產(chǎn)品與解決方案/PRODUCT AND SOLUTIONS
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解決方案
高壓變頻器在電廠脫硫系統(tǒng)增壓風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用
1引言
兗礦科澳鋁業(yè)有限公司是兗礦集團(tuán)與澳大利亞龍澳國(guó)際發(fā)展有限公司合營(yíng)的大型煤-電-鋁聯(lián)產(chǎn)企業(yè)。南屯電廠為兗礦科澳鋁業(yè)有限公司下屬生產(chǎn)單位,電廠自備發(fā)電機(jī)組為燃燒低熱值燃料的綜合利用電廠,采用的生產(chǎn)工藝均為節(jié)能、降耗、低污染的清潔生產(chǎn)工藝。
兗礦科澳鋁業(yè)有限公司南屯電廠3×220t/h鍋爐煙氣脫硫(EPC)總承包工程采用洛陽(yáng)天譽(yù)公司具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的TY-Ⅱ型氨-硫酸銨濕式煙氣脫硫脫氮工藝技術(shù)。該脫硫系統(tǒng)總處理煙氣量為780000m3/h,其中入口煙氣溫度為180℃,入口煙氣中SO2的濃度為1789mg/Nm3,出口煙氣中SO2的濃度小于等于100mg/Nm3,脫硫系統(tǒng)出口煙氣中含氨量小于等于10ppm,系統(tǒng)新建一套硫酸銨回收裝置,年可回收硫酸銨達(dá)近萬(wàn)噸。
2增壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行簡(jiǎn)介
南屯電廠鍋爐配套煙氣脫硫項(xiàng)目工程中,電廠鍋爐進(jìn)行脫硫系統(tǒng)(FGD)改造后,每套FGD裝置進(jìn)口原煙氣側(cè)(高溫?zé)煔鈧?cè))配置了兩臺(tái)增壓風(fēng)機(jī),一用一備,用于克服FGD擋板、吸收塔及內(nèi)部部件引起的煙氣壓降,脫硫煙氣壓力控制系統(tǒng)根據(jù)原煙氣擋板前的壓力,通過(guò)PID控制增壓風(fēng)機(jī)的葉片角度,來(lái)控制送入FGD系統(tǒng)的煙氣速度,保證原煙氣擋板前的壓力穩(wěn)定在設(shè)定值,以適應(yīng)鍋爐負(fù)荷的變化。脫硫系統(tǒng)增壓風(fēng)機(jī)工藝流程圖如圖1所示。
增壓風(fēng)機(jī)出力調(diào)整采用通過(guò)改變風(fēng)機(jī)的葉片的角度來(lái)調(diào)節(jié)。通過(guò)改變風(fēng)機(jī)靜葉的角度來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量盡管比一般采用控制入口擋板開(kāi)度來(lái)實(shí)現(xiàn)風(fēng)量的調(diào)節(jié)有一定的節(jié)能效果,但是節(jié)流損失仍然很大,特別是低負(fù)荷時(shí)節(jié)流損失更大,另由于節(jié)流調(diào)節(jié),存在風(fēng)機(jī)運(yùn)行中振動(dòng)、躁音等問(wèn)題。同時(shí)異步電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)電流一般達(dá)到電機(jī)額定電流的6~8 倍,對(duì)廠用電形成沖擊,同時(shí)強(qiáng)大的沖擊轉(zhuǎn)矩對(duì)電機(jī)和風(fēng)機(jī)的使用壽命存在很大的不利影響。
由于目前增壓風(fēng)機(jī)風(fēng)量調(diào)節(jié)方式不能很好的滿足鍋爐低負(fù)荷穩(wěn)定性運(yùn)行需要,所以電廠考慮對(duì)增壓風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)性能和節(jié)能改造,來(lái)滿足機(jī)組整體調(diào)節(jié)性能需要。
在風(fēng)機(jī)的各種調(diào)節(jié)方式中,變頻調(diào)節(jié)應(yīng)用較為廣泛。當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時(shí),其運(yùn)行效率變化不大,其流量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比,壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比,軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比,風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低后,其軸功率隨轉(zhuǎn)速的三次方降低,驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)的電機(jī)所需的電功率亦可相應(yīng)降低。故考慮采用變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)對(duì)增壓風(fēng)機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速的線性調(diào)節(jié),平移風(fēng)機(jī)運(yùn)行特性曲線,避開(kāi)失速區(qū),同時(shí)能取得較好的節(jié)能效果。
針對(duì)上述情況,南屯電廠領(lǐng)導(dǎo)對(duì)脫硫設(shè)備增壓風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造,在節(jié)約成本的策略前提下,考慮到國(guó)產(chǎn)高壓變頻器設(shè)備水平已接近國(guó)際水平,能滿足現(xiàn)場(chǎng)工藝運(yùn)行要求,進(jìn)行性價(jià)比比較,通過(guò)公開(kāi)招標(biāo),采用山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的風(fēng)光牌JD-BP37-900F型高壓變頻調(diào)速器對(duì)增壓風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造,采用“一拖二”控制,改造取得了成功?,F(xiàn)場(chǎng)#1、#2增壓風(fēng)機(jī)完全相同,其中#1增壓風(fēng)機(jī)參數(shù)如下表1所示。
3風(fēng)光牌JD-BP37-900F 高壓變頻器技術(shù)參數(shù)
山東新風(fēng)光是國(guó)家高新技術(shù)企業(yè), JD-BP37系列高壓變頻器以高速DSP為控制核心,采用無(wú)速度矢量控制技術(shù)、功率單元串聯(lián)多電平技術(shù),其諧波指標(biāo)小于IEE519-1992的諧波國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),輸入功率因數(shù)高,輸出波形質(zhì)量好,不必采用輸入諧波濾波器、功率因數(shù)補(bǔ)償裝置和輸出濾波器;不存在諧波引起的電機(jī)附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問(wèn)題,可以使用普通的異步電機(jī)。
風(fēng)光牌高壓變頻器為高--高電壓源型模式,由移相變壓器,功率單元和控制器組成。JD-BP37-900F高壓變頻器采用30脈沖整流,功率單元每相采用5個(gè)功率單元串接組成,三相共15個(gè)單元;輸出相電壓為11 電平,輸出線電壓 21 電平,功率單元旁路單元采用可控硅作為旁路器件。不降額運(yùn)行,同一相允許1個(gè)被旁路掉的功率單元。控制器部分以高速微處理器實(shí)現(xiàn)控制以及與子微處理器間進(jìn)行通信。風(fēng)光高壓變頻器采用模塊化設(shè)計(jì),互換性好、維修簡(jiǎn)單。JD-BP37-900F高壓變頻器主要技術(shù)參數(shù)如下表2所示。
4 增壓風(fēng)機(jī)變頻改造方案主回路
南屯電廠機(jī)組脫硫系統(tǒng)有兩臺(tái)增壓風(fēng)機(jī),一用一備,變頻器控制增壓風(fēng)機(jī)采用一拖二控制,自動(dòng)旁路方案。
4.1改造主回路
兩臺(tái)增壓風(fēng)機(jī)分別由高壓變頻器拖動(dòng),一拖二自動(dòng)旁路方案如下:
此方案系統(tǒng)由三大部分組成:高壓變頻器,隔離變壓器,兩個(gè)高壓開(kāi)關(guān)柜。隔離變壓器保證不同系統(tǒng)間的相互隔離;輸出不需額外加濾波器,保證原電機(jī)不改動(dòng):同時(shí)變頻器發(fā)生故障,可進(jìn)行自動(dòng)切換至工頻旁路,保證電機(jī)的可靠運(yùn)行。一拖二自動(dòng)旁路主回路控制如圖2所示。其基本原理如下:
QS1與QS2間進(jìn)行互鎖,QS3與QS4間進(jìn)行互鎖,當(dāng)#1電機(jī)變頻時(shí)合QS1、QS3,斷QS2、QS4、QS6;當(dāng)#2電機(jī)變頻時(shí)合QS2、QS4,斷QS1、QS3、QS8。為了維修KM5、KM6方便,在KM5、KM6兩端加了兩個(gè)刀閘。
如果#1機(jī)工作在變頻狀態(tài),#2機(jī)可以工作在工頻狀態(tài)或備用狀態(tài);相反如果#2 工作在變頻狀態(tài),則#1 可以工作在工頻狀態(tài)或備用狀態(tài);如果檢修變頻器,斷開(kāi)QS1-QS4,兩臺(tái)負(fù)載#1、#2都可以工頻運(yùn)行。該接線方案無(wú)論#1機(jī)或#2機(jī)工作都能實(shí)現(xiàn)變頻->工頻或工頻->變頻的切換。運(yùn)行中,若變頻增壓風(fēng)機(jī)電機(jī)發(fā)生故障(6kV斷路器保護(hù)跳閘或變頻器故障停機(jī)),能夠在變頻器退出運(yùn)行后,自動(dòng)投入工頻,由現(xiàn)有系統(tǒng)的“備自投”開(kāi)關(guān)選擇“自動(dòng)”或“手動(dòng)”。
4.2變頻器I/O接口配置
現(xiàn)場(chǎng)DCS與高壓變頻器控制輸入輸出連接如下表3所示
4.3高壓變頻器幾個(gè)控制功能
(1)變頻器瞬停保護(hù)設(shè)計(jì)
由于機(jī)組6kV廠用母線均帶有給水泵電機(jī),大機(jī)組給水泵電機(jī)功率相當(dāng)大,在給水泵聯(lián)鎖啟動(dòng)時(shí),母線電壓均跌落至80%以下,根據(jù)泵啟動(dòng)后帶負(fù)荷的情況,電壓跌落持續(xù)時(shí)間可能維持10~20S,因此變頻器瞬停保護(hù)對(duì)保證風(fēng)機(jī)的持續(xù)運(yùn)行非常重要。風(fēng)光高壓變頻器具有掉電3S不停機(jī)功能,在高壓變頻器高壓失電3S內(nèi),高壓變頻器自動(dòng)減速繼續(xù)運(yùn)行,3S內(nèi)恢復(fù)高壓變頻器從最后運(yùn)行頻率開(kāi)始恢復(fù)運(yùn)行,3S內(nèi)高壓未恢復(fù)變頻器停機(jī),30S(可設(shè)置)內(nèi)高壓恢復(fù)變頻器自動(dòng)執(zhí)行飛車(chē)啟動(dòng)。
?。?)飛車(chē)啟動(dòng)功能
對(duì)于脫硫項(xiàng)目除塵風(fēng)道采用兩個(gè)增壓風(fēng)機(jī)引風(fēng),一用一備。在停止一臺(tái)風(fēng)機(jī)時(shí),另一臺(tái)增壓風(fēng)機(jī)自然旋轉(zhuǎn),變頻器要想啟動(dòng)另一臺(tái)風(fēng)機(jī),如果變頻器沒(méi)有此功能,則會(huì)出現(xiàn)過(guò)流保護(hù),必須等待電機(jī)完全靜止后再啟動(dòng),而這勢(shì)必會(huì)耽誤調(diào)試或生產(chǎn)時(shí)間。風(fēng)光牌JD-BP37系列高壓變頻器能夠識(shí)別電機(jī)的速度及轉(zhuǎn)向并在電機(jī)不停轉(zhuǎn)的情況下直接起動(dòng)。為了適應(yīng)國(guó)內(nèi)電網(wǎng)波動(dòng)大,在電網(wǎng)電壓波動(dòng)不超過(guò)+15~-35%U0情況下,變頻系統(tǒng)保持正常運(yùn)行,在超過(guò)上述范圍時(shí),能夠提供有效過(guò)、欠壓保護(hù);并在電網(wǎng)恢復(fù)正常后,自動(dòng)搜索跟蹤電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向按照設(shè)定曲線恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài),保證生產(chǎn)設(shè)備較大限度安全運(yùn)行。為了滿足不同現(xiàn)場(chǎng)對(duì)飛車(chē)啟動(dòng)功能的需求,系統(tǒng)提供完備的參數(shù)設(shè)定功能,真正適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行工況要求。
?。?)完整的工頻/變頻自動(dòng)互切技術(shù)
現(xiàn)在的高壓變頻器一般設(shè)置工頻旁路切換柜,變頻器發(fā)生故障時(shí)能使高壓電機(jī)轉(zhuǎn)至工頻運(yùn)行,旁路切換有手動(dòng)旁路和自動(dòng)旁路切換兩種型式,手動(dòng)旁路需人工操作,時(shí)間較長(zhǎng),適應(yīng)于無(wú)備用裝置或不重要的運(yùn)行工況,自動(dòng)旁路可在變頻器發(fā)生故障后直接自動(dòng)轉(zhuǎn)換至工頻運(yùn)行。本項(xiàng)目中公司提供自動(dòng)旁路切換柜,不僅可實(shí)現(xiàn)變頻故障情況下自動(dòng)由變頻轉(zhuǎn)換至工頻運(yùn)行狀態(tài),還可實(shí)現(xiàn)在變頻檢修完畢后由工頻瞬間轉(zhuǎn)換至變頻的功能,整個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程不會(huì)對(duì)用戶設(shè)備的運(yùn)行造成任何影響。用戶采用哪種切換方式可選擇。
?。?)線電壓自動(dòng)均衡技術(shù)(星點(diǎn)漂移技術(shù))
變頻器某相有單元故障后,為了使線電壓平衡,傳統(tǒng)的處理方法是將另外兩相的電壓也降至與故障相相同的電壓,而線電壓自動(dòng)均衡技術(shù)通過(guò)調(diào)整相與相之間的夾角,在相電壓輸出較大且不相等的前提下保證較大的線電壓均衡輸出。在運(yùn)行中,如果有任意三個(gè)單元以內(nèi)出現(xiàn)故障,變頻器本身會(huì)自動(dòng)旁路該單元,同時(shí)變頻器主控系統(tǒng)具有星點(diǎn)漂移功能,使三相輸出線電壓保持平衡,不會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)造成不利影響。
5增壓風(fēng)機(jī)變頻改造的節(jié)能效益
本脫硫項(xiàng)目增壓風(fēng)機(jī)變頻改造項(xiàng)目于2010年6月1日正式投入運(yùn)行。至今運(yùn)行正常,用戶非常滿意。南屯電廠節(jié)能服務(wù)中心對(duì)增壓風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)參數(shù)實(shí)際測(cè)量如下:機(jī)組負(fù)荷100MW,增壓風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行,母線電壓6.15kV,電流91.8A,功率因數(shù)為0.8,電機(jī)實(shí)際功率782kW;增壓風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行,運(yùn)行頻率為35.7Hz,靜葉檔板開(kāi)度為100%,母線電壓6.15kV,輸入電流38.8A,輸出電流65.9A,功率因數(shù)為0.97,電機(jī)實(shí)際功率401kW;電機(jī)功率減小381kW。按照增壓風(fēng)機(jī)年運(yùn)行小時(shí)數(shù)為7000h,節(jié)省電量大約為2667000kW·h,電價(jià)按照0.30元/ kW·h計(jì),則一臺(tái)增壓風(fēng)機(jī)變頻改造的收益約為80萬(wàn)元。
另外變頻器實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟啟動(dòng),減小電機(jī)啟動(dòng)沖擊;控制方便、靈活;降低風(fēng)機(jī)維護(hù)費(fèi)用,延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命;具有過(guò)壓、過(guò)熱、過(guò)載、短路及外圍聯(lián)鎖保護(hù)等多項(xiàng)保護(hù)功能,改造間接效益無(wú)法估量。
6結(jié)束語(yǔ)
南屯電廠脫硫項(xiàng)目增壓風(fēng)機(jī)高壓變頻器運(yùn)行4個(gè)月來(lái),其性能穩(wěn)定、節(jié)能效果明顯,可以根據(jù)鍋爐的脫硫增壓風(fēng)機(jī)工況情況進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié),大大提高鍋爐脫硫系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性,提高了機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。在鍋爐風(fēng)機(jī)的燃燒系統(tǒng)中應(yīng)用高壓變頻器節(jié)能降耗,是國(guó)家大力提倡節(jié)能降耗政策不可缺少的技術(shù)手段。高壓變頻器越來(lái)越在電力、冶金、石化、水泥、礦山等高壓電機(jī)驅(qū)動(dòng)的各個(gè)行業(yè)會(huì)大顯身手。