國內(nèi)發(fā)電廠離心通風(fēng)機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀與經(jīng)濟(jì)分析

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簡介：闡述了電廠離心通風(fēng)機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀，并根據(jù)流量調(diào)節(jié)用的幾種調(diào)速裝置的特點，對它們進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性分析，進(jìn)一步指出了其節(jié)能的措施和最佳節(jié)能方法。

　　1 引言

　　我國能源 發(fā)展的戰(zhàn)略方針是：開發(fā)與節(jié)能并重。而近期則要把節(jié)能放在首位。這就要求發(fā)電廠在生產(chǎn)二次能源的過程中，要積極采取一切有效的措施，以降低自身的電力消 耗。風(fēng)機(jī)是電廠運行的主要設(shè)備，其耗電量約占電廠用電量的30%.隨著用電量的不斷增長和能源問題的出現(xiàn)，電廠風(fēng)機(jī)運行的經(jīng)濟(jì)性越來越為人們所重視。因 此，世界各國都在研究降低風(fēng)機(jī)電耗的方法。

　　降低風(fēng)機(jī)電耗，主要是研究設(shè)計高效率的風(fēng)機(jī)和采用最佳的流量調(diào)節(jié)方式。根據(jù)我國風(fēng)機(jī)產(chǎn)品的實際情況和電廠風(fēng)機(jī)的運行特點，風(fēng)機(jī)節(jié)能應(yīng)重點放在采用最佳的流量調(diào)節(jié)方式上。

　　2 電廠離心通風(fēng)機(jī)應(yīng)用現(xiàn)狀

　　目前我國電廠所使用的風(fēng)機(jī)，特別是近年來新投產(chǎn)的大機(jī)組中的風(fēng)機(jī)，大多數(shù)采用了高效離心通風(fēng)機(jī)，其最高效率均在 80%以上。但實際運行效率并不高，原因有二：首先，我國現(xiàn)行火力設(shè)計規(guī)程SDJ-79規(guī)定，燃煤鍋爐送、引風(fēng)機(jī)的風(fēng)量富裕度分別為5%和5%～10%， 風(fēng)壓富裕度為10%和10%～15%.由于在設(shè)計過程中很難準(zhǔn)確地計算出管網(wǎng)阻力，并考慮到長期運行過程中可能發(fā)生的各種問題，通常把系統(tǒng)的最大風(fēng)量和風(fēng) 壓附加一部分作為風(fēng)機(jī)選型的設(shè)計值。但可供選擇的風(fēng)機(jī)型號和系列是有限的，如果選不到合適的風(fēng)機(jī)，也只好往大機(jī)號上靠。實際上，電廠鍋爐送、引風(fēng)機(jī)風(fēng)量的 富裕度達(dá)20%～30%是比較常見的，甚至更大。例如，閔行電廠8號爐，其送、引風(fēng)機(jī)的風(fēng)量富裕度分別為31%和7.3%，風(fēng)壓富裕度分別為67.8%和 48.4%；華東電網(wǎng)（蘇、皖、滬）10家電廠12.5萬kW以上機(jī)組共用離心通風(fēng)機(jī)76臺（進(jìn)行了葉輪切割和改型的有36臺），設(shè)計點的效率都在81% ～85%之間（帶進(jìn)氣室），其中已測試了41臺，效率大于70%的只有15臺，低于70%的有26臺，占被測風(fēng)機(jī)的60%以上。這些風(fēng)機(jī)的導(dǎo)向擋板開度大 都在35%～60%；其次，隨著電網(wǎng)容量的不斷增大，大機(jī)組面臨參加調(diào)峰的問題，對于參加調(diào)峰的機(jī)組來說，與鍋爐配套的送、引風(fēng)機(jī)還需周期性地在較長時間 內(nèi)處于更低的負(fù)荷下運行，造成大量節(jié)流損失。例如：北京石景山發(fā)電總廠京西電廠20萬kW機(jī)組有近1/3的時間帶10萬kW的負(fù)荷。

　　電廠鍋爐用風(fēng)機(jī)風(fēng)量與風(fēng)壓的富裕量以及機(jī)組調(diào)峰運行導(dǎo)致風(fēng)機(jī)的運行工況點與設(shè)計工況點相偏離，致使電廠鍋爐用風(fēng)機(jī)的使用效率低于其最高效率。即使采用了 高效風(fēng)機(jī)，運行狀況調(diào)查表明，風(fēng)機(jī)運行效率低于 70%的占50%，即高效風(fēng)機(jī)低效運行。通常情況下，風(fēng)機(jī)采用自帶調(diào)節(jié)門調(diào)節(jié)，但采用調(diào)節(jié)門調(diào)節(jié)時，風(fēng)機(jī)的效率會下降。為了降低電廠風(fēng)機(jī)的電耗，主要應(yīng)提 高風(fēng)機(jī)在低負(fù)荷時的運行效率，采用最佳的風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)方式，以達(dá)到節(jié)能的目的。

　　3、經(jīng)濟(jì)性分析

　　鑒于我國電廠風(fēng)機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀，研究設(shè)計高效率的風(fēng)機(jī)，再大幅度地提高風(fēng)機(jī)本身的效率已不大可能。目前，研究和應(yīng)用最佳的風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)方式才是降低風(fēng)機(jī)電耗的最有效途徑。

　　風(fēng)機(jī)的耗電量與轉(zhuǎn)速的立方成正比。一旦風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降低，其耗電量將以其立方的比例降低。例如：根據(jù)工藝要求，風(fēng)機(jī)的風(fēng)量下降到 80% 則風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也下降到80% ，其風(fēng)機(jī)軸功率則下降到額定功率的51% ；若風(fēng)機(jī)的風(fēng)量下降到50%，則風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也下降到50% ，其風(fēng)機(jī)軸功率則下降到額定功率的l3% ，節(jié)電87% ；從節(jié)能角度看，以風(fēng)機(jī)調(diào)速最為有利，調(diào)節(jié)范圍最大，其經(jīng)濟(jì)性能也最佳。同時，采用變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)后，可以降低風(fēng)機(jī)的噪聲，減輕引風(fēng)機(jī)葉輪的磨損，延長葉輪的 使用壽命。所以，電廠風(fēng)機(jī)的節(jié)能重點應(yīng)放在風(fēng)機(jī)的變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)上。風(fēng)機(jī)變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，需要通過變速裝置來實現(xiàn)。這里簡單介紹離心通風(fēng)機(jī)的變速調(diào)節(jié)方式并粗略的 進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析與比較。

　　3.1 經(jīng)濟(jì)性評價方法

　　采用“將來費用折算現(xiàn)值”的方法，對電廠離心通風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)方案進(jìn)行 經(jīng)濟(jì)性評價。所謂“將來費用折算現(xiàn)值”是指購買附加設(shè)備費、安裝費以及維持風(fēng)機(jī)和附加設(shè)備在全部使用壽命期間運行所需的運行費、維修費的折算現(xiàn)值?？偓F(xiàn)值 最低的方案為最優(yōu)方案。“將來費用折算現(xiàn)值”法，能比較全面而準(zhǔn)確地反映各方案經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)劣，在電廠風(fēng)機(jī)改造時可作為主要的參考依據(jù)。將來費用折算現(xiàn)值的 計算公式為 F = T · T E + T ·（ H D × D F + W X ）· Y式中 F ——將來費用現(xiàn)值，萬元T ——風(fēng)機(jī)臺數(shù)T E ——風(fēng)機(jī)和附加裝置的總投資，萬元H D ——系統(tǒng)年耗電量，萬kW·h/a D F ——電費，元/kW·h W X ——風(fēng)機(jī)和附加設(shè)備的年維修費，萬元/a Y ——使用壽命，a

　　3.2 離心通風(fēng)機(jī)幾種調(diào)速裝置的特點

　　離心通風(fēng)機(jī)調(diào)速裝置有：液力耦合器、電磁滑差調(diào)速電機(jī)、雙速電機(jī)、晶閘管串級調(diào)速裝置及變頻調(diào)速裝置。

　　液力耦合器是利用液體的動能來傳遞功率的一種動力式傳動設(shè)備。安裝在電動機(jī)和風(fēng)機(jī)之間，可以在電動機(jī)轉(zhuǎn)速不變的情況下，實現(xiàn)無級變速來改變風(fēng)機(jī)的特性曲 線和電動機(jī)的空載啟動。但液力耦合器在調(diào)速的過程中，存在著固有的滑差功率損失，所以傳動效率較低。液力耦合器裝置技術(shù)上比較成熟，在電廠風(fēng)機(jī)中應(yīng)用也較 多，并取得了一定的節(jié)電效果，但不能盲目使用。經(jīng)過調(diào)查得出，若風(fēng)機(jī)的富裕量不是太大，那么節(jié)電效果就不明顯；若在鍋爐帶額定負(fù)荷時采用液力耦合器，不但 不能省電，甚至還多耗電。

　　電磁滑差調(diào)速電機(jī)能實現(xiàn)無級變速，速度調(diào)節(jié)平滑，無失控區(qū)能空載調(diào)速，轉(zhuǎn)速變化率??；其控制設(shè)備也簡單，初投資低，維護(hù)方便，節(jié)電效果明顯。但在調(diào)速時其轉(zhuǎn)差功率會以發(fā)熱形式損耗掉，所以經(jīng)濟(jì)效益較低。

　　雙速電機(jī)是采用單繞組變極方法實現(xiàn)速度變換的，初投資低，使用時能使整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，可降低噪聲和節(jié)約能源，維護(hù)也簡單。但低速時的啟動力矩小，往往需先在高速下啟動，然后再切換到低速運行。運行人員不敢在運行中進(jìn)行變速操作，開關(guān)的可靠性也差。

　　晶閘管串級調(diào)速就是在轉(zhuǎn)子繞組回路中串接一個反電勢，通過改變轉(zhuǎn)差率來調(diào)節(jié)繞線式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速的一種調(diào)節(jié)方法，該裝置不僅可以對電機(jī)進(jìn)行無級變速，而且 在調(diào)速時還可將轉(zhuǎn)差功率轉(zhuǎn)化為機(jī)械能加到負(fù)載，或轉(zhuǎn)化為電能返回電網(wǎng)，因而系統(tǒng)效率較高。該裝置的初投資較高，調(diào)速裝置需進(jìn)行維護(hù)，還得采用繞線式電機(jī)， 增加了維修工作量。

　　變頻調(diào)速是交流電動機(jī)調(diào)速的最新技術(shù)，是通過改變定子的供電電源頻率來改變旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速，從而改變轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。對于交流電動機(jī)，轉(zhuǎn)速n與頻率f成 正比，所以，連續(xù)調(diào)節(jié)電動機(jī)的頻率能改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，鼠籠式三相異步電動機(jī)采用變頻方法可以實現(xiàn)無級變速。調(diào)節(jié)效率高、調(diào)速范圍大（電機(jī)可在0% ～100%頻率轉(zhuǎn)速下運行），與其他調(diào)節(jié)裝置相比，性能最佳。當(dāng)調(diào)速范圍在同步轉(zhuǎn)速的30%以上時，裝置本身的效率不低于90%.變頻調(diào)速不存在勵磁滑差 損耗和擋板、閥門節(jié)流功率損耗，不存在轉(zhuǎn)差損耗，因此節(jié)能效果良好。

　　3.3幾種變速調(diào)節(jié)的經(jīng)濟(jì)性分析比較

　　在對某電廠一臺鍋爐引風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造設(shè)計時，采用“將來費用 折算現(xiàn)值”法，對幾種調(diào)節(jié)方式的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了比較分析，結(jié)果見表 1.

　　表 1 幾種調(diào)節(jié)方式的經(jīng)濟(jì)性比較

　　
　　注 ： 效率值即風(fēng)機(jī)的系統(tǒng)效率=風(fēng)機(jī)效率×電動機(jī)效率×變速調(diào)節(jié)裝置效率。

　　表中的節(jié)電量是年安全運行 7000h，風(fēng)機(jī)風(fēng)量富裕量為10%計算的，負(fù)荷分別為100%、90%、80%和70%負(fù)荷的各為1/6時間，其余的時間為60%的負(fù)荷，電價按0.5元/kW·h計算。將來費用折算現(xiàn)值的計算公式： F = T · T E + T ·（ H D × D F + W X ）· Y .表中風(fēng)機(jī)和附加設(shè)備的年維修費按投資的 1.4%來計算，使用壽命為20年。

　　由表1可見，3種交流變速裝置均可取得顯著的節(jié)電效果，其中變頻調(diào)速效果最佳，但變頻調(diào)速裝置費用較高，其綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)——將來費用折算現(xiàn)值不及雙速電 機(jī)和串級調(diào)速的低，將來費用折算現(xiàn)值越低就越說明該方案比較可行。研究降低變頻調(diào)速裝置費用的方法，使變頻調(diào)速在風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)中得以推廣使用，從而節(jié)約更多的 電力資源。

　　變頻調(diào)速裝置還可以實現(xiàn)交流電機(jī)的“軟啟動”，降低了啟動電流，避免了大啟動電流對電網(wǎng)的沖擊和大啟動力矩對電動機(jī)的機(jī) 械沖擊。電廠鍋爐引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)長期在熱態(tài)下工作，其工作介質(zhì)溫度200℃左右，往往在冷態(tài)下啟動，這樣啟動時的功率要比運行時大得多。一般情況下，在 設(shè)計風(fēng)機(jī)時選用電機(jī)容量大于或等于熱態(tài)參數(shù)選擇電機(jī)容量的1.3倍。如北京石景山電廠20萬kW機(jī)組配有5臺相同的一次風(fēng)機(jī)，熱態(tài)下的驅(qū)動功率僅需 380kW，原選用驅(qū)動電機(jī)500kW，現(xiàn)場啟動時間30～40s，后把驅(qū)動電機(jī)改為850kW.采用 變頻調(diào)速裝置，利用該裝置的特點，只需按風(fēng)機(jī)熱態(tài)參數(shù)選擇驅(qū)動電機(jī)容量就可以了，體現(xiàn)了明顯的節(jié)能效果。

　　4 結(jié)論

　?。?） 常年帶負(fù)荷具有一定出力余量的電廠鍋爐離心通風(fēng)機(jī)，特別是調(diào)峰機(jī)組的風(fēng)機(jī)，采用變速調(diào)節(jié)經(jīng)濟(jì)效益是值得肯定的。以選用效率高、性能好和節(jié)電效果好的變頻調(diào) 速裝置最好；變頻調(diào)速技術(shù)用于風(fēng)機(jī)控制能獲得良好的運行性能和顯著的節(jié)能效果。隨著電力電子技術(shù)、計算機(jī)控制技術(shù)的提高，變頻調(diào)速技術(shù)將會得到廣泛的應(yīng) 用。

　?。?）采用何種變速調(diào)節(jié)方式才能最大程度的節(jié)能，這需要具體問題具體分析來解決。電廠生產(chǎn)的重要性和特殊性要求風(fēng)機(jī)的調(diào)速裝置不僅 要有良好的經(jīng)濟(jì)效益，而且要有足夠的安全可靠性。要進(jìn)一步深入開展電廠離心通風(fēng)機(jī)變速調(diào)節(jié)研究，先要通過實驗室的試驗研究，選出適合不同負(fù)荷類型的最佳調(diào) 節(jié)方案，再通過工業(yè)性試驗，考察其安全可靠性和經(jīng)濟(jì)性，進(jìn)而完善調(diào)節(jié)系統(tǒng)，解決其對整體系統(tǒng)帶來的附加問題，使之能在電廠中廣泛采用，達(dá)到節(jié)電節(jié)能的目 的。

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