当涂电厂脱硝改造项目引风机高压变频节能技术应用

    一、脱硝改造项目概述
    1、项目发展思路
    当涂公司致力于建设资源节约型、环境友好型、科技创新型、本质安全型的新型现代化火电企业。
    2、背景
    2011年9月21日，环保部、国家质检总局联合发布新的《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)，要求从2012年1月1日起，新建火电机组氮氧化物排放量达到100mg/m3。从2014年7月1日起，除特殊机组，排放量要求达到200mg/m，外，其余均要求达到100mg/m3。
    火电厂脱硝技术应用已成定局，脱硝改造迟做不如早做。燃煤发电机组安装脱硝设施、具备在线监测功能且运行正常的，持国家或省级环保部门出具的脱硝设施验收合格文件，报省级价格主管部门审核后，执行脱硝电价。脱硝电价标准为每千瓦时8厘钱。设备维护正常，脱硝效率和投入率满足要求，收回投资并取得长期效益。
    3、项目实施
    节能与减排并重，利用脱硝项目，同步进行节能技术改造。
    (1)取消脱硫旁路烟道和增压风机。
    (2)引风机出口至脱硫吸收塔之间的尾部脱硫烟道实施优化改造，减少烟气流程阻力。
    (3)引风机增容，采用高压变频调速节能技术，降低厂用电率及标煤单耗。
    二、引风机电机容量选择
    增压风机取消后，引风机必须增容，但是容量到底需要增到多大，需要进行严密的计算，考虑因素应全面，防止忽略了细小但至关重要的因素，造成引风机容量选择不当。工程设计初期，我们反复验算，对最初设计的引风机电机容量6900千瓦产生怀疑，认为配置过大，存在‘大马拉小车’的耗能情况。与设计院多次反复讨论交涉，将引风机电机容量可靠地降低为5400千瓦，节省工程资金约200万元，也为相关设备经济选型及长期节能打下基础。
    数值1：大唐环境改造后的系统阻力为(4090-100)+1050+150+1720=6910pa；4090引风机全压；100为拆除省煤器出口至空预器入口段部分烟道减少的阻力；1050为脱硝设计阻力：150为预热器改造后增加的压损；1720为脱硫改造后阻力。
    说明：电机功率N=Q*P/(Tl*Tll)*Kp/lOOO*K。Kp=3.5*(Pt/P1)T1为风机效率；111为机械效率，取0.99;Kp为压缩性修正系数力。1+[(1+Pt/P1)*(0.4/4.1)-1]Q为TB点风量；P为TB点风压；K为配套电机功率裕量；Pt为风机全压；Pl为风机入口绝对压。
    三、高压变频器选型与要求
    1、国产品牌我国高压大功率变频器生产厂家，主要有合康变频、东方日立、成都佳灵、中山明阳、广州智光、上海科达、山东风光、九洲电气等。在国家节能政策的鼓励和扶持下，随着科研投入的进一步加大，国产高压变频器在理论上与功能上也逐渐可以与进口变频器相媲美，但变频器中使用的功率半导体、驱动电路、电解电容等关键器仍依赖进口，而且在未来相当长时间内状况不容易改变。在自动化产品结构上相对比较单一，主要是“产品推广”的营销策略，产品发展与销售有一定劣势。
    2、国际品牌国外主要供应厂商有施耐德（利德华福）、西门子、罗宾康、罗克韦尔及ABB等。以西门子为代表的国外品牌占据大容量和大型工程配套的高端市场，它们形成了系列化的产品系列，几乎所有的产品均具有矢量控制功能，工艺水平也较完善。品牌厂商多为综合自动化公司，拥有多种自动化产品的品牌关联效应，并体现在其他资源的共享上，这样的“品牌推广”对产品发展、销售都有很好的推动作用。
    3、注重优势，选择国产品牌虽然，国外品牌在元器件质量、超大功率产品上优势较大，但也应该看到国产品牌通过技术自主化研究与应用，差距正逐渐缩小。另外，国产品牌价格优势巨大、性价比高，在设备异常分析、故障处理、备品备件采购、技术培训等方面的方便快捷也是应该考虑的因素。决策层的思维不能停留在选择国际大品牌高端产品就不会负什么责任的行为上。在了解国产、国际高压变频器品牌、产品、技术现状，满足安全、技术要求的前提下，选择性价比高的国产品牌，为支持鼓励国产品牌发展壮大、走向国际市场贡献力量。
    4、选择合康变频的几点原因
    (1)在国内率先推出煤矿提升机用四象限高压变频器后，又首次将容量突破5000kVA，在这两个方面均走在了国产高压变频器前列。2006年8月成功推出产品，并顺利通过一系列试验。通过近几年的发展扩大，综合能力得到有效提升。
    (2)变频器采用单元串联脉宽调制叠波技术，削弱了谐波的输出含量。本工程采用6单元串联，相当于36脉冲输入13电平输出，为完美无谐波方案。主要优点：无需输出滤波装置，电机不用降额使用，脉动转矩小，可延长电机及机械设备寿命。
    (3)变频装置控制电源采用双电源技术，其中一路为普通外部供电，另外一路直接来自高压，经变压器降压输入。两路电源同时经整流后输入控制系统。双电源切换无时间间隔，供电系统在线热备份，对整个高压变频器的控制电源稳定性有足够的保障。
    (4)变频器采用中文LCD显示，面板轻触按钮直接操作。全中文文字表述，大屏幕显示，可对多组参数进行设置，没有烦琐的参数代码号，参数设置直观。运行参数同屏显示，可保存十次故障记录。
    (5)售后服务有承诺。终身维护，定期进行用户培训，按用户要求解决现场问题；现场出现故障，立即给予答复或响应，48小时内到达现场。设立用户档案和产品档案，便于及时、准确地联系用户，分析解决现场出现的各种问题。定期进行产品质量询访和跟踪。
    5、对变频器厂家提出相关要求
    (1)提供近两年与本工程同等规模工程的业绩及由电厂出具的运营报告证明。
    (2)在设计、制造、出厂试验、现场安装、动静态调试等环节，有防止引风机轴系出现扭振或叶片自振，出现轴或叶片裂纹甚至断轴、断叶片的情况发生的具体措施，并根据引风机生产厂家提供的引风机出厂试验数据出具计算结果。
    (3)对于引风机电源开关下口至电动机所属动力电缆、高压变频器、变压器、高压电动机等全部电气设备的继电保护配置方案具体说明。
    要对工频、变频两种运行方式下分别考虑，包括保护如何随着运行方式的切换而切换。
    (4)结合合康变频已投运的同类型工程实例，提供引风机增加变频装置后的旁路切换方式（手动及自动）专题说明，包括两种切换方式对锅炉系统运行的影响及具体操作程序说明。确认采用旁路自动切换方式。
    四、引风机及变频器控制逻辑优化
    变频装置的所有开关及变频器启停、变频器转速完全由DCS进行控制，并在变频器厂家和设计院提供的控制逻辑基础上进行了合理的优化。
    1、引风机变频／工频自动切换控制方案优化针对机组正常运行过程中单侧引风机变频器跳闸需要自动切换至工频运行的工况，为了避免影响安全运行的事故出现，并尽可能减小系统扰动，我们对这一工况设计了相关的控制方案。控制逻辑中增加了一个中间信号——“引风机变频切工频触发”，它是由以下三个条件相与所组成：
    ①频方式延时断3秒；
    ②引风机6KV开关在合位；
    ③“引风机变频器重故障”或“运行人员手动变频切工频按钮延时1秒”。
    2、引风机变频控制方式下自动控制优化当引风机处于变频控制时，将炉膛负压过程值与设定值的偏差经过变频自动调节器的比例积分计算的控制信号通过平衡模块分配到两台引风机变频器的控制回路，向变频器提供4~20mA指令信号，变频器根据此信号控制电机转速，从而调节炉膛负压。
    (1)在送风机自动调节系统的连锁切手动条件中，将原“引风机静叶控制在手动”信号改为“引风机静叶控制和变频控制均在手动”。
    (2)“变频切工频信号触发”信号发出时，切换侧引风机变频且手动，指令保持，另一侧变频控制自动方式运行，来自动调节负压。
    (3)如果变频切工频失败，即“引风机变频器进线C)F1分闸状态”或者“引风机变频器进线QF2分闸状态”，且“引风机变频器进线QF3未合闸状态”，联锁停“引风机主开关QF”同时出发“引风机RB”动作。
    (4)“变频切工频信号触发”信号发出时，故障侧引风机静叶超弛关至机组负荷对应的开度，确保变频切工频时对炉膛扰动尽量的小，通过试验，确定负荷与静叶开度对应关系。
    (5)引风机静叶自动与变频自动互为闭锁，两者不可同时投入自动方式运行。
    (6)运行中发生一次风机RB或送风机RB或给水泵RB时，且引风机A、B静叶均在手动下，引风机静叶超弛关小一定开度，各种RB和各种负荷下通过折线函数对应关小的幅度不同，由试验确定。
    (7)当发生引风机RB时，故障侧引风机变频器指令到0，静叶指令到0，运行侧静叶超弛开至95%，变频器自动调节炉膛负压。经过多次变频切工频试验以及自动控制扰动试验，上述控制系统优化合理、有效，能满足机组经济、安全、稳定运行的要求。
    五、变频器参数设置相关问题
    特别注重变频器参数设置工作，在招标过程中就关注变频器功能参数表，了解变频器相关功能参数的设置范围及精度，做到所选择的变频器能够满足运行要求。现场动态调试结束后，公司电气技术人员再次与合康变频、大唐科技等技术人员讨论、核对功能参数设置清单，并经过审核、批准后正式投入运行。本着精益求精的思路，对个别参数设置极限能力进行了深究。
    1、“加速时间”设置含义是什么？为什么设置130S?是否可以提高响应速度而减小该参数设置？变频自动切工频过程中，该参数设置是否合适，为什么？“加速时间”是指变频器运行频率从OH加速到基准频率（默认为50H）所需的时间。该参数的设置应根据现场情况调整到一个合适的值。加速时间根据现场负载情况设置，减小该参数只是调节变频器从OH]加速到基准频率的时间，加速时间设置过短，变频器有可能会在加速过程中报变频器过流而跳机，加速时间过长，会因为负载机械惯性，导致变频器出现限流保护，建议不要随便更改。
    “减速时间”设置含义是什么？为什么设置400S?是否可以提高响应速度而减小该参数设置？变频自动切工频过程中，该参数设置是否合适，为什么？
    2、“减速时间”是指变频器运行频率从基准频率（默认为50H）减速到OH所需的时间。该参数的设置应根据现场情况调整到一个合适的值。变频器响应速度是根据变频器本身的转速环参数调节的，减速时间只是根据负载情况，在保证安全可靠的运行前提下选择合适的值，使变频器能够平稳调速。但是如果减速时间设置不合适，可能会因为负载的速率和变频器输出速率不一致，导致变频器在减速过程中报单元过压故障，建议不要随便更改。
    合康变频从保护变频器的角度出发，上述“加速时间”、“减速时间”设置没有问题。但是，变频器应用在火力发电厂引风机系统中，我们从用户的角度出发，希望提高引风机变频、工频相互切换过程中的频率响应速度，保证切换过程中风量、炉膛压力等参数的稳定调节，降低切换过程对静叶调整的依赖程度。与合康变频产品、技术研发负责人员做了深入的交流，得到了他们的理解，认为这也是对合康品牌发展提出了很好的建议。随后，相关技术人员收集了锅炉、引风机及电机相关出厂试验、现场试验参数，并承诺通过详细计算和相关试验来确定具体方案。
    六、节能效果
    初步估算，一年两台机组的四台引风机可节约5200万度厂用电，折算为标准煤15800吨，折合为人民币1100万元。