1引言

兗礦科澳鋁業(yè)有限公司是兗礦集團(tuán)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(jī)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(yù)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(dá)近萬噸。

2增壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行簡介

南屯電廠鍋爐配套煙氣脫硫項(xiàng)目工程中，電廠鍋爐進(jìn)行脫硫系統(tǒng)（FGD）改造后，每套FGD裝置進(jìn)口原煙氣側(cè)（高溫?zé)煔鈧?cè)）配置了兩臺增壓風(fēng)機(jī)，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(jī)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(jī)工藝流程圖如圖1所示。

增壓風(fēng)機(jī)出力調(diào)整采用通過改變風(fēng)機(jī)的葉片的角度來調(diào)節(jié)。通過改變風(fēng)機(jī)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(shí)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(jī)運(yùn)行中振動、躁音等問題。同時異步電動機(jī)在啟動時啟動電流一般達(dá)到電機(jī)額定電流的6～8 倍，對廠用電形成沖擊，同時強(qiáng)大的沖擊轉(zhuǎn)矩對電機(jī)和風(fēng)機(jī)的使用壽命存在很大的不利影響。

由于目前增壓風(fēng)機(jī)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(yùn)行需要，所以電廠考慮對增壓風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)性能和節(jié)能改造，來滿足機(jī)組整體調(diào)節(jié)性能需要。

在風(fēng)機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時，其運(yùn)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(jī)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(jī)的電機(jī)所需的電功率亦可相應(yīng)降低。故考慮采用變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)對增壓風(fēng)機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速的線性調(diào)節(jié)，平移風(fēng)機(jī)運(yùn)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(jī)進(jìn)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(yùn)行要求，進(jìn)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(jī)進(jìn)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(jī)完全相同，其中#1增壓風(fēng)機(jī)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(bǔ)償裝置和輸出濾波器；不存在諧波引起的電機(jī)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(jī)。

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(yùn)行，同一相允許1個被旁路掉的功率單元。控制器部分以高速微處理器實(shí)現(xiàn)控制以及與子微處理器間進(jìn)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(jī)變頻改造方案主回路

南屯電廠機(jī)組脫硫系統(tǒng)有兩臺增壓風(fēng)機(jī)，一用一備，變頻器控制增壓風(fēng)機(jī)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(jī)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(jī)不改動：同時變頻器發(fā)生故障，可進(jìn)行自動切換至工頻旁路，保證電機(jī)的可靠運(yùn)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(jìn)行互鎖，QS3與QS4間進(jìn)行互鎖，當(dāng)#1電機(jī)變頻時合QS1、QS3，斷QS2、QS4、QS6；當(dāng)#2電機(jī)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(jī)工作在變頻狀態(tài)，#2機(jī)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(yùn)行。該接線方案無論#1機(jī)或#2機(jī)工作都能實(shí)現(xiàn)變頻－>工頻或工頻－>變頻的切換。運(yùn)行中，若變頻增壓風(fēng)機(jī)電機(jī)發(fā)生故障（6kV斷路器保護(hù)跳閘或變頻器故障停機(jī)），能夠在變頻器退出運(yùn)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

（1）變頻器瞬停保護(hù)設(shè)計

由于機(jī)組6kV廠用母線均帶有給水泵電機(jī)，大機(jī)組給水泵電機(jī)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(hù)對保證風(fēng)機(jī)的持續(xù)運(yùn)行非常重要。風(fēng)光高壓變頻器具有掉電3S不停機(jī)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(yùn)行，3S內(nèi)恢復(fù)高壓變頻器從最后運(yùn)行頻率開始恢復(fù)運(yùn)行，3S內(nèi)高壓未恢復(fù)變頻器停機(jī)，30S（可設(shè)置）內(nèi)高壓恢復(fù)變頻器自動執(zhí)行飛車啟動。

（2）飛車啟動功能

對于脫硫項(xiàng)目除塵風(fēng)道采用兩個增壓風(fēng)機(jī)引風(fēng)，一用一備。在停止一臺風(fēng)機(jī)時，另一臺增壓風(fēng)機(jī)自然旋轉(zhuǎn)，變頻器要想啟動另一臺風(fēng)機(jī)，如果變頻器沒有此功能，則會出現(xiàn)過流保護(hù)，必須等待電機(jī)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(jī)的速度及轉(zhuǎn)向并在電機(jī)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(yùn)行，在超過上述范圍時，能夠提供有效過、欠壓保護(hù)；并在電網(wǎng)恢復(fù)正常后，自動搜索跟蹤電動機(jī)轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向按照設(shè)定曲線恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)，保證生產(chǎn)設(shè)備較大限度安全運(yùn)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(yùn)行工況要求。

（3）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(jī)轉(zhuǎn)至工頻運(yùn)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(yùn)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(yùn)行。本項(xiàng)目中公司提供自動旁路切換柜，不僅可實(shí)現(xiàn)變頻故障情況下自動由變頻轉(zhuǎn)換至工頻運(yùn)行狀態(tài)，還可實(shí)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(yùn)行造成任何影響。用戶采用哪種切換方式可選擇。

（4）線電壓自動均衡技術(shù)（星點(diǎn)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(yùn)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(diǎn)漂移功能，使三相輸出線電壓保持平衡，不會對電動機(jī)造成不利影響。

5增壓風(fēng)機(jī)變頻改造的節(jié)能效益

本脫硫項(xiàng)目增壓風(fēng)機(jī)變頻改造項(xiàng)目于2010年6月1日正式投入運(yùn)行。至今運(yùn)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(jī)正常運(yùn)行時參數(shù)實(shí)際測量如下：機(jī)組負(fù)荷100MW，增壓風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行，母線電壓6.15kV，電流91.8A，功率因數(shù)為0.8，電機(jī)實(shí)際功率782kW；增壓風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行，運(yùn)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(jī)實(shí)際功率401kW；電機(jī)功率減小381kW。按照增壓風(fēng)機(jī)年運(yùn)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(jī)變頻改造的收益約為80萬元。

另外變頻器實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟啟動，減小電機(jī)啟動沖擊；控制方便、靈活；降低風(fēng)機(jī)維護(hù)費(fèi)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(hù)等多項(xiàng)保護(hù)功能，改造間接效益無法估量。

6結(jié)束語

南屯電廠脫硫項(xiàng)目增壓風(fēng)機(jī)高壓變頻器運(yùn)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(jī)工況情況進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)，大大提高鍋爐脫硫系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，提高了機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。在鍋爐風(fēng)機(jī)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(jī)驅(qū)動的各個行業(yè)會大顯身手。

審核編輯：湯梓紅