高压变频器在600MW机组增压风机上应用
前言
为保护环境，减少二氧化硫排放量，国家环保部门对电厂烟气排放指标的考核和监督越来越严格,一些电厂也正在逐步进行大规模的脱硫系统改造或新建工程，其中增压风机是烟气脱硫装置中最主要的辅机之一，是脱硫装置能否安全和经济运行的关键设备,对增压风机进行变频改造可以提高风机的运行效率,提高稳定性，进而保证脱硫系统的运行可靠性，同时还能取得良好的节能效果,达到节能降耗目的。
为保护环境，减少二氧化硫排放量，国家环保部门对电厂烟气排放指标的考核和监督越来越严格,一些电厂也正在逐步进行大规模的脱硫系统改造或新建工程，其中增压风机是烟气脱硫装置中最主要的辅机之一，是脱硫装置能否安全和经济运行的关键设备,对增压风机进行变频改造可以提高风机的运行效率,提高稳定性，进而保证脱硫系统的运行可靠性，同时还能取得良好的节能效果,达到节能降耗目的。
一、企业概况
扬州第二发电有限公司是江苏省特大型火力发电企业,目前共有4台600MW燃煤发电机组。一期1#2#机组采用亚临界燃煤发电机组, 二期3#4#机组采用超临界燃煤发电机组,机组安装的脱硫设施采用的是石灰石—石膏湿法脱硫工艺，即采用石灰石经吸收塔吸收二氧化硫，通过化学反应产出石膏。
工艺流程图
锅炉烟气经电除尘器除尘后，通过增压风机、进入吸收塔, 在吸收塔内烟气向上流动且被向下流动的循环浆液以逆流方式洗涤。循环浆液则通过喷浆层内设置的喷嘴喷射到吸收塔中，以便脱除SO2、SO3，与此同时在“强制氧化工艺”的处理下反应的副产物被导入的空气氧化为石膏，并消耗作为吸收剂的石灰石。循环浆液通过浆液循环泵向上输送到喷淋层中，通过喷嘴进行雾化，可使气体和液体得以充分接触。每个泵通常与其各自的喷淋层相连接，在吸收塔中，石灰石与二氧化硫反应生成石膏，这部分石膏浆液通过石膏浆液泵排出，进入石膏脱水系统。经过净化处理的烟气流经两级除雾器除雾，在此处将清洁烟气中所携带的浆液雾滴去除。同时按特定程序不时地用工艺水对除雾器进行冲洗。在吸收塔出口，烟气一般被冷却到46~55℃左右，且为水蒸气所饱和。通过加热器将烟气加热到80℃以上，以提高烟气的抬升高度和扩散能力。最后，洁净的烟气通过烟道进入烟囱排向大气。
扬州第二发电有限公司是江苏省特大型火力发电企业,目前共有4台600MW燃煤发电机组。一期1#2#机组采用亚临界燃煤发电机组, 二期3#4#机组采用超临界燃煤发电机组,机组安装的脱硫设施采用的是石灰石—石膏湿法脱硫工艺，即采用石灰石经吸收塔吸收二氧化硫，通过化学反应产出石膏。
工艺流程图
锅炉烟气经电除尘器除尘后，通过增压风机、进入吸收塔, 在吸收塔内烟气向上流动且被向下流动的循环浆液以逆流方式洗涤。循环浆液则通过喷浆层内设置的喷嘴喷射到吸收塔中，以便脱除SO2、SO3，与此同时在“强制氧化工艺”的处理下反应的副产物被导入的空气氧化为石膏，并消耗作为吸收剂的石灰石。循环浆液通过浆液循环泵向上输送到喷淋层中，通过喷嘴进行雾化，可使气体和液体得以充分接触。每个泵通常与其各自的喷淋层相连接，在吸收塔中，石灰石与二氧化硫反应生成石膏，这部分石膏浆液通过石膏浆液泵排出，进入石膏脱水系统。经过净化处理的烟气流经两级除雾器除雾，在此处将清洁烟气中所携带的浆液雾滴去除。同时按特定程序不时地用工艺水对除雾器进行冲洗。在吸收塔出口，烟气一般被冷却到46~55℃左右，且为水蒸气所饱和。通过加热器将烟气加热到80℃以上，以提高烟气的抬升高度和扩散能力。最后，洁净的烟气通过烟道进入烟囱排向大气。
二、系统改造方案可行性
1风机负载调速节能原理
风机的工作特性图如下：
曲线①为风机按转速N1工作时的特性曲线，曲线②为风机按转速N2工作时的特性曲线，③④为风道阻力曲线。
在第一种负载工况下，风机工作在A点，风量为Q1，风压为H1。如果风机仍然按N1速度定速运行，用挡板将风量调节为Q2时，风压将上升到H3，风机工作点移到B点。由于挡板的截流作用，风道阻力曲线由③变为④。
在A、B两点，风机功率分别为PA＝H1×Q1，PB＝H3×Q2，虽然Q21，但H3>H1，实际减小的功率有限。
如果不采用挡板调节，这时风路阻力特性保持曲线曲线③不变，改用调节风机速度来减小风量，风机改按速度N2运行，工作特性为曲线②，风机工作在C点，风量仍然为Q2，但压力为H2。
相比B、C两点，风机减少的轴功率为：ΔP＝PB- PC＝（H3 –H2）×Q2
在风道阻力特性不变的情况下，风机的风量Q、压力H、轴功率P和转速N之间满足如下关系（相似定理）：
Q∝N，H∝N2,P∝N3
所以有：
就是说，通过调速方式改变风机风量，风量下降一半时，风机轴功率将下降87.5%。
1风机负载调速节能原理
风机的工作特性图如下：
曲线①为风机按转速N1工作时的特性曲线，曲线②为风机按转速N2工作时的特性曲线，③④为风道阻力曲线。
在第一种负载工况下，风机工作在A点，风量为Q1，风压为H1。如果风机仍然按N1速度定速运行，用挡板将风量调节为Q2时，风压将上升到H3，风机工作点移到B点。由于挡板的截流作用，风道阻力曲线由③变为④。
在A、B两点，风机功率分别为PA＝H1×Q1，PB＝H3×Q2，虽然Q21，但H3>H1，实际减小的功率有限。
如果不采用挡板调节，这时风路阻力特性保持曲线曲线③不变，改用调节风机速度来减小风量，风机改按速度N2运行，工作特性为曲线②，风机工作在C点，风量仍然为Q2，但压力为H2。
相比B、C两点，风机减少的轴功率为：ΔP＝PB- PC＝（H3 –H2）×Q2
在风道阻力特性不变的情况下，风机的风量Q、压力H、轴功率P和转速N之间满足如下关系（相似定理）：
Q∝N，H∝N2,P∝N3
所以有：
就是说，通过调速方式改变风机风量，风量下降一半时，风机轴功率将下降87.5%。
2 系统旁路柜控制方式
基本原理：它是由3组高压开关柜QF1、QF2和QF3组成。要求开关柜QF2和QF3不能同时闭合。变频运行时，开关柜QF1和QF2闭合，开关柜QF3断开；工频运行时，开关柜QF3闭合，开关柜QF1和QF2断开。
另外还保留了电机差动保护功能,采取重新更换电机中性点CT,将其控制信号接入QF2开关柜内综保装置参与差动保护,完善电机保护功能。
三、节能数据分析:
1 现场技术数据：
设备参数
2工频/变频状态下的年耗电量计算
四、设备冷却方式
为了提高高压大功率变频器的应用稳定性，解决好高压变频器环境散热问题,根据现场实际情况采用密闭式空调冷却,其结构图如下:
冷却设备主机安装于变频器功率柜顶部，该装置配备两台制冷压缩机。与现场接口简单,提供两路380V交流电源即可,操作方便,维护量少,保护功能完善. 正常运行时，每段电源各带一台压缩机；当单段电源故障时，另外一侧工作电源带两台压缩机运行。两台压缩机设备停运时，可以通过风道回路设置的风门实现变频器功率柜自身冷却，减少冷却装置故障对变频器运行的影响。完整的冷却系统解决方案，有效减低了辅助系统的故障率,保证设备安全运行。
五、结论
采用变频调速后，系统实现软启动，电机启动电流远远小于额定电流，启动时间相应延长，对电网无大的冲击，减轻了起动机械转矩对电机机械损伤，降低噪音，降低了震动系数,有效的延长了电机的使用寿命，减少了检修维护开支，节约大量维护费用,降低了厂用电率,提高了供电率。
总的来看，增压风机进行变频改造是可行的，它可以提高风机的运行稳定性，进而保证了机组脱硫系统的运行可靠性，同时还能取得良好的节能效果。
采用变频调速后，系统实现软启动，电机启动电流远远小于额定电流，启动时间相应延长，对电网无大的冲击，减轻了起动机械转矩对电机机械损伤，降低噪音，降低了震动系数,有效的延长了电机的使用寿命，减少了检修维护开支，节约大量维护费用,降低了厂用电率,提高了供电率。
总的来看，增压风机进行变频改造是可行的，它可以提高风机的运行稳定性，进而保证了机组脱硫系统的运行可靠性，同时还能取得良好的节能效果。
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