发电厂变频调速控制技术节能项目.docx
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发电厂变频调速控制技术节能项目
电力需求侧管理项目申请报告
（变频调速控制技术节能项目）
（一）企业概况
山西汾西矿业（集团）有限责任公司发电厂属于国有企业，始建于1956年，主要以发供电为主，承担着集团公司的发供电双重任务。
厂区位于灵石县南关镇，地处晋中、临汾两市交界，东临石膏山风景区、南望霍州，西靠汾西、北接灵石，周边煤炭资源丰富；大运公路、祁临高速公路、南同浦铁路、汾河从附近穿过，交通十分便利。
全厂现有在册职工955名,发电部分下设汽机、电气、燃料、锅炉、热化等五大车间，生活服务和工贸两个公司；拥有2×35t/h、2×65t/h和2×220t/h（在建）环保型循环流化床锅炉，配套2×6MW、2×12MW和2×50MW汽轮发电机组，总装机容量136MW的生产能力,年发电量2.2亿度（2×50MW综合利用电厂投产后将达到8亿度）。
供电部分拥有线路工区、变电工区、吕梁工区、介休集中控制中心、介休试验中心、介休后勤服务中心等六个部门、26座变电站所，728公里线路，遍布晋中、吕梁5个市县的汾西百里矿区，年供电量达9.6亿度。
随着集团公司资源整合新重组的20多处矿井投产，我厂将配套完善变电站（所）及线路的架设，届时将新增20多个变电站、600多公里线路。
多年来，在山西焦煤和汾西矿业集团公司的正确领导下，全厂干部职工坚持以人为本、从严管理的管理理念，弘扬“团结、求实、文明、争先”的企业精神。
围绕“军事化管人、精细化管物”的理念，以质量标准化工作为突破口，瞄准国内同类电厂先进管理水平，实施标准化、制度化、规范化管理，突出安全、经济、文明生产的要求，强化人本管理和队伍素质，注重科技和安全投入，截止2011年12月6日创造了安全生产20周年的新纪录，2011年完成发电24628万kwh，创建厂以来发电最高水平。
在企业发展的同时，抓住机遇，主动工作，坚持资源综合利用，依托发电主业大力发展多种经营第三产业，先后建起了罗非鱼养殖场、彩色地砖厂、空心砖厂、加油站、印刷厂、电机修理等多经项目，目前为了满足2×50MW综合利用电厂环保需要，正在上马建设石灰石磨粉项目。
多年来，发电厂的工作得到了上级的充分肯定，取得物质文明、政治文明、精神文明三丰收。
在山西省煤炭企业自备电厂中第一家跨入电力系统地方小火电“电力双达标”行列，是晋中地区第一家、全省煤炭系统自备电厂第一家“环保达标排放企业”。
多次被评为集团公司先进单位、先后被授予山西省省管国有企业“文明单位”、中国煤炭协会授予发电厂“先进煤矸石电厂”；山西焦煤集团授予发电厂“十佳非煤生产单位”。
先后被晋中地委、当地政府评为“精神文明先进单位”、“花园式工厂”。
2004、2005年山西省国资委授予“省管国有企业文明单位”、2005、2006、2008年“全国煤炭工业综合利用和多种经营先进企业”；2007年山西省“治安先进单位”、“文明和谐社区”、省管国有企业“文明单位”荣誉称号。
2008年分别被评为山西省“绿化先进单位”、省管国有企业“文明单位标兵”。
2009年继续保持省管国有企业“文明标兵单位”称号，被山西焦煤评为“文明和谐社区”，被中国煤矿体协评为“与祖国同庆、健康同行”先进单位。
2010年被晋中供电分公司评为电费缴纳“A级信誉单位”，被环境保护杂志社评为“环境保护优秀企业”，荣获山西省绿化委、省煤炭厅“绿化达标单位”，并顺利通过了山西省国资委“文明单位标兵”复查验收。
多年来，我厂为集团公司安全可靠用电和经济建设发展做出了积极贡献，为集团公司资源整合、壮大发展发挥了重要作用。
汾西矿业发电厂以发供电为主，年发电量2.4亿KWH。
产值65514.43万元，利税2333.91万元，固定资产原值74739.39万元，净值32109.6万元。
生产流程:
煤的化学能经锅炉炉膛转化成热能传递给锅炉汽包中的水，使水变成高温高压蒸汽，蒸汽热能转变为汽轮机机械能，汽轮机机械能通过发电机转变为电能，发出的电经过厂内变压器升压后经输电线路运输到各变电站所，各变电站所降压后输送到各用户（煤矿）。
（二）企业能源消耗情况
汾西矿业集团公司发电厂主要以消耗煤、水、电为主。
年发电用标准煤量145581吨，年耗水量634050吨，年发电厂用电量3360万KWH。
2011年已进行了变频调速控制技术改造电机明细
序号
设备名称
单位（台）
容量（KW）
合计（KW）
1
81楼深井泵电机
1
75
75
2
92楼深井泵电机
1
75
75
合计
2
150
2012～2013年进行变频调速控制技术改造电机明细
序号
设备名称
单位（台）
容量（KW）
合计（KW）
1
1#炉引风机电机
1
355
355
2
1#炉送风机电机
1
250
250
3
2#炉引风机电机
1
355
355
4
2#炉送风机电机
1
300
300
5
3#炉引风机电机
1
630
630
6
3#炉送风机电机
1
560
560
7
4#炉引风机电机
1
630
630
8
4#炉送风机电机
1
560
560
9
Ⅰ期1#给水泵电机
1
132
132
10
Ⅰ期2#给水泵电机
1
132
132
11
Ⅰ期3#给水泵电机（备用）
1
132
132
12
Ⅱ期4#给水泵电机
1
290
290
13
Ⅱ期5#给水泵电机
1
290
290
14
Ⅱ期6#给水泵电机（备用）
1
290
290
15
Ⅰ期1#循环泵电机
1
135
135
16
Ⅰ期2#循环泵电机
1
135
135
17
Ⅰ期3#循环泵电机
1
132
132
18
3#机1#循环泵电机
1
130
130
19
3#机2#循环泵电机
1
130
130
20
4#机1#循环泵电机
1
130
130
21
4#机2#循环泵电机
1
130
130
22
1#脱硫泵电机
1
55
55
23
2#灰渣泵机电机
1
75
75
24
3#灰渣泵机电机（备用）
1
75
75
25
3#灰渣泵机电机（备用）
1
75
75
26
5#脱硫泵机电机（备用）
1
55
55
27
1#细碎机电机
1
110
110
28
2#细碎机电机（备用）
1
90
90
29
1#压滤泵电机
1
90
90
30
2#压滤泵电机（备用）
1
90
90
31
1#循环泵电机
1
110
110
32
2#循环泵电机（备用）
1
110
110
33
循环泵电机
1
50
50
34
1#深井泵电机
1
90
90
35
2#深井泵电机
1
75
75
36
3#深井泵电机（备用）
1
75
75
37
4#深井泵电机
1
75
75
38
5#深井泵电机（备用）
1
75
75
39
1#空压机电机
1
55
55
40
2#空压机电机（备用）
1
55
55
41
3#空压机电机（备用）
1
55
55
42
1#空压机电机
1
180
180
43
2#空压机电机
1
180
180
合计
43
7728
7728
汾西矿业发电厂年用电量3360万KWH，产品占成本的比例8%，厂用电率13%，在同行业中属于中等水平。
（三）变频调速控制技术实施的必要性
随着现代工业的飞速发展及市场竞争的日益加剧，加上能源供应紧张和能源价格不断攀升，企业采用新技术实现节能降耗、降低生产成本、提高市场竞争力，已是大势所趋。
近年来，随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，交流传动与控制技术成为目前发展最为迅速的技术之一，电气传动技术面临着一场历史革命，即交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。
电机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。
变频调速以其优异的调速和起制动性能，高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。
深入了解交流传动与控制技术的走向，具有十分积极的意义。
汾西矿业（集团）有限责任公司发电厂装机容量为2X6MW加2X12MW凝汽式发电机组，其中水系统、灰系统、脱硫系统等公用系统所属电机及高压风所属电机机均为工频控制，目前采用工频运行方式、通过调节风门阀门开度控制空气，水流量，满足正常生产需要。
采用调节风门，阀门的方法调节风量，虽然比较简单，但很不经济，导致风机，水泵长期处于高管阻运行状态，降低了系统的运行效率，造成大量的能源浪费。
另外，电动机直接启动，对电网和管网都构成较大的冲击。
其具体存在在问题主要表现在以下几个方面：
1、采用水泵、风机定速运行，阀门调整节流损失大、出口压力高、管损严重、系统效率低，造成能源的浪费。
2、当流量降低阀门开度减小时，调整阀门前后压差增加工作安全特性变坏，压力损失严重，造成能耗增加。
3、长期的40～70％阀门开度，加速阀体自身磨损，导致阀门控制特性变差。
4、管网压力过高威胁系统设备密封性能，严重时导致阀门泄漏，不能关严等情况发生。
5、设备使用寿命短、日常维护量大，维修成本高，造成各种资源的极大浪费。
解决上述问题的重要手段之一是采用变频调速控制技术。
采用高压变频调速装置（高压变频器）对水泵、风机电机进行变频控制，实现给水流量、风量的变负荷调节，变频调速很容易实现电动机的正、反转。
只需要改变变频器内部逆变管的开关顺序，即可实现输出换相，也不存在因换相不当而烧毁电动机的问题。
变频调速系统起动大都是从低速开始，频率较低。
加、减速时间可以任意设定，故加、减速时间比较平缓，起动电流较小，可以进行较高频率的起停。
这样，不仅解决了控制阀调节线性度差、纯滞延大等难以控制的缺点，而且提高了系统运行的可靠性；更重要的是减小了因调节阀门孔口变化造成的压流损失，减轻了控制阀的磨损，降低了系统对管路密封性能的破坏，改善电机、风机、管道及附属设施的工作条件，延长了设备的使用寿命，维护量减小，改善了系统的经济性；采用变频调速控制技术后，风机、泵类负载的节能效果最明显，节电率可达到30%～60%，这是因为风机水泵的耗用功率与转速的三次方成比例，当用户需要的平均流量较小时，风机、水泵的转速较低，其节能效果也是十分可观的。
而传统的挡板和法门进行流量调节时，耗用功率变化不大。
因此节约了能源，降低了厂用电率，提高了发电经济效益。
（四）变频调速控制技术的可行性
1、变频器的组成
变频器通常分为4部分：
整流单元、高容量电容、逆变器和控制器。
.整流单元将工作频率固定的交流电转换为直流电。
.高容量电容存储转换后的电能。
.逆变器由大功率开关晶体管阵列组成电子开关，将直流电转化成不同频率、宽度、幅度的方波。
.控制器按设定的程序工作，控制输出方波的幅度与脉宽，使叠加为近似正弦波的交流电，驱动交流电动机。
2、变频器的作用
变频器产生的最初用途是速度控制，但目前在国内应用较多的是节能。
中国是能耗大国，能源利用率很低，而能源储备不足。
在2003年的中国电力消耗中，60—70％为动力电，而在总容量为5．8亿千瓦的电动机总容量中，只有不到2000万千瓦的电动机是带变频控制的。
据分析，在中国，带变动负载、具有节能潜力的电机至少有1．8亿千瓦。
因此国家大力提倡节能措施，并着重推荐了变频调速技术。
（1）变频节能
变频器节能主要表现在风机、水泵的应用上。
根据流体力学原理，轴功率与转速的三次方成正比。
当所需流量减少，电机转速降低时，其功率按转速的三次方下降。
因此，精确调速的节电效果非常可观。
为了保证生产的可靠性，各种生产机械在设计配用动力驱动时，都留有一定的富余量。
当电机不能在满负荷下运行时，除达到动力驱动要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成电能的浪费。
风机、泵类等设备传统的调速方法是通过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节给风量和给水量，其输入功率大，且大量的能源消耗在挡板、阀门的截流过程中。
当使用变频调速时，如果流量要求减小，通过降低泵或风机的转速即可满足要求。
在实际运行中，轻载运行的时间所占比例却非常高。
如采用变频调速，可大大提高轻载运行时的工作效率。
（2）功率因数补偿节能
无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是功率因数的降低导致电网有功功率的降低，大量的无功电能消耗在线路当中，设备使用效率低下，浪费严重，使用变频调速装置后，由于变频器内部滤波电容的作用，从而减少了无功损耗，增加了电网的有功功率。
（3）软启动节能
电机硬启动对电网造成严重的冲击，而且还会对电网容量要求过高，启动时产生的大电流和震动时对挡板和阀门的损害极大，对设备、管路的使用寿命极为不利。
而使用变频节能装置后，利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始，最大值也不超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，延长了设备和阀门的使用寿命。
节省了设备的维护费用。
从理论上讲，变频器可以用在所有带有电动机的机械设备中，电动机在启动时，电流会比额定高5-6倍的，不但会影响电机的使用寿命而且消耗较多的电量.系统在设计时在电机选型上会留有一定的余量，电机的速度是固定不变，但在实际使用过程中，有时要以较低或者较高的速度运行，因此进行变频改造是非常有必要的。
变频器可实现电机软启动、补偿功率因素、通过改变设备输入电压频率达到节能调速的目的，而且能给设备提供过流、过压、过载等保护功
（五）变频调速控制技术项目的投资概算及资金来源
该项目2012年投资920万元，2013年投资580万元，项目总投资1500万元，全部由企业自筹。
（六）实现变频调速控制技术后的节电效益和社会效益
山西汾西矿业（集团）有限责任公司发电厂现有运行风机、水泵电机容量情况如下：
2011年已进行了变频调速控制技术改造电机明细
序号
设备名称
单位（台）
容量（KW）
合计（KW）
1
81楼深井泵电机
1
75
75
2
92楼深井泵电机
1
75
75
合计
2
150
150
2012～2013年进行变频调速控制技术改造电机明细
序号
设备名称
单位（台）
容量（KW）
合计（KW）
1
1#炉引风机电机
1
355
355
2
1#炉送风机电机
1
250
250
3
2#炉引风机电机
1
355
355
4
2#炉送风机电机
1
300
300
5
3#炉引风机电机
1
630
630
6
3#炉送风机电机
1
560
560
7
4#炉引风机电机
1
630
630
8
4#炉送风机电机
1
560
560
9
Ⅰ期1#给水泵电机
1
132
132
10
Ⅰ期2#给水泵电机
1
132
132
11
Ⅰ期3#给水泵电机（备用）
1
132
132
12
Ⅱ期4#给水泵电机
1
290
290
13
Ⅱ期5#给水泵电机
1
290
290
14
Ⅱ期6#给水泵电机（备用）
1
290
290
15
Ⅰ期1#循环泵电机
1
135
135
16
Ⅰ期2#循环泵电机
1
135
135
17
Ⅰ期3#循环泵电机
1
132
132
18
3#机1#循环泵电机
1
130
130
19
3#机2#循环泵电机
1
130
130
20
4#机1#循环泵电机
1
130
130
21
4#机2#循环泵电机
1
130
130
22
1#脱硫泵电机
1
55
55
23
2#灰渣泵机电机
1
75
75
24
3#灰渣泵机电机（备用）
1
75
75
25
3#灰渣泵机电机（备用）
1
75
75
26
5#脱硫泵机电机（备用）
1
55
55
27
1#细碎机电机
1
110
110
28
2#细碎机电机（备用）
1
90
90
29
1#压滤泵电机
1
90
90
30
2#压滤泵电机（备用）
1
90
90
31
1#循环泵电机
1
110
110
32
2#循环泵电机（备用）
1
110
110
33
循环泵电机
1
50
50
34
1#深井泵电机
1
90
90
35
2#深井泵电机
1
75
75
36
3#深井泵电机（备用）
1
75
75
37
4#深井泵电机
1
75
75
38
5#深井泵电机（备用）
1
75
75
39
1#空压机电机
1
55
55
40
2#空压机电机（备用）
1
55
55
41
3#空压机电机（备用）
1
55
55
42
1#空压机电机
1
180
180
43
2#空压机电机
1
180
180
合计
43
7728
7728
节能计算：
以汾西矿业集团公司发电厂3#炉送风机实行变频技术改造后为例计算。
变频运行时能耗按照相似性定律P=（n/nN）3×PN计算，并考虑20%的风机、水泵，电机、变频器损耗。
3#炉的送风机额定功率为560kw,额定电流65.5A，工频运行最大电流为42A
工频负载为42/65.5×100%=64.1%
工频运行时的实际工耗为：
1.732UIcosφ=1.732×6×42×0.857=374.05KW
年利用小时数按6000小时计算，全年可节约电耗：
（374.05-176.16）×6000=1187340KWH
电价按平均0.5元/KWh（上网价）计算，每年可收回投资：
1187340×0.5=593670元。
经计算汾西矿业集团公司发电厂2011年经过变频改造后的两台电机每年可收回投资15万元，未进行变频改造电机经过变频节能技术改造后，每年可收回投资700万元，总投资1500万元，两年多即可收回投资。
通过以上分析实现变频调速控制技术后可取得良好的经济效益，且改造后，减少电机启动电流，可延长电机的使用寿命；少了阀门调节，减少电机振动和轴承的磨损，延长风机、水泵的大修周期，节省检修费用和时间，减少了工人劳动强度，因此在系统的安全可靠性、设备维护量等方面均取得良好的社会收益。
（七）项目实施的保障措施和进度安排
1、变频调速控制技术属于国内先进水平，符合国家政策，属于国家扶持项目。
2、建立专门的机构作为该项目的执行单位，负责项目的实施组织，协调和管理。
3、项目的设计、供货、施工安装等严格按程序履行必要的协议等相关手续。
4、聘请具备资质及经验的监理公司承担该工程的监理，对该项目全过程实行工程监理制。
根据该项目总体构思，并根据资金和工程特点结合施工条件，进度安排如下：
2012年变频调速控制技术改造电机明细
序号
设备名称
单位（台）
容量（KW）
合计（KW）
1
3#炉引风机电机
1
630
630
2
3#炉送风机电机
1
560
560
3
4#炉引风机电机
1
630
630
4
4#炉送风机电机
1
560
560
5
1#循环泵电机
1
110
110
6
2#循环泵电机（备用）
1
110
110
7
Ⅱ期4#给水泵电机
1
290
290
8
Ⅱ期5#给水泵电机
1
290
290
9
Ⅱ期6#给水泵电机（备用）
1
290
290
10
5#脱硫泵机电机（备用）
1
55
55
11
1#细碎机电机
1
110
110
12
2#细碎机电机（备用）
1
90
90
13
3#机1#循环泵电机
1
130
130
14
3#机2#循环泵电机
1
130
130
15
4#机1#循环泵电机
1
130
130
16
4#机2#循环泵电机
1
130
130
17
1#脱硫泵电机
1
55
55
18
2#灰渣泵机电机
1
75
75
19
3#灰渣泵机电机（备用）
1
75
75
20
3#灰渣泵机电机（备用）
1
75
75
21
1#压滤泵电机
1
90
90
22
2#压滤泵电机（备用）
1
90
90
合计
22
4705
4705
2013年变频调速控制技术改造电机明细
序号
设备名称
单位（台）
容量（KW）
合计（KW）
1
1#炉引风机电机
1
355
355
2
1#炉送风机电机
1
250
250
3
2#炉引风机电机
1
355
355
4
2#炉送风机电机
1
300
300
5
Ⅰ期1#给水泵电机
1
132
132
6
Ⅰ期2#给水泵电机
1
132
132
7
Ⅰ期3#给水泵电机（备用）
1
132
132
8
Ⅰ期1#循环泵电机
1
135
135
9
Ⅰ期2#循环泵电机
1
135
135
10
Ⅰ期3#循环泵电机
1
132
132
11
循环泵电机
1
50
50
12
1#深井泵电机
1
90
90
13
2#深井泵电机
1
75
75
14
3#深井泵电机（备用）
1
75
75
15
4#深井泵电机
1
75
75
16
5#深井泵电机（备用）
1
75
75
17
1#空压机电机
1
55
55
18
2#空压机电机（备用）
1
55
55
19
3#空压机电机（备用）
1
55
55
20
1#空压机电机
1
180
180
21
2#空压机电机
1
180
180
合计
21
3023
3023
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