV变频器3kV变频器2.3kV电动机高低高方案6kV/380V或600V380V或660V变频器(380V或660V)/6kV变压器6kV电动机低压方案6kV/660V变压器660V变频器无660V电动机6kV/380V变压器380V变频器无380V电动机(2)到目前为止，火电厂辅机传动系统中已使用或正在安装的变频器总台数约为87台，总功率达96400kW，其中功率在1000kW及以下者约48台，功率在1000～2000kW者约39台，功率在2100～2500kW者约6台。2 变频器在电厂辅机节能改造应用中的经济性评价 现仅引用一实例进行如下计算方法［1］，计算步骤和结果如表4所示。表4 采用导流器调节时引风机的耗电量计算计算序号主机负荷率/100908070601流量qv/m3·h-13420003078002736002394002052002流量系数0.180.1620.1440.1260.1083功率系数(由查特性曲线)0.0840.0750.0680.0620.0564轴功率415.67371.1336.49306.8277.15电源功率PB=P/ηd/kW455.3409.6373.88343312.756年耗电量=PB×年运行小时数/kWh4553008192001869401717809382507年总耗电量2571470注：表中ηd为电动机效率，由电动机效率曲线查得。 2.2 改用变频器调速时，引风机耗电量和节电率计算 改用变频器调速时管路的阻力曲线不变，各运行工况点必位于管路阻力曲线上，故可利用管路的阻力曲线方程由已知风量qv按下式计算相应的引风机全压p (2) 变频调速时引风机效率ηf基本不变，则可用下式计算轴功率 P=pqv/1000ηf (3) 由上述公式计算得，在变频调节方式下引风机的耗电量和节电率如表5所示。表5 采用变频器调速时引风机的耗电量和节电率计算计算序号主机负荷率/100908070601风机风量qv/m3·s-195.085.576.066.557.02全压3215.42602.42056.31574.31156.63引风机内效率ηi/85.585.585.585.585.54引风机全效率ηf/83.583.583.082.582.55引风机轴功率P=pqv/1000ηf/kW365.8266.5188.3126.979.96电动机负载率β0.5230.3810.2690.180.1147电动机效率ηd/90.588.284.778.768.28变频器ηv/97969492919电源输出功率PB=P/ηd·ηv/kW416.7314.7236.5175.3128.710年耗电量=PB·年运行小时数/kWh4167006294001182508765038610011年总耗电量/kWh163810012变频调速方式节电率=(2571470-1638100)/2571470=0.363=36.32.3 改用液力调速离合器时引用机的耗电量和节电率计算 采用液力调速离合器时，仍属于调速调节方式，故引风机的风量qv，全压p，引风机的效率ηf和轴功率P都与变频调速毫无差别，不同之处仅在于需考虑液力调速离合器的传动效率。其值与引风机转速成正比，即ηv=n/no=qv/qv,os… (4) 应用式(3-4)计算得到采用液力调速离合器时，引风机的耗电量和节电率如表6所示。 2.4 三种调节方式经济性分析比较 拟采用的二种改进方案的初投资如表7所示。表6 采用液力调速离合调速时引风机的耗电量计算序号主机负荷率/100908070601引风机轴功率P(取自表5)365.8266.5188.3126.979.92液力调速离合器效率ηv=n/no=qv/qv,os0.90.810.720.630.543电动机输出功率Pd=p/η/kW406.4329.0261.5201.4148.04电动机效率ηd0.910.900.880.860.815电源输出功率PB=pd/η446.6365.6297.2234.2182.76年耗电量=PB×年运行小时数/kWh4466007312001486001171005481007年总耗电量/kWh19916008节电率=(2571470-1991600)/2571470=0.226=22.6表7 二种改造方案的初投资变频调速方案液力调速率合器方案干式变压器变频器、控制屏电 动 机合计调节装置费用/万元1852.515.58611.25安装工程费用/万元103初投资总计/万元9614.25下面用静态差额回收期法和动态总费用现值法比较三种调节方式的经济性。静态差额回收期法被定义为二种调节方案投资差额与年运行成本节约额之比，即 Pa=(I2-I1)/(C1-C2) (5) 式中,Pa为回收期，a；I2-I1为方案2与方案1的投资差额，万元；C1-C2为方案1与方案2的运行费用差额，万元。 总费用现值法是指将设备的总投资和设备有效使用期的运用费用按资金的时间价值规律拆算到有效使用期第一年的总费用PV。当多个方案比较时，总费用现值PV最小者为最优方案，即 PV=I Cf (6) f=［(1 i)t-1］/［i(1 i)t］ (7) 式中,I为设备总投资现值，万元；C为年运行费用，万元；f为现值系数；i为贷款年利率，i=6;t为有效使用年限，t=10年。 根据式(5)和式(6)、式(7)对三种调节方式经济性进行了比较计算，计算结果如表8所示。表8 三种调节方式的投资回收期和总费用现值比较调节方式投资现值I/万元年耗电量/kW·h年耗电费C/万元改进后年节约电费/万元回收期/a现值系数f电费现值/万元总现值PV/万元入口简易导流器02571470514300736378.5378.5液力调速离合器14.25199160039.8311.61.237.36293.2307.4变频调速9616381003776186751473624.1337.1由上述计算结果不难看出：尽管变频调速方案节电率高达36.3，比液力调速离合器方案高出13.7个百分点，年节电电费高达18.67万元，也比液力调速离合器方案高出7.07万元，节电效果可谓显著。但其总费用现值却比液力调速离合器方案高29.7万元，投资回收期也比液力调速离合器方案高出3.91年，变频调速方案的经济性明显地差于液力调速离合器方案。若要使变频调速方案的总费用现值与液力调速离合器方案的总费用现值相当，变频调速装置的初投资额应降到66.3万元以下，降幅约为31。3 结论(1)对于调峰或低负荷运行的火电机组而言，以变频调速取代传统的入口简易导流器调节或液力变速机械调节都有明显的节电效果。同时变频调速在消除电动机启动冲击和提高自动装置投入率诸方面也有独到之处。推广使用这项技术，对降低居高不下的厂用电率，提高电厂经济效益和机组运行可靠性方面必将发挥重要作用。 (2)据本文的调研统计，近几年我国火电厂在推广目前给定条件下并不占优势，其主要原因是：①变频器非凡是中、高压变频器初投资过高；②电厂电价只能按成本电价或上网电价计算，电价相对较低。降低变频调速方案的初投资是变频器在火电厂节能改造中推广应用的重要条件之一，也是有可能的，作者将另文作进一步的阐述。 (3)在火电厂辅机传动系统的节能改造中，预先对改进方案进行节电效果和经济性评价二方面的估算是十分必要的，通过估算不仅可以对各种调节方案作到心中有数，而且可以发现不同方案存在的参考文献 ［1］ 吴强民.泵与风机节能技术问答.北京：中国电力出版社，1998. ［2］ 李遵基等.中压变频器在火电厂送风机控制中的应用.中国电力，2000，33(6). ［3］ 王贺岑等.风机变频改造节能技术在火电厂的应用研究.中国电力，2002，35(6). ［4］ 周德贤等.变频调速应用实例电子与传动控制学术会议论文集，2001. ［6］ 徐璟等，用于风机的变频调速异步电动机高效运行方法.清华大学学报(自然科学版)，2002,42(3).
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