送風(fēng)機的作用是提供鍋爐然燒所需要的空氣（氧氣），保證合理的風(fēng)煤配比，幫助燃料的充分燃燒，從而控制煙氣的含氧量和灰粉可然物的比例，提高鍋爐燃燒效率。

    引風(fēng)機的作用則是排送鍋爐煙氣至煙囪，用來調(diào)整爐膛負(fù)壓的穩(wěn)定。由于引風(fēng)機輸送的是高溫?zé)煔猓�燃煤鍋爐要求風(fēng)機耐煙氣溫度及磨損，軸流風(fēng)機葉片和離心風(fēng)機葉輪要采取耐磨措施。燃燒重油時，須注意煙氣中硫的成分所造成的低溫腐蝕，一般不設(shè)置消聲器。

    引風(fēng)機與爐膛爆裂的關(guān)系: 對負(fù)壓爐膛的鍋爐而言，正常運行時，引風(fēng)機的壓力主要用于克服煙道子系統(tǒng)的阻力，爐膛只維持一個數(shù)值很小的正常的負(fù)壓。由于下面要講到的原因，流量沿性能曲線減少，直到零流量時，系統(tǒng)阻力降至最小，引風(fēng)機在這時的壓力即為爐膛內(nèi)的負(fù)壓。爐膛若按正常運行條件下的壓力設(shè)計，就有產(chǎn)生爐膛內(nèi)向爆裂的危險。為避免爐膛爆裂的危險，爐膛及煙道系統(tǒng)的設(shè)計壓力應(yīng)大于引風(fēng)機零流量時的壓力并留有足夠的余量，或者引風(fēng)機零流量時的壓力應(yīng)低于爐膛設(shè)計壓力。爐膛內(nèi)爆或者說引風(fēng)機出現(xiàn)零流量的兩個主要原因是爐膛進(jìn)風(fēng)中斷以及熄火后爐膛溫度迅速下降。前者是由于送風(fēng)設(shè)備失靈，后者則由于鍋爐起動時主燃料不著火或者運行中燃料突然中斷。已經(jīng)有過由于上述兩個原因一起出現(xiàn)，導(dǎo)致爐膛嚴(yán)重爆裂的事故記錄。

    所以鍋爐主燃料滅火保護（MFT）是鍋爐十分重要的保護系統(tǒng)，MFT系統(tǒng)對送引風(fēng)機的運行可靠性提出了很高的要求：（a）一臺送（或引）風(fēng)機因故障跳閘，聯(lián)跳同側(cè)引（或送）風(fēng)機，以保證爐膛負(fù)壓穩(wěn)定，鍋爐負(fù)荷下降到70%額定負(fù)荷以下運行；（b）同時失去兩臺送風(fēng)機或兩臺引風(fēng)機的話，延時3秒，鍋爐滅火保護（MFT）動作，切斷主燃料供應(yīng)，造成停爐（停機）事故的發(fā)生。

    由于機組的負(fù)荷經(jīng)常變化，為了保證鍋爐的燃燒和負(fù)壓的穩(wěn)定，需要及時調(diào)整送、引風(fēng)量和煤粉量。在200MW及以下機組，一般采用調(diào)整風(fēng)機入口導(dǎo)向葉片的角度（風(fēng)門開度）的方式來調(diào)節(jié)風(fēng)量，這種風(fēng)門調(diào)節(jié)的截流損耗一般為30％Pｅ（額定容量）。在300MW及以上機組，則采用調(diào)節(jié)風(fēng)機動、靜葉片的方式來實現(xiàn)風(fēng)量調(diào)節(jié)，這種調(diào)節(jié)方式的節(jié)流損耗也在20％Pe左右。如果采用變頻調(diào)速改造，將可以消除風(fēng)門和葉片的節(jié)流損耗。

    我國火電廠風(fēng)機雖巳普遍采用了高效離心風(fēng)機，但實際運行效率并不高，其主要原因之一是風(fēng)機的調(diào)速性能差，二是運行點偏離風(fēng)機的最高效率點。我國現(xiàn)行的火電設(shè)計規(guī)程SDJ—79規(guī)定，燃煤鍋爐的送、引風(fēng)機的風(fēng)量裕度分別為5％和5％～10％，風(fēng)壓裕度分別為10％和10％～15％。這是因為在設(shè)計過程中，很難準(zhǔn)確地計算出管網(wǎng)的阻力，并考慮到長期運行過程中可能發(fā)生的各種問題，通常總是把系統(tǒng)的最大風(fēng)量和風(fēng)壓富裕量作為選擇風(fēng)機型號的設(shè)計值。但風(fēng)機的型號和系列是有限的，往往在選用不到合適的風(fēng)機型號時，只好往大機號上靠。這樣，鍋爐送引風(fēng)機的風(fēng)量和風(fēng)壓富裕度達(dá)20％～30％是比較常見的現(xiàn)象。

    一般在鍋爐風(fēng)機容量設(shè)計時，單側(cè)風(fēng)機運行時具備帶75％負(fù)荷運行的能力，這主要是從機組運行的安全性出發(fā)的；當(dāng)失去一側(cè)送引風(fēng)機時，機組還能帶75％的負(fù)荷運行。所以當(dāng)雙側(cè)風(fēng)機運行，機組帶滿負(fù)荷時，送引風(fēng)機的設(shè)計余量在20～30％左右，風(fēng)門開度一般為50～60%，這也是從風(fēng)門調(diào)節(jié)的靈敏度來考慮的。這就為風(fēng)機的變頻調(diào)速節(jié)能改造造就了巨大的潛力，即使在機組滿負(fù)荷運行時，也有20～30%的節(jié)電率。

    鍋爐風(fēng)機的風(fēng)量與風(fēng)壓的富裕度以及機組的調(diào)峰運行導(dǎo)致風(fēng)機的運行工況點與設(shè)計高效點相偏離，從而使風(fēng)機的運行效率大幅度下降。一般情況下，采用風(fēng)門調(diào)節(jié)的風(fēng)機，在兩者偏離10％時，效率下降8％左右；偏離20％時，效率下降20％左右；而偏離30％時，效率則下降30％以上。對于采用調(diào)節(jié)門調(diào)節(jié)風(fēng)量的風(fēng)機，這是一個固有的不可避免的問題。可見，鍋爐送、引風(fēng)機的用電量中，很大一部分是因風(fēng)機的型號與管網(wǎng)系統(tǒng)的參數(shù)不匹配及調(diào)節(jié)方式不當(dāng)而被調(diào)節(jié)門消耗掉的。因此，改進(jìn)離心風(fēng)機的調(diào)節(jié)方式是提高風(fēng)機效率，降低風(fēng)機耗電量的最有效途徑。


    2 送引風(fēng)機的變頻調(diào)速實例

    2.1 工程概況

    貴陽發(fā)電廠總裝機容量為2×200MW，兩臺900T/h煤粉汽包鍋爐，每臺鍋爐配置兩臺送風(fēng)機（1800kW/6kV）和兩臺引風(fēng)機(2000kW/6kV)，均為離心式風(fēng)機，采用入口風(fēng)門調(diào)節(jié)風(fēng)量。由于機組調(diào)峰任務(wù)重，負(fù)荷在100MW～200MW之間大幅度變化。由于采用風(fēng)門調(diào)節(jié)，造成巨大的節(jié)流損耗，浪費了大量的電能，致使廠用電率居高不下（高于10%），供電煤耗高，發(fā)電成本不易降低。當(dāng)機組在額定負(fù)荷下運行時，風(fēng)機效率較為理想，但當(dāng)機組降負(fù)荷運行時，一部分功率被消耗在擋板上，且機組負(fù)荷越低，消耗在擋板上的功率越大，從而使風(fēng)機效率隨機組負(fù)荷降低而迅速下降。目前廠用電率超過10%，因此選擇高效的風(fēng)量調(diào)節(jié)方式對送引風(fēng)機進(jìn)行節(jié)能改造已成為當(dāng)務(wù)之急。

    此外，風(fēng)機系統(tǒng)在運行過程中還存在一些其他問題：

    （1）擋板動作遲緩，手動時運行人員操作不靈活，如操作不當(dāng)還會造成風(fēng)機振動。投自動運行時，很難滿足最佳調(diào)節(jié)品質(zhì)；

    （2）風(fēng)機擋板執(zhí)行機構(gòu)故障較多，不能適應(yīng)長期頻繁調(diào)節(jié)，使風(fēng)機調(diào)節(jié)系統(tǒng)一直不能正常投入自動運行；

    （3）風(fēng)機電動機在起動時，采用直流起動方式，起動電流為額定電流的5～7倍，電動機受到的機械，電氣沖擊較大，經(jīng)常發(fā)生轉(zhuǎn)子籠條斷裂故障；

    （4）電動機容量比風(fēng)機額定出力大，多余容量不能利用，降低了效率，浪費了電能；

    （5）擋板受沖擊，磨損較嚴(yán)重，漏風(fēng)現(xiàn)象嚴(yán)重。

    為了進(jìn)一步適應(yīng)廠網(wǎng)分家、競價上網(wǎng)的電力體制，進(jìn)一步節(jié)約能源，降低廠用電率，保護環(huán)境，改善運行控制方式，減少風(fēng)機的磨損和噪音，利用電機變頻調(diào)速方法實現(xiàn)風(fēng)量調(diào)節(jié)，達(dá)到節(jié)能和實現(xiàn)穩(wěn)定控制的目的，貴陽電廠決定采用合同能源管理的模式對兩臺機組的8臺送引風(fēng)機進(jìn)行變頻調(diào)速節(jié)能改造。變頻器則選用深圳市科陸變頻器有限公司生產(chǎn)的CL2700系列高壓變頻器。

    2.2 設(shè)備參數(shù)及運行狀況

    2.2.1 設(shè)備額定參數(shù)表（年運行時間：6500h，電費0.3008元/ kW.h）

    2.2.2機組運行狀況

    （1）8#機組送風(fēng)機

    兩臺同型號電機，同時運行，運行電流值隨機組發(fā)電量改變，當(dāng)發(fā)電量達(dá)到額定值200MW時，電流192A，風(fēng)門開度85%；當(dāng)發(fā)電量為180MW時，電流161A，風(fēng)門開度56%。風(fēng)機額定風(fēng)量37.3~65.73×10⁴m³/h，額定風(fēng)壓13682~8585Pa，實際風(fēng)量為259 m³/s(93.24×10⁴m³/h)。據(jù)了解，機組平均每天有6h工作在滿負(fù)荷情況下，其他時間都處于不滿載工況。

    （2）8#機組引風(fēng)機

    兩臺同型號電機，同時運行，運行電流值隨機組發(fā)電量改變，當(dāng)發(fā)電量達(dá)到額定值200MW時，電流189A、192A，風(fēng)門開度93%、86%；當(dāng)發(fā)電量為180MW時，電流178A、180A，風(fēng)門開度61%、59%。風(fēng)機額定風(fēng)量62.54~104.23×10⁴m³/h，額定風(fēng)壓4390~6174Pa。據(jù)了解，機組平均每天有6h工作在滿負(fù)荷情況下，其他時間都處于不滿載工況。

    （3）9#機組送風(fēng)機

    兩臺同型號電機，同時運行，運行電流值隨機組發(fā)電量改變，當(dāng)發(fā)電量達(dá)到額定值200MW時，電流126A，風(fēng)門開度51%；當(dāng)發(fā)電量為180MW時，電流123A，風(fēng)門開度54%。風(fēng)機額定風(fēng)量38~64×10⁴m3/h，額定風(fēng)壓8888~6308Pa，實際風(fēng)量為34.64×10⁴m³/h。據(jù)了解，機組平均每天有6h工作在滿負(fù)荷情況下，其他時間都處于不滿載工況。

    （4）9#機組引風(fēng)機

    兩臺同型號電機，同時運行，運行電流值隨機組發(fā)電量改變，當(dāng)發(fā)電量達(dá)到額定值200MW時，電流151A、154A，風(fēng)門開度100%、100%；當(dāng)發(fā)電量為180MW時，電流144A、152A，風(fēng)門開度80%、100%。風(fēng)機額定風(fēng)量62.54~104.23×10⁴m3/h，額定風(fēng)壓4390~6174Pa。據(jù)了解，機組平均每天有6h3.23工作在滿負(fù)荷情況下，其他時間都處于不滿載工況。

    2.2.3節(jié)能經(jīng)濟效益評估：

    根據(jù)送、引風(fēng)機在機組不同負(fù)荷下工頻運行時的風(fēng)門開度數(shù)據(jù)，進(jìn)行了節(jié)能預(yù)算：平均節(jié)電率為20% 左右，每臺機組四臺送引風(fēng)機約節(jié)省電功率1000kW，每月節(jié)約電量720000 kW.h，合節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤：3.45×10^-4t/kW.h×720000kW.h=248.4t；可節(jié)約電費21.6萬元；兩臺機組每月可節(jié)電144萬kW.h，節(jié)約電費43.2萬元。

    為了進(jìn)行節(jié)能計量，先將機組負(fù)荷按10MW為間隔，從120MW開始，分為13個負(fù)荷段進(jìn)行工頻運行計量，作為變頻節(jié)能的計量標(biāo)準(zhǔn)；變頻運行的耗電量則每月一次讀表計量，再從機組DCS系統(tǒng)調(diào)出月負(fù)荷曲線算出每一負(fù)荷段的時間，就可測算出工頻耗電量，兩者一減即為當(dāng)月的節(jié)電量。因為篇幅關(guān)系，表1是以8#機組為例的工頻計量數(shù)據(jù)，表2是8-1# 引風(fēng)機2010年5月份的變頻節(jié)能計量表。

    表1 8#機組工頻運行時各負(fù)荷時輔機電動機每小時耗電量：

    表2 8-1# 引風(fēng)機2010年5月份節(jié)能量計量表

 
    兩臺機組5月份總節(jié)電量：1404144.87 kW.h；節(jié)約電費：43.247662萬元。

    （上網(wǎng)電價：0.3008元/ kW.h）與預(yù)算的20%左右節(jié)電率是相吻合的。


    3 電站風(fēng)機變頻調(diào)速系統(tǒng)可靠性措施

    為了保證鍋爐風(fēng)機調(diào)速系統(tǒng)的可靠性，對高壓變頻器采取了以下措施：

    （1）高壓變頻器的功率單元采用了N+1冗余設(shè)計，6kV系統(tǒng)的每相功率單元至少6級串聯(lián)，10kV系統(tǒng)的每相功率單元則至少9級串聯(lián)，以便當(dāng)功率單元故障時可以自動旁路，故障功率單元可以在線更換，保證系統(tǒng)繼續(xù)正常運行。

    （2）為了保證變頻調(diào)速系統(tǒng)的可靠性，高壓變頻器采用了功率單元故障自動旁路功能，當(dāng)某一個功率單元故障時，可自動切除一組功率單元，變頻器仍可帶額定功率運行；當(dāng)再有某個單元故障時，再切除一組功率單元，變頻器降額運行。這樣就避免了因為變頻器功率單元故障而跳風(fēng)機

    （3）為了保證鍋爐風(fēng)機的連續(xù)運行，避免因為變頻器故障而跳風(fēng)機，整套變頻裝置還配備有自動旁路裝置，當(dāng)變頻器重故障而退出運行時，風(fēng)機電動機可以直接手動或自動切換到工頻電網(wǎng)全速運行。因為當(dāng)風(fēng)機由變頻器驅(qū)動調(diào)速運行時，風(fēng)門處于全開狀態(tài)，當(dāng)風(fēng)機由變頻器驅(qū)動突然切換到電網(wǎng)工頻全速運行時，會引起大的風(fēng)量和風(fēng)壓擾動，影響鍋爐的穩(wěn)定運行，所以當(dāng)切換時，必須要聯(lián)關(guān)風(fēng)門。一般的風(fēng)門從全開到全關(guān)的時間約45s左右，從全開到33%開度也需30s左右。若手動切換，聯(lián)關(guān)風(fēng)門的速度是跟得上的，但由于風(fēng)機停機時間太長（2～3min），鍋爐失風(fēng)時間太長，雖不致于滅火，但會引起大的負(fù)荷擾動（負(fù)荷基本卸光），相當(dāng)于一次停爐的沖擊，因為小型流化床鍋爐采用單風(fēng)機系統(tǒng)，不象采用雙風(fēng)機系統(tǒng)的鍋爐，失去一側(cè)風(fēng)機時仍能帶75%的負(fù)荷，因而對鍋爐的負(fù)荷沖擊不大，熱力系統(tǒng)還來得及調(diào)整。

    若采用自動切換方式，切換時間約需2～3s，不會影響鍋爐負(fù)荷，但由于風(fēng)門來不及關(guān)到適當(dāng)位置，將會造成一次大的風(fēng)量擾動，控制和保護系統(tǒng)應(yīng)有相應(yīng)的配合措施，否則也會引起鍋爐滅火保護動作。

    （4）為了進(jìn)一步防止當(dāng)變頻器故障時切換引起的擾動會影響鍋爐的正常運行，也可以設(shè)計雙變頻器系統(tǒng)：每一臺風(fēng)機配備同樣容量的兩臺變頻器，一臺拖動風(fēng)機運行，另一臺開機備用。當(dāng)運行變頻器因故障而跳機時，備用變頻器立即跟蹤電機轉(zhuǎn)速起動，可以不需要聯(lián)動風(fēng)門，并可使擾動降低到最小程度。但是設(shè)備的投資就會增加將近一倍左右，對于一般出于節(jié)能目的的用戶可能是很難接受的。

    （5）根據(jù)鍋爐雙側(cè)風(fēng)機并列運行的工藝要求，考慮到風(fēng)機系統(tǒng)運行的安全性，風(fēng)機變頻調(diào)速系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的“一拖一”帶自動旁路切換方案。“一拖一”自動切換方案一次接線原理圖如圖1所示：

圖1 “一拖一”自動切換方案一次接線原理圖

    6kV電源經(jīng)高壓隔離開關(guān)QS1、真空接觸器KM2到高壓變頻裝置，變頻裝置輸出經(jīng)真空接觸器KM3、高壓隔離開關(guān)QS2送至電動機，電動機變頻運行；6kV電源還可經(jīng)真空接觸器KM1直接起動電動機，電動機工頻運行。KM1與KM2、KM3電氣閉鎖，在KM1合上的情況下，KM2和KM3都不能合上；在KM2合上的情況下，才能合上KM3，但KM1不能合上。保證任何時候，KM3和KM1不能同時合閘，以保證變頻器安全。隔離開關(guān)QS1、QS2作用是：隔離變頻器進(jìn)行維護，保證維護人員安全，非維護期兩個隔離開關(guān)處于合閘狀態(tài)。

    （6）具體運行方式如下：

    ①變頻啟動：

    變頻器在啟動之前QS1、QS2已經(jīng)手動合上；

    變頻器在接收到DCS發(fā)送的“變頻方式運行”指令后，自動合KM2、KM3（KM1處于斷開位置），在系統(tǒng)條件允許（柜門已關(guān)、控制電源正常、風(fēng)扇開關(guān)正常和沒有其它電氣故障）情況下，延時300s向DCS發(fā)出“請合高壓”信號；

    DCS在接收到“請合高壓”信號后，便可以合6kV高壓開關(guān)；

    變頻器在接收到6kV高壓開關(guān)已合信號后，延時30s后變頻器給DCS發(fā)一個“請求運行”信號；

    DCS在接收到“請求運行”信號后，發(fā)出“運行指令”。變頻器在接收到“運行指令”信號后變頻器開始運行，同時給DCS發(fā)一個“變頻運行”狀態(tài)信號，運行頻率從0Hz按照設(shè)定的時間升頻至給定頻率值；

    DCS可以在變頻器啟動以前將“頻率給定信號”給定到預(yù)定值。

    ②變頻正常停機

    在運行時需要正常停機時，DCS給變頻器發(fā)出“停機”信號；

    變頻器接收到“停機”信號后，運行頻率按照設(shè)定的時間降至0Hz，然后斷開“變頻運行”信號，給DCS發(fā)“請求斷高壓”信號，檢測到用戶開關(guān)斷開后再斷KM2、KM3；

    ③變頻緊急停機

    變頻器在正常運行時需要緊急停機可以由DCS直接斷開6kV開關(guān)（一般情況不要進(jìn)行此項操作）。變頻器控制柜設(shè)置“緊急停機”按鈕，可就地緊急分?jǐn)喔邏洪_關(guān)。

    ④變頻故障切工頻

    變頻正常運行時KM2、QS1、QS2、KM3閉合，KM1斷開，如果變頻器出現(xiàn)重故障：

    先斷開用戶開關(guān)QF11，再斷開KM2、KM3；

    延時3s或者接收到DCS發(fā)送的“檔板就位信號”；

    合KM1；

    合用戶開關(guān)QF11

    ⑤變頻器正常運行切工頻

    變頻器接收到“變頻切工頻”指令，頻率升到50Hz，同時DCS調(diào)節(jié)擋板開度到合適位置；

    封鎖輸出脈沖，斷開用戶開關(guān)QF11

    斷開KM2、KM3；

    合KM1；

    合用戶開關(guān)QF11

    ⑥工頻切變頻

    變頻器接收到“工頻切變頻”指令；

    變頻器預(yù)處理，在KM1沒有斷開的情況下，合KM2，變頻器預(yù)運行狀態(tài)；

    變頻器預(yù)處理就緒，斷開用戶開關(guān)QF11和變頻器內(nèi)KM1，延時1.5s合KM3和用戶開關(guān)QF11，變頻器自動檢測電機運行相位和頻率，在沒有電流沖擊的情況下，電機投入變頻運行，直至DCS給定頻率。

    ⑦工頻正常停機

    由DCS控制斷開高壓開關(guān)。

    上述切換試驗，必須經(jīng)過實際帶負(fù)荷試驗，以確保切換操作不會對機組運行造成較大影響。