生物质锅炉新闻动态
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大型碱回收锅炉工程的电气设计
发布时间：2013-10-24 08:55 来源：未知
1、工程概况
2006年11月—2008年5月，中轻国际造纸室与武汉特种锅炉厂合作设计、制作、安装调试了一台国产规模最大的碱回收锅炉。日处理固形物量为2200吨，碱回收锅炉及静电除尘器的布置形式均采用紧身封闭。
此前国内从未有过如此规模的大型碱回收锅炉的设计，因此在设计时没有任何可供参考的资料。在设计初期，通过查阅大量国外各种类似碱回收锅炉的资料，并借鉴国外同类产品的成功经验，经过两年多的不懈努力，研究、设计和试车一次成功，现已正式投入生产。
1.1原有电力系统概况
该工程一期原有供电系统为4台发电机，通常3台同时工作，并向外网送部分电，大部分自用，4台发电机llOkV母线相互均有联络，一路外电接在1号发电机110kV母线上，当4台发电机均发生故障时，外电可带本厂锅炉等重要负荷。
1.2工程设计范围
本工程设计范围包括：工艺、总图、电气、仪表、自控等所有专业的基础工程设计和详细工程设计，同时还承担了本工程所有与分包供货商技术协调和规划工作。电气设计有：35kV高压供配电系统、690V低压供配电系统、380V低压供配电系统、静电除尘系统的供配电、吹灰系统的供配电、所有380V电动阀门的供配电及所有用电设备的电气控制、消防及火灾报警系统、照明系统包括锅炉本体照明、静电除尘本体照明、事故照明、应急照明及特殊照明系统，防雷接地系统。
1.3供电电源
本工程由一期原有35kV高压变电所引来两路35kV高压电源，每路均能承担本工程全部负荷，35kV单母线分段中间加母联，正常时两路电源同时工作，其中一路故障跳闸时母联开关自动合上，两路电源的进线开关与母联开关不能同时合闸。35kV电缆线路引入本工程高压进线柜。应急电源由一期工程的柴油发电机房引来，主要供电给一级负荷，一级负荷中特别重要的例如：锅炉本体及吹灰系统的电动阀门、DCS及仪表电源．88台长伸缩式吹灰器、圆盘阀等进一步用UPS电源作保证。本设计供电方案单线示意图，见图1。
1.3.1 系统电压
中压系统标称电压：35kV
低压系统标称电压：690V/380V/220V
额定频率：50Hz
1.3.2接地系统
690V/400V/230V，中性点直接接地系统。
1.3.3功率因数
低压侧装设自动无功功率补偿装置，补偿后功率因数在0.95以上。
1.3.4控制电源
低压系统为交流：220V
1.4用电负荷
本工程总设备容量为13100k W。其中690V用电设备容量为9500kW，380V用电设备容量为3600kW，总计算容量为9525kW(取kx=0.75)。
变压器负荷率为75%左右。
1.5负荷等级
下列设备用电为一级负荷：消防泵、消防水稳压泵、废液收集泵、车间内应急照明、检修箱电源，以及一级负荷中特别重要的负荷：锅炉本体及吹灰系统的电动阀门、DCS及仪表电源，88台长伸缩式吹灰器、圆盘阀、高压配电室应急照明，低压配电室及电缆夹层应急照明、消防值班室等。碱回收锅炉及电除尘的其他辅助用电设备为二级负荷，车间其他用电设备为三级负荷。
2电气设计选型
2.1主要变配电设备选型
(1)高压配电柜：因本工程地处高温高湿地区，且碱回收车间具有粉尘污染及腐蚀性环境，最终选用了西门子的六氟化硫高压配电柜。
(2)变压器：变压器采用油浸式变压器，35k V/0.69kV变压器4台，每台容量为3150kVA; 35kV/0.38kV—0.23kV变压器两台，每台容量为2500kVA。
(3)低压配电柜：经多方面考虑最终选用了西门子的抽屉式配电柜。
2.2电动机
2.2.1 电动机电压
380V:用于<315kW电动机l 690V:用于≥315kW电动机。
2.2.2控制方式
本工程所有电动机（使用变频器的除外）均使用电动机保护器和采用总线控制。
2.2.3电动机控制及保护
(1)根据工艺生产需要，所有电动机和电动阀门均由DCS控制，采用Profibus总线方式，正常运行时在DCS上均可开启或停止。
(2)为确保安全生产，下列电动机及电动阀除正常运行时DCS控制，同时还接受DCS的安全联锁控制，在采用Profibus总线控制的同时，另用一根控制线连接至DCS，作为安全联锁控制输出的DO，为下列设备紧急�；虻缍Ч乇眨旱缍谩⒐ぷ髦赜捅�、入炉黑液泵（位于蒸发工段）、一次风风机，低二次风风机、高二次风风机、三次风风机、碱炉给水关断阀、汽包紧急放水关断阀，下降管紧急放水关断阀，主蒸汽控制阀、生火放气开关阀。保证在紧急情况下受控设备能按要求动作，确保安全生产。
3、690V变频器柜的设计
3.1变频器的选用原则
(1)变频器的输出功率和电流选择必须等于或大干被驱动异步电机的功率和电流。由于变频器的过载能力没有电机过载能力强，一旦电机有过载，损坏的首先是变频器（如果变频器的�；すδ懿煌晟频幕埃虼艘蟊淦灯鞯亩疃ǖ缌鞅匦氲扔诨虼蟾傻缁疃ǖ缌�。
(2)变频器的型号应根据使用要求而作仔细考虑：
①基本考虑内容是使用环境条件、电网电压、负载大小及性质。
②环境温度长期较高，安装在通风冷却不良的机柜内时，会造成变频器寿命缩短。电子器件特别是电解电容等器件，在高于额定温度后，每升高10℃寿命会下降一半，因此环境温度应保持较低，除设置完善的通风冷却系统以保证变频器正常运行外，在选用上增大一个容量等级，以使额定运行时，温升有所下降是必要的。
③高海拔地区因空气密度降低，散热器不能达到额定散热效果，一般在1000m以上，每增加100m容量下降10%，必要时可加大容量等级，以免变频器过热。
④用于不同用途时，选择变频器的系列型号应作分析，对于一般用途变频器采用v/f为常数控制方式已可满足。
⑤使用不同场所对变频器的防护等级要作选择。
⑥对风机、水泵类负载，原来使用阀门，风门调节流量，当使用变频器调速控制流量时，就会带来大幅度节能。
(3)变频器在运行中均产生不同程度的谐波电压和电流，由于变频器输出的电压波形不是正弦，波形中含有大量的谐波成分，其中高次谐波会使变频器输出电流增大，造成电机绕组发热，效率降低，输出功率减小，产生振动和噪声，加速绝缘老化，还可能损坏电机；同时各种频率的谐波会向空间发射不同程序的无线电干扰，还可能导致其它设备误动作。因此，必须加装输出交流电抗器。
3.2本设计变频器选型
在本工程中工作电压为690V的电动机控制中心，共有4台3150kVA变压器，供所有690V低压设备的用电，其中3台分别专供3组变频器柜。本工程中3台电动给水泵和3台引风机，选用ABB传动公司生产的ACS800系列变频器。
电动机为：电动给水泵电动机：1250kW.引风机电
动机：800kW。
选用变频器型号为：
125 0kW ACS8 00 - 07-1740 -7+P 901+F 255+F260+H359+B054
800kW ACS800-07-1060-7+P901+F255+F260+H359+B054
一般使用的风机、水泵类，它们额定风量、水量都超过实际需要，又因工艺的需要，往往运行中要改变风量、水量，而目前多数采用挡板或阀门来调节的，虽然方法简单，但实质是人为增加阻力的办法。其输出功率大量的能源消耗在挡板、阀门的截流过程中，因此浪费大量电能，属不经济的调节方式。
3.3 变频调速节能装置的节能原理
3.3.1变频节能
由流体力学可知：功率P=流量Q×压力H
流量Q与转速N的一次方成正比，压力H与转速Ⅳ的平方成正比，功率P与转速N的立方成正比。如果水泵的效率一定，当要求调节流量下降时，转速Ⅳ可成比例的下降，而此时轴输出功率P成立方关系下降。即水泵电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系。例如：一台水泵电机功率为55kW，当转速下降到原转速的4/5时，其耗电量为28.16kW，省电48.8%；当转速下降到原转速的1／2时，其耗电量为6.875kW，省电87.5%。
3.3.2功率因数补偿节能
有功功率和无功功率的表示公式为：
P=Sxcos∮，o=sX sinQ (2)其中：S-视在功率；P一有功功率；Q一无功功率；cos0-功率因数。
可知cos∮越大，有功功率P越大，普通水泵电机的功率因数在0.6～0.7之间。使用变频调速装置后，由于变频器内部滤波电容的作用，coS∮一l，从而减少了无功损耗，增加了电网的有功功率。
3.3.3软启动节能
由于电机为直接启动或Y/D启动，启动电流等于(4—7)倍额定电流，这样会对机电设备和供电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。
3.4变频器选型说明
(1) ACS800-07-1740-7变频器容量为1740kVA，轻过载（如风机、水泵类负载）应用情况下，可适用于1400kW以下的电动机。由于变频器没有1250kW的功率档，所以选择上一档，即1400kW的变频器。所以本变频器的选型能够满足1250kW电动机（风机，水泵类负载）的使用要求。
(2) ACS800-07-1060-7变频器容量为1060kVA，轻过载（如风机、水泵类负载）应用情况下，可适用于800kW以下的电动机。所以本变频器的选型能够满足800kW电动机（风机，水泵类负载）的使用要求。
3.5变频器柜配置说明
变频器柜的组成，包括必需的电源开关、空气断路器、接触器及其控制、�；ぜ觳獾缙鞯�，变频器柜配备有足够冷却能力的风扇。变频器柜采取了抑制高次谐波的措施，产生的高次谐波的指标符合有关我国和IEC的现行标准。变频器均由DCS系统控制和检测。
(1)变频器配备了进线电抗器，能有效防止电源浪涌对功率元器件的冲击，提高变频器的功率因数，并且能明显减小进入电网的谐波，保证电网质量。
(2)变频器配备了快速熔断器，能使得在过流的情况下迅速熔断，及时�；け淦灯鞯墓β试�。
(3)变频器在出线侧配备了输出电抗器，能有效抑制逆变器输出电压尖峰和快速电压改变，这些尖峰和快速改变会对电机的绝缘造成冲击，所以输出电抗器可以�；さ缍木担映さ缁氖倜�。同时，输出电抗器还降低了电机电缆的容性漏电流、高频辐射、高频损耗和电机的轴承电流。
(4)变频器配备了共模滤波器，能降低电机轴承电流，�；さ缁闹岢胁槐坏缌鞲础�
(5)变频器柜在输出侧配备了一个标准的公共电机电缆出线柜，便于电机的接线。
(6)变频器柜标配了EMC滤波器，使得变频器能够达到国际要求的电磁兼容标准，保证变频器和周围设备的安全运行。
(7)变频器具有冗余功能，在单个逆变单元发生故障的时候能够降容使用，不至于停机而造成停产。
(8)变频器柜不需要也不能在变频器与电机之间连接补偿电容，因为在变频器的中间回路中已经有电容存在，电容能起到稳定直流电压的作用，同时也有滤波的作用，也能为电动机提供无功补偿，因此变频器柜不需要另加补偿电容。如果连接了补偿电容，会降低电机的控制精度，同时由于传动单元输出电压的快速变化，会引起变频器和补偿电容的永久性损坏。
总之，本工程设计和试车运行的顺利成功，为大型碱回收锅炉的设计积累了宝贵经验。大型碱回收锅炉因其规模大，所以任何电气故障导致的停炉，都会造成工厂巨大的经济损失。因此大型碱回收炉的电气设计必须保证供配电系统稳定、安全可靠的运行，便捷准确、安全可靠的控制。本电气设计均满足工艺要求，并在碱回收锅炉运行过程中没有发生任何电气故障，三门峡富通新能源可以根据用户的需求订做各种类型的高低压配电柜开关柜。
