除尘器

炼铁厂布袋除尘器无功补偿及效益分析

作者:广州新瑞环保    来源:www.xinruiep.com    发布时间:2019-02-15 13:41:09

摘要:在冶金钢铁企业中,无功补偿装置及技术已得到了越来越广泛的应用,并取得了良好的效果。以宝钢炼铁厂改造项目为背景介绍了无功补偿装置的工作原理、特点、应用及效益分析。

关键词:无功补偿;功率因数;节能

1背景

宝钢炼铁厂二号烧结机尾电除尘器需改为布袋除尘器,风机电机电功率将由原来的1500kW增加至2000kW。然而电网的实际运行能力已不能满足电机扩容的需求,需设法改善现有电网的运行情况。

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炼铁厂一、二烧结区域3kV电网由能源部3#、4#主变压器(10kV/3kV,20MVA供电),馈出线分别为烧31线(一烧结)、烧36线(二烧结)和烧34线(一、二烧结公用)。烧36线是烧34线的后备供电线路,一旦烧34线出现故障,将由烧36线供电。改造前3#、4#主变夏天的实际运行电流为3200~3400A,已接近额定电流3660A(其中,烧31线实际运行电流为2700~2900A,烧36线实际电流为2300~2600A,烧34线电流为600~800A)。改造前3kV系统状态不佳,已存在的问题主要有:(1)3kV电网电压偏低,平均约为2900V,在用电设备侧最严重时仅2600V左右;(2)平均功率因数偏低,约为0.75;(3)电缆运行外皮温度偏高,夏季最高可达62℃;(4)主变负荷率高,运行温度也偏高。

如采用无功补偿装置,将有效改善目前的运行情况。以下将进一步分析无功补偿装置的工作原理、补偿前与补偿后的方案比较、节能效益等。

2无功功率的影响及危害

(1)无功功率的增加,会导致电流增大和视在功率增加,从而使发电机、变压器及其他电气设备容量和导线容量增加。同时,电力用户的起动及控制设备、测量仪表的尺寸和规格也要加大。

(2)无功功率的增加,使总电流增大,因而使设备及线路的损耗增加。

(3)使线路及变压器的电压降增大,如果是冲击性无功功率负载,还会使电压产生剧烈波动,使供电质量严重降低。

3实施方案比较及无功补偿装置设置

3.1实施方案比较

在改造项目中使用电炉2000kW电机,有两种实施方案,其对比如表1所示。

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方案1:对3kV供电系统不进行任何变动,直接使用2000kW电机,则烧36线将增加约128A负载电流。

方案2:在使用2000kW电机的同时,对3kV系统进行提高电能质量的改造,即增加无功补偿装置,将功率因数从目前的0.75提高到0.9左右,能降低500~600A运行电流。

对两个方案进行综合分析,方案1虽然能减少项目投资,但增加了系统的运行风险,并进一步恶化了本来已不容乐观的现状,方案2虽增加了无功补偿设备的投资,但能较好地解决目前供电系统中存在的容量、电压、功率因数和电缆温度的问题,还有可观的节能降耗的效果(详见第4章“节能效益分析")。估最终决定采用方案2,即设置无功补偿装置。

3.2无功补偿装置设置

无功补偿采用集中补偿方式,即在3kV母线上安装无功补偿装置。考虑3kV母线负荷电流为2600A时,

Qc=αP30(tanφ1-tanφ2) 

=0.8×(3√3)×2.6×0.75×0.396=3.21MVA

式中,Qc--需要补偿的无功容量(kvar);P30--全企业的有功计算负荷;α--平均负荷系数,取0.7~0.8;

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tanφ1、tanφ2--补偿前、后的计算负荷功率因数角的正切值。

这里,功率因数tanφ1、tanφ2分别取0.75和0.9。

当母线电流为2000A时投入无功补偿,S=(√3)UI=(√3)×3×2=10.39MVA。

其中P=cosφ×S=0.75×10.39=7.79MW

Q=sinφ×S=(√1-0.752)×10.39=6.87MVA

投入补偿后Q'=6.87-3.21=3.66MVA

S=(√P2+Q2)=8.61MVA

cosφ'=P/S'=7.79/8.61=0.95

即补偿后,实际功率因数将提高至0.95。

该成套无功补偿装置主要由高压开关柜、电容器组、串联电抗器、避雷器、放电线圈和接地开关等组成,采用星形接线方式接线。采用星形接线时,除可以方便地实现外熔丝保护外,还可以构成不平衡电流保护、电压差动保护、中性点不平衡保护、零序电压保护等。使得继电保护更加完善,从而保证能及时切除电容器故障,避免事故扩大。电容器串联电抗器时,采用星形接线也比三角形接线方便。

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4节能效益分析

不计变压器和用电设备无功传递降耗,仅烧36线能节电约20万kWh/年,按每度电0.61元计,每年节约电费20x0.61=12.2万元。无功补偿装置投资较低,约20万元,预计大约20个月可以收回投资。

5结论

从实际应用效果来看,无功补偿装置是提高钢铁企业供电功率因数,减少供配电设备及输电线路电能损耗的有效措施。通过改造前后的对比分析可以看出,改造后不仅节约了可观的电费支出,而且改造的费用在节约的电费中能很快地回收。更为重要的是变压器等供电设备的供电能力也得到一定的提高,减少了供电系统扩容的可观费用,实现了良好的经济效益和社会效益。

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