變頻控制在鍋爐給水系統(tǒng)的應(yīng)用方案
1引言
該改造項(xiàng)目為某熱電廠100MW機(jī)組380t/h煤粉鍋爐給水系統(tǒng)。系統(tǒng)共有三臺(tái)1600kW/6kV給水泵,運(yùn)行方式為兩用一備。
通過對(duì)給水系統(tǒng)變頻改造方案的論證,結(jié)合現(xiàn)場的實(shí)際情況;最終對(duì)100MW機(jī)組的給水系統(tǒng)改造制定的動(dòng)力系統(tǒng)方案為二拖三自動(dòng)切換方案,系統(tǒng)電氣原理圖如下所示。其中#3、#4、#5為給水泵原有高壓開關(guān),QF01、QF02為6kV母線室的I、II段備用高壓開關(guān)間隔。在汽機(jī)側(cè)高壓變頻器室安裝兩臺(tái)HARSVERT-A06/200變頻器,并且分別配備安裝兩臺(tái)KYN28-12Z高壓開關(guān),即QF21~QF24。
為了實(shí)現(xiàn)給水系統(tǒng)變頻改造后實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo),在集控室電子間增加了一臺(tái)給水變頻控制系統(tǒng)柜。用于實(shí)現(xiàn)給水系統(tǒng)的變頻、工頻方式下的運(yùn)行、切換、聯(lián)鎖等邏輯處理功能以及實(shí)現(xiàn)不同運(yùn)行方式下的給水自動(dòng)調(diào)節(jié)功能,滿足機(jī)組實(shí)際運(yùn)行的需要。
該系統(tǒng)經(jīng)變頻改造后,通過近一年的實(shí)際運(yùn)行證明改造是成功的;并且取得了良好的生產(chǎn)效益和經(jīng)濟(jì)收益。
2系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)
給水系統(tǒng)在采用二拖三自動(dòng)切換方案,獨(dú)立的給水控制系統(tǒng)后,主要實(shí)現(xiàn)了以下功能:
(1)實(shí)現(xiàn)“一變或一工”、“兩變一備”、“一工一變一備用”、“兩工一備”四種運(yùn)行模式。
(2)3#、4#、5#三臺(tái)給水泵均可以處于變頻/工頻運(yùn)行狀態(tài)。
(3)每臺(tái)給水泵任一運(yùn)行模式下,系統(tǒng)具備完全的電氣、邏輯閉鎖和聯(lián)鎖雙重關(guān)系有效。即:高壓開關(guān)QF3(#3給)與QF24之間,QF4(#4給)與QF21之間,QF5(#5給)與QF22、QF23之間、QF21與QF22之間、QF23與QF24之間均存在有效閉鎖關(guān)系。單臺(tái)運(yùn)行泵跳閘,備用泵投入系統(tǒng)聯(lián)鎖啟動(dòng)備用泵。
(4)給水泵處于工頻或變頻運(yùn)行方式下,潤滑油泵的聯(lián)鎖以及給水泵的軸溫、震動(dòng)等保護(hù)回路動(dòng)作準(zhǔn)確有效。
(5)給水泵工/變頻運(yùn)行及切換時(shí),系統(tǒng)均準(zhǔn)確聯(lián)動(dòng)泵出口電動(dòng)門動(dòng)作且開啟事件自動(dòng)選擇,運(yùn)行平穩(wěn)。
(6)能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)遠(yuǎn)方操作和就地操作功能。
(7)具備遠(yuǎn)程報(bào)警、故障指示和故障自診斷處理能力。
(8)系統(tǒng)能夠在機(jī)組30~100MW負(fù)荷之間,實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)行模式下的汽包水位自動(dòng)調(diào)節(jié)及連續(xù)平穩(wěn)切換控制。
3系統(tǒng)優(yōu)化
根據(jù)設(shè)計(jì)思想的“最小改動(dòng)”原則,該系統(tǒng)僅在現(xiàn)有給水系統(tǒng)中增加了三臺(tái)給水泵的運(yùn)行方式選擇開關(guān),對(duì)工/變頻高壓開關(guān)的二次控制回路進(jìn)行了電氣閉鎖改造。增加四臺(tái)高壓開關(guān),一臺(tái)系統(tǒng)控制柜和兩臺(tái)變頻器經(jīng)施工、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)后即可投入使用;系統(tǒng)集成化程度高,設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊、合理,大大減輕了系統(tǒng)改造周期和成本。
由于在該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)論證時(shí),推算采用一工一變運(yùn)行方式的機(jī)組負(fù)荷響應(yīng)能力只有74~100MW.在實(shí)際的調(diào)試過程中,該論斷得到證實(shí)。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷減至76MW時(shí),變頻給水泵的排量降低至70~80t/h;工頻泵排量200 t/h.由于此時(shí)為防止變頻給水泵進(jìn)入不安全工作區(qū),因此系統(tǒng)開啟給水泵再循環(huán)門,保持給水泵最低流量值。
一工一變運(yùn)行方式是系統(tǒng)運(yùn)行過程中的一種中間運(yùn)行方式,僅作為給水泵倒泵操作或變頻器故障跳閘情況下的后備方式。但是“一工一變”運(yùn)行模式下的平穩(wěn)運(yùn)行和實(shí)際可操控性,大大減低了系統(tǒng)在運(yùn)行模式轉(zhuǎn)變過程中對(duì)機(jī)組運(yùn)行安全的威脅。
實(shí)踐證明:兩臺(tái)給水泵在一定的負(fù)荷條件下,是能夠?qū)崿F(xiàn)“一工一變”運(yùn)行的。并且對(duì)兩臺(tái)變頻的給水系統(tǒng)而言具有重要的意義。
4實(shí)際運(yùn)行效果
4.1控制品質(zhì)
通過對(duì)變頻改造前后,兩臺(tái)工頻運(yùn)行給水調(diào)整閥控制和兩臺(tái)變頻運(yùn)行給水泵變頻控制的實(shí)際運(yùn)行比較,主要體現(xiàn)以下幾方面:
①采用變頻控制方式,汽包水位的控制品質(zhì)由改造前的±30mm波動(dòng)變?yōu)楦脑旌?plusmn;10mm波動(dòng),控制品質(zhì)得到明顯提高。
②變頻改造前,在機(jī)組增減負(fù)荷時(shí),給水調(diào)整門無法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的及時(shí)響應(yīng),往往導(dǎo)致汽包水位自動(dòng)解除,需要人為干預(yù)才能維持系統(tǒng)運(yùn)行,自動(dòng)投入率低。變頻改造后,系統(tǒng)響應(yīng)速度增加,完全能夠滿足機(jī)組增減負(fù)荷的需求。保證汽包水位不超調(diào),提高了自動(dòng)化運(yùn)行水平,保證了機(jī)組運(yùn)行安全。
③根據(jù)機(jī)組負(fù)荷的變化,尤其是在機(jī)組啟動(dòng)過程中,合理配置系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)構(gòu),大大減輕了運(yùn)行操作工作量。在不同的運(yùn)行模式下以及切換過程中均能夠完全實(shí)現(xiàn)水位自動(dòng)控制。
4.2模式切換
在系統(tǒng)出現(xiàn)單臺(tái)設(shè)備故障時(shí)或者需要進(jìn)行定期倒泵操作時(shí),可以實(shí)現(xiàn)水位自動(dòng)情況下的平穩(wěn)過渡,系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)內(nèi)部不同模式下的控制策略平穩(wěn)無擾動(dòng)切換。在機(jī)組80MW負(fù)荷情況下的運(yùn)行模式切換試驗(yàn)證實(shí),系統(tǒng)具有良好的響應(yīng)速度和控制品質(zhì),完全可以滿足實(shí)際運(yùn)行需要。
4.3實(shí)際節(jié)電效果
根據(jù)近一年來的實(shí)際運(yùn)行情況,對(duì)鍋爐在不同負(fù)荷情況下的給水泵單耗統(tǒng)計(jì),改造前后給水單耗水平有了明顯的下降。具體可參見下圖表。
2006年第一季度的實(shí)際節(jié)電效果統(tǒng)計(jì)如下表所示:
如果按照平均負(fù)荷84%,每年運(yùn)行8000小時(shí)進(jìn)行推算,可節(jié)約電量584.6萬度。以每度0.25元的上網(wǎng)電價(jià)計(jì)算,年可節(jié)約146.15萬元;大約3年即可收回投資。
5結(jié)語
上述的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)和實(shí)踐情況充分說明:在鍋爐給水系統(tǒng)中采用完整的給水變頻控制系統(tǒng)解決方案能夠有效的解決高壓變頻技術(shù)在給水系統(tǒng)中的應(yīng)用所產(chǎn)生的一系列問題,并且通過多種綜合性手段能夠加以有效的處理。近一年多的實(shí)際無故障運(yùn)行記錄,說明了該系統(tǒng)具有運(yùn)行品質(zhì)良好、安全穩(wěn)定、可靠性高、免維護(hù)的特點(diǎn)。具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。