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)機上的應(yīng)用
1引言
兗礦科澳鋁業(yè)有限公司是兗礦集團與澳大利亞龍澳國際發(fā)展有限公司合營的大型煤-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天譽公司具有自主知識產(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,年可回收硫酸銨達近萬噸。
2增壓風(fēng)機運行簡介
南屯電廠鍋爐配套煙氣脫硫項目工程中,電廠鍋爐進行脫硫系統(tǒng)(FGD)改造后,每套FGD裝置進口原煙氣側(cè)(高溫?zé)煔鈧?cè))配置了兩臺增壓風(fēng)機,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PID控制增壓風(fēng)機的葉片角度,來控制送入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)機工藝流程圖如圖1所示。
增壓風(fēng)機出力調(diào)整采用通過改變風(fēng)機的葉片的角度來調(diào)節(jié)。通過改變風(fēng)機靜葉的角度來調(diào)節(jié)風(fēng)量盡管比一般采用控制入口擋板開度來實現(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)荷時節(jié)流損失更大,另由于節(jié)流調(diào)節(jié),存在風(fēng)機運行中振動、躁音等問題。同時異步電動機在啟動時啟動電流一般達到電機額定電流的6~8 倍,對廠用電形成沖擊,同時強大的沖擊轉(zhuǎn)矩對電機和風(fēng)機的使用壽命存在很大的不利影響。
由于目前增壓風(fēng)機風(fēng)量調(diào)節(jié)方式不能很好的滿足鍋爐低負(fù)荷穩(wěn)定性運行需要,所以電廠考慮對增壓風(fēng)機進行調(diào)節(jié)性能和節(jié)能改造,來滿足機組整體調(diào)節(jié)性能需要。
在風(fēng)機的各種調(diào)節(jié)方式中,變頻調(diào)節(jié)應(yīng)用較為廣泛。當(dāng)風(fēng)機轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時,其運行效率變化不大,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)機轉(zhuǎn)速降低后,其軸功率隨轉(zhuǎn)速的三次方降低,驅(qū)動風(fēng)機的電機所需的電功率亦可相應(yīng)降低。故考慮采用變頻調(diào)速實現(xiàn)對增壓風(fēng)機電機轉(zhuǎn)速的線性調(diào)節(jié),平移風(fēng)機運行特性曲線,避開失速區(qū),同時能取得較好的節(jié)能效果。
針對上述情況,南屯電廠領(lǐng)導(dǎo)對脫硫設(shè)備增壓風(fēng)機進行變頻改造,在節(jié)約成本的策略前提下,考慮到國產(chǎn)高壓變頻器設(shè)備水平已接近國際水平,能滿足現(xiàn)場工藝運行要求,進行性價比比較,通過公開招標(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)速器對增壓風(fēng)機進行改造,采用“一拖二”控制,改造取得了成功?,F(xiàn)場#1、#2增壓風(fēng)機完全相同,其中#1增壓風(fēng)機參數(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)補償裝置和輸出濾波器;不存在諧波引起的電機附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題,可以使用普通的異步電機。
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個功率單元串接組成,三相共15個單元;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。不降額運行,同一相允許1個被旁路掉的功率單元??刂破鞑糠忠愿咚傥⑻幚砥鲗崿F(xiàn)控制以及與子微處理器間進行通信。風(fēng)光高壓變頻器采用模塊化設(shè)計,互換性好、維修簡單。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)機變頻改造方案主回路
南屯電廠機組脫硫系統(tǒng)有兩臺增壓風(fēng)機,一用一備,變頻器控制增壓風(fēng)機采用一拖二控制,自動旁路方案。
4.1改造主回路
兩臺增壓風(fēng)機分別由高壓變頻器拖動,一拖二自動旁路方案如下:
此方案系統(tǒng)由三大部分組成:高壓變頻器,隔離變壓器,兩個高壓開關(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,保證原電機不改動:同時變頻器發(fā)生故障,可進行自動切換至工頻旁路,保證電機的可靠運行。一拖二自動旁路主回路控制如圖2所示。其基本原理如下:
QS1與QS2間進行互鎖,QS3與QS4間進行互鎖,當(dāng)#1電機變頻時合QS1、QS3,斷QS2、QS4、QS6;當(dāng)#2電機變頻時合QS2、QS4,斷QS1、QS3、QS8。為了維修KM5、KM6方便,在KM5、KM6兩端加了兩個刀閘。
如果#1機工作在變頻狀態(tài),#2機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QS1-QS4,兩臺負(fù)載#1、#2都可以工頻運行。該接線方案無論#1機或#2機工作都能實現(xiàn)變頻->工頻或工頻->變頻的切換。運行中,若變頻增壓風(fēng)機電機發(fā)生故障(6kV斷路器保護跳閘或變頻器故障停機),能夠在變頻器退出運行后,自動投入工頻,由現(xiàn)有系統(tǒng)的“備自投”開關(guān)選擇“自動”或“手動”。
4.2變頻器I/O接口配置
現(xiàn)場DCS與高壓變頻器控制輸入輸出連接如下表3所示
4.3高壓變頻器幾個控制功能
?。?)變頻器瞬停保護設(shè)計
由于機組6kV廠用母線均帶有給水泵電機,大機組給水泵電機功率相當(dāng)大,在給水泵聯(lián)鎖啟動時,母線電壓均跌落至80%以下,根據(jù)泵啟動后帶負(fù)荷的情況,電壓跌落持續(xù)時間可能維持10~20S,因此變頻器瞬停保護對保證風(fēng)機的持續(xù)運行非常重要。風(fēng)光高壓變頻器具有掉電3S不停機功能,在高壓變頻器高壓失電3S內(nèi),高壓變頻器自動減速繼續(xù)運行,3S內(nèi)恢復(fù)高壓變頻器從最后運行頻率開始恢復(fù)運行,3S內(nèi)高壓未恢復(fù)變頻器停機,30S(可設(shè)置)內(nèi)高壓恢復(fù)變頻器自動執(zhí)行飛車啟動。
?。?)飛車啟動功能
對于脫硫項目除塵風(fēng)道采用兩個增壓風(fēng)機引風(fēng),一用一備。在停止一臺風(fēng)機時,另一臺增壓風(fēng)機自然旋轉(zhuǎn),變頻器要想啟動另一臺風(fēng)機,如果變頻器沒有此功能,則會出現(xiàn)過流保護,必須等待電機完全靜止后再啟動,而這勢必會耽誤調(diào)試或生產(chǎn)時間。風(fēng)光牌JD-BP37系列高壓變頻器能夠識別電機的速度及轉(zhuǎn)向并在電機不停轉(zhuǎn)的情況下直接起動。為了適應(yīng)國內(nèi)電網(wǎng)波動大,在電網(wǎng)電壓波動不超過+15~-35%U0情況下,變頻系統(tǒng)保持正常運行,在超過上述范圍時,能夠提供有效過、欠壓保護;并在電網(wǎng)恢復(fù)正常后,自動搜索跟蹤電動機轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向按照設(shè)定曲線恢復(fù)正常運行狀態(tài),保證生產(chǎn)設(shè)備較大限度安全運行。為了滿足不同現(xiàn)場對飛車啟動功能的需求,系統(tǒng)提供完備的參數(shù)設(shè)定功能,真正適應(yīng)現(xiàn)場運行工況要求。
?。?)完整的工頻/變頻自動互切技術(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)生故障時能使高壓電機轉(zhuǎn)至工頻運行,旁路切換有手動旁路和自動旁路切換兩種型式,手動旁路需人工操作,時間較長,適應(yīng)于無備用裝置或不重要的運行工況,自動旁路可在變頻器發(fā)生故障后直接自動轉(zhuǎn)換至工頻運行。本項目中公司提供自動旁路切換柜,不僅可實現(xiàn)變頻故障情況下自動由變頻轉(zhuǎn)換至工頻運行狀態(tài),還可實現(xiàn)在變頻檢修完畢后由工頻瞬間轉(zhuǎn)換至變頻的功能,整個轉(zhuǎn)換過程不會對用戶設(shè)備的運行造成任何影響。用戶采用哪種切換方式可選擇。
?。?)線電壓自動均衡技術(shù)(星點漂移技術(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,而線電壓自動均衡技術(shù)通過調(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。在運行中,如果有任意三個單元以內(nèi)出現(xiàn)故障,變頻器本身會自動旁路該單元,同時變頻器主控系統(tǒng)具有星點漂移功能,使三相輸出線電壓保持平衡,不會對電動機造成不利影響。
5增壓風(fēng)機變頻改造的節(jié)能效益
本脫硫項目增壓風(fēng)機變頻改造項目于2010年6月1日正式投入運行。至今運行正常,用戶非常滿意。南屯電廠節(jié)能服務(wù)中心對增壓風(fēng)機正常運行時參數(shù)實際測量如下:機組負(fù)荷100MW,增壓風(fēng)機工頻運行,母線電壓6.15kV,電流91.8A,功率因數(shù)為0.8,電機實際功率782kW;增壓風(fēng)機變頻運行,運行頻率為35.7Hz,靜葉檔板開度為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,電機實際功率401kW;電機功率減小381kW。按照增壓風(fēng)機年運行小時數(shù)為7000h,節(jié)省電量大約為2667000kW·h,電價按照0.30元/ kW·h計,則一臺增壓風(fēng)機變頻改造的收益約為80萬元。
另外變頻器實現(xiàn)電機軟啟動,減小電機啟動沖擊;控制方便、靈活;降低風(fēng)機維護費用,延長設(shè)備使用壽命;具有過壓、過熱、過載、短路及外圍聯(lián)鎖保護等多項保護功能,改造間接效益無法估量。
6結(jié)束語
南屯電廠脫硫項目增壓風(fēng)機高壓變頻器運行4個月來,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)機工況情況進行風(fēng)量調(diào)節(jié),大大提高鍋爐脫硫系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性,提高了機組運行的經(jīng)濟性。在鍋爐風(fēng)機的燃燒系統(tǒng)中應(yīng)用高壓變頻器節(jié)能降耗,是國家大力提倡節(jié)能降耗政策不可缺少的技術(shù)手段。高壓變頻器越來越在電力、冶金、石化、水泥、礦山等高壓電機驅(qū)動的各個行業(yè)會大顯身手。