電廠(chǎng)風(fēng)機節能研究與改造

第29卷第10期水利電力機械Vol. 29 No. 102007年10月WATER CONSERVANCY ELECTRIC POWER machineryOct,2007電廠(chǎng)風(fēng)機節能研究與改造Study on energy saving in power plant fan and its modification虞曉林(江蘇陽(yáng)光石莊熱電有限公司江蘇江陰21446)摘要:風(fēng)機是發(fā)電廠(chǎng)的主要耗電設備,針對國內外風(fēng)機在低負荷運行駛況下風(fēng)機效奉低、電量浪費大的問(wèn)題,分祈了風(fēng)機節能的必要性,比較各種節能方法后,選用變頻方耋對風(fēng)機進(jìn)行孜造,效果明顯。關(guān)鍵詞:風(fēng)杌;節能;變頻;改造中圖分類(lèi)號:TK223.26文獻標識碼:B文章編號:1006-6446(2007)10-0022-030引言量,鍋爐的容量又比汽輪機的出力大,汽輪機則必須大于發(fā)電機的出力,如此層層上升,使電廠(chǎng)的風(fēng)機出風(fēng)機是一種把原動(dòng)力的機械能轉換為氣體能量力比實(shí)際運行需要大20%~30%。有的還要考慮系的機械,以空氣為介質(zhì)來(lái)完成特定任務(wù),廣泛用于煤統阻力變化、設備磨損、漏隙、流量及壓力等對富裕炭、化工、電力及國防等部門(mén),是一種量大面廣、耗電量的影響,從而導致有的電廠(chǎng)風(fēng)機出力比實(shí)際需要多浪費嚴重、節能潛力巨大的通用流體機械。在火大30%以上,使運行效率大大降低,具體影響見(jiàn)力發(fā)電廠(chǎng)中,風(fēng)機種類(lèi)很多,如送風(fēng)機、引風(fēng)機、排粉表1風(fēng)機、一次風(fēng)機、煙氣再循環(huán)風(fēng)機及密封風(fēng)機等,都表1富裕風(fēng)量對風(fēng)機效率的影響是電廠(chǎng)重要的輔助設備其中送風(fēng)機和引風(fēng)機被譽(yù)風(fēng)疊(m3h)風(fēng)壓/kFa富裕度/%風(fēng)機效率/%為電廠(chǎng)的“呼吸系統”。傳統的風(fēng)機控制是全速運轉即不論生產(chǎn)工藝的需求大小,風(fēng)機都提供固定風(fēng)414000量,而生產(chǎn)工藝往往需要對爐膛壓力、風(fēng)速、風(fēng)量及0000溫度等指標進(jìn)行控制和調節,最常用的方法是通過(guò)調節風(fēng)門(mén)或擋板開(kāi)度的大小來(lái)調整受控對象,這樣1.2風(fēng)機定速運行,高效區窄就使得相當多的能量以風(fēng)門(mén)、擋板的截流損失消耗由于電力系統調峰,發(fā)電廠(chǎng)的負荷一般處于變掉了。其耗電量占全國總發(fā)電量的10.4%,眾多通動(dòng)狀態(tài),特別是某些承擔調峰運行的發(fā)電機組,其負風(fēng)系統運行效率僅為45%~50%,由此可見(jiàn),提高風(fēng)機的效率有利于電廠(chǎng)的經(jīng)濟運行。荷變化的幅度較大,有的可從100%負荷降到60%,甚至更低。與其配套的風(fēng)機應相應調整,使其滿(mǎn)足1發(fā)電廠(chǎng)風(fēng)機耗能分析主機需要。由于風(fēng)機大多采取定速運行,其負荷不1.1富裕容量大便調節,一般都采取調節擋風(fēng)板或閥門(mén)的開(kāi)度來(lái)控發(fā)電廠(chǎng)內風(fēng)機是按照鍋爐、汽輪機最大負荷進(jìn)制流量和壓力造成很大的節流損失浪費大量能行選配的。從安全運行角度出發(fā),一般把風(fēng)機的容源。電廠(chǎng)大多數風(fēng)機設備效率曲線(xiàn)的高效區較窄,量選得比主機大一些,如風(fēng)機的出力必須在通風(fēng)系加上富裕量大,使其不能在設計的額定工況下運行,H統最大流量和阻力的基礎上增加%-10%的富裕如遇中國煤化工駕高效運行區,效收稿日期:2007-07-16CNMHG作者滴介:虞曉林(1971-),男江蘇江陰人,江蘇陽(yáng)光石莊熱電有限公司工程師從事電廠(chǎng)節能改造方面的工作第29卷第10期虞曉林:電廠(chǎng)風(fēng)杋節能研究與改造率下降很多。據調查,大約有50%的風(fēng)機實(shí)際運行的標準工作點(diǎn)A變到新的工作點(diǎn)B運行。此時(shí),風(fēng)效率低于70%。壓增加軸功率P2與面積Bp2Oqn成正比2風(fēng)機節能特性分析如果采用變頻器控制方式,風(fēng)機轉速由n1降到n2,在滿(mǎn)足c3Oqn不變的情況下,風(fēng)機風(fēng)壓P3大幅風(fēng)機電動(dòng)機輸出的軸功率為度降低,軸功率P3與面積Cp3Oqm2成正比,軸功率P3與P1,P2相比較將顯著(zhù)減小,節省的功率損耗△P與面積B2P2C成正比,節能的效果非常明顯。式中:P——風(fēng)機軸功率kWP一風(fēng)句變頻調速前面分析了改變風(fēng)機轉速調節工況的優(yōu)越性。1一風(fēng)機效率;實(shí)現風(fēng)機轉速的改變有很多途徑,過(guò)去主要采用機傳動(dòng)機效率。械方法。目前,中小型風(fēng)機大都采用電動(dòng)機直聯(lián)傳風(fēng)機電動(dòng)機的軸功率P與其風(fēng)量q、風(fēng)壓p之動(dòng),所以,可通過(guò)改變電動(dòng)機轉速來(lái)改變風(fēng)機的轉間的關(guān)系為速。電動(dòng)機的轉速由下式?jīng)Q定P∝60f/P當電動(dòng)機的轉速由n1變化到m2時(shí),風(fēng)量由qv式中:n—電機同步轉速,/min;變?yōu)閝v,其中,qv,P,P與轉速的關(guān)系為一電源頻率,Hz;9v= 9vi(n2/n,)P—電機磁極對數。P2=P1(n2/n1)2由上式可知,改變電源頻率或磁極對數,都可以P2=P1(m2m1)3改變電機轉速。由上面幾個(gè)公式可以看出,風(fēng)機的風(fēng)量與風(fēng)機3.1變頻調速的工作原理電動(dòng)機的轉速成正比,風(fēng)壓與轉速的平方成正比,風(fēng)變頻調速通過(guò)改變電動(dòng)機供電電源的頻率,以改機的軸功率等于風(fēng)量與風(fēng)壓的乘積,即風(fēng)機的軸功變旋轉磁場(chǎng)的旋轉速度從而使電動(dòng)機的轉速得到改率與電動(dòng)機轉速的3次方成正比。變。該種調速方法的主要優(yōu)點(diǎn)是調速范圍廣、精度圖1是風(fēng)機的流量q和風(fēng)壓p的關(guān)系曲線(xiàn),曲高、效率好能實(shí)現連續無(wú)級調速,便于自動(dòng)控制線(xiàn)1為風(fēng)機在轉速n1下風(fēng)壓-流量(P-q)的特從風(fēng)機負載特性可看出,風(fēng)機的機械特性具有性;曲線(xiàn)5為轉速n2下風(fēng)壓-流量的特性曲線(xiàn);曲二次方律特征,即轉矩與轉速的二次方成正比例變線(xiàn)2為在轉速m1下的功率-流量(P-q)的特性;化。在低速時(shí)由于流體的流速低所以負載的轉矩曲線(xiàn)3、曲線(xiàn)4為管阻特性曲線(xiàn)。假設風(fēng)機在標準很小,隨著(zhù)電動(dòng)機轉速的增加,流速加快,負載轉矩工作點(diǎn)A的效率最高,輸出流量為100%時(shí),此時(shí),和功率越來(lái)越大。負載轉矩T和轉速n之間的關(guān)軸功率P1與面積Ap1Oqm成正比系可用下式表示根據負載的機械功率PL和轉矩T、轉速n之間的關(guān)系,有P=Tn19550。則功率P和轉速n之間的關(guān)系PL=Po +Kanto其中,T,P。為常數;PL,TL分別為負載的機械功率和負載轉矩;Kr,Kp分別為二次方律負載的轉矩常數和功率常數。因此,當被控對象所需風(fēng)量減小中國煤化工速n1,會(huì )使電動(dòng)機圖1風(fēng)機變頻節能原理圖CNMHG當流量從qn減小到q2時(shí),如果采用調節閥門(mén)3.2風(fēng)機運行方式的選擇方法使管阻特性從曲線(xiàn)3變成曲線(xiàn)4,系統由原來(lái)風(fēng)機在低速運行時(shí),阻轉矩很小,不存在低水利電力機械2007年10月頻時(shí)帶不動(dòng)負載的問(wèn)題,故變頻器的運行控制方式從主流母線(xiàn)上取電,接收主控系統發(fā)送的PWM信采用Ⅴ/F控制方式。從節能的角度考慮,v/F線(xiàn)可號并通過(guò)控制GBT的工作狀態(tài),輸出PwM電壓選最低的?，F在許多生產(chǎn)廠(chǎng)家都生產(chǎn)有廉價(jià)的風(fēng)機波形專(zhuān)用變頻器,可以擇用。關(guān)于V/F線(xiàn)可選最低的理變頻器用于電廠(chǎng)風(fēng)機上的原理圖如圖4所示。由如下所述。6kV50H母線(xiàn)如圖2所示,曲線(xiàn)0是風(fēng)機二次方律機械特性曲線(xiàn),曲線(xiàn)1為電動(dòng)機在V/F控制方式下轉矩補償為0時(shí)的有效負載線(xiàn)。當轉速為n,時(shí),對應于曲線(xiàn)0的負載轉矩為T(mén),對應于曲線(xiàn)1的有效轉矩為T(mén)。因此,在低頻運行時(shí),電動(dòng)機的轉矩與負載轉矩相比,具有較大的余量。為了節能變頻器設置了若干低減Ⅴ/F線(xiàn),其有效轉矩線(xiàn)如曲線(xiàn)2和曲線(xiàn)3變頻器所示圖4變頻器在風(fēng)機上的應用原理4改造效益分析通過(guò)改造實(shí)踐,變頻運行后,某電廠(chǎng)燃煤機上2臺吸風(fēng)機的功率消耗由原來(lái)的800~1200kW變?yōu)?00~700kW,按全年運行7000h的統計,使用2臺圖2風(fēng)機機械特性和有效負載曲線(xiàn)高壓變頻調速吸風(fēng)機與2臺定速傳動(dòng)吸風(fēng)機相比3.3變頻器功率單元及運用較,全年約可節電2671385kW·h。機組參與調峰功率單元主要由輸入熔斷器、三相全橋式整流增多,節電效果隨之增加按電廠(chǎng)所有風(fēng)機改造后計器預充電回路電容器組、GBT逆變橋、直流母線(xiàn)算該廠(chǎng)用電率由改造前的16%降低至09%,在和旁通回路構成,同時(shí)還包括電源驅動(dòng)保護監測發(fā)電機負荷為10,0MW負荷下電機運行電流及通訊等組件組成的控制電路。各功率單元具有完分別為70A,50A(電機的額定功率為8ow,額定全相同的結構,有互換性,單元結構如圖3所示。電流為93.4A,額定轉速為740r/min),經(jīng)過(guò)比較改功能單元由移相變壓器的一組副邊供電通過(guò)造前后的月耗電量(每月按86%負荷率計算),每月三相全橋整流器將交流輸入整流為直流并將能量總節電量大約為25萬(wàn)kW·h,比改造前節電49%,儲存在電容組中?？刂撇糠滞ㄟ^(guò)冗余設計的電源板按照年節電量來(lái)算1年約為300萬(wàn)kW·h,年節電量可達往年的35%~55%。采用了高壓變頻器調速,風(fēng)機的轉速穩定,與傳感器配合可構成恒壓閉環(huán)控制系統,保證系統風(fēng)壓恒定,從而保證系統的安全和穩定運行;同時(shí),風(fēng)機降速運中國煤化工電機啟動(dòng)時(shí),在額CNMHG除了直接啟動(dòng)時(shí)旦大電M力對電機的損壞和對設圖3功率單元結構圖備的沖擊,延長(cháng)(下轉第27頁(yè))第29卷笫10期張新春:超超臨界汽輪機汽水品質(zhì)控制探討濃度將增加,為了避免鐵的氧化物在葉片上堆積或產(chǎn)(4)控制給水含氧量。對于爐前系統腐蝕產(chǎn)物生其他方式的腐蝕在啟動(dòng)前鐵的總質(zhì)量濃度應低于控制方法,國內外毫無(wú)例外地首推給水加氧處理50g/kg。測量鐵含量通常采取實(shí)驗室分析的方法。(OT)技術(shù)。加氧處理是利用純水中溶解氧對金屬(5)銅離子。銅的總質(zhì)量濃度和鐵一樣表示了的鈍化作用,使給水系統金屬表面形成致密的保護腐蝕的狀況,而沉淀物中的銅還將激發(fā)另外的腐蝕。性氧化膜,達到熱力系統防腐防垢的最佳效果。目銅也會(huì )在汽輪機進(jìn)口葉片上堆積降低效率。如果前,國外已經(jīng)投運的超超臨界機組的給水處理均采給水加熱系統和凝汽器中沒(méi)有采用銅,不需檢測銅·用加氧處理,國內超臨界機組也幾乎全部采用了給的質(zhì)量濃度。如果將銅合金改換為全鋼系統,銅必水加氧處理工藝,均取得了良好的效果須進(jìn)行監測,直到確認所有的銅在系統中已不存在5)加強機組停用期間的熱力系統保護。停用為止。銅一般采取在實(shí)驗室分析的方法腐蝕的控制對減少沉積物是非常必要的。不能將其(6)給水pH值。給水處理系統對水質(zhì)的pH作為臨時(shí)措施,應作為必備的配套設備,在設計時(shí)就值要求較高,為減少汽水系統的腐蝕,理想的pH值應考慮進(jìn)去例如完整的充氮保護系統、干風(fēng)系統和應該大于9.6。保護液加藥系統等,以滿(mǎn)足機組不同的停備用周期3提高超超臨界汽輪機汽水品質(zhì)的措施的保護。(6)加強超超臨界汽輪機部件化學(xué)監督。定期(1)提高汽水系統清潔度。在機組安裝過(guò)程檢查中,檢查汽輪機由于雜質(zhì)沉積引起的損害按要中,嚴格控制安裝工藝,全部汽水管道進(jìn)行噴砂處理求進(jìn)行維護和檢修。主要包括清理汽缸內表面的沉和蒸汽吹掃,焊接采用氬弧焊打底,作好防止異物進(jìn)積物,檢查轉子沒(méi)有附著(zhù)雜質(zhì),檢查噴嘴根部間隔的入的工作;擴大爐前系統及鍋爐化學(xué)清洗的范圍,優(yōu)雜質(zhì)沉積、隔板焊接坡口和彈簧片等?；逑垂に?提高清洗效果;認真進(jìn)行鍋爐吹管方案和輔助系統吹掃方案的制定和落實(shí)保證汽水系統4結束語(yǔ)的清潔度。掌握蒸汽超超臨界狀態(tài)下的特性,提髙汽水品(2)汽水管道選材。對于超超臨界汽輪機來(lái)質(zhì),改善汽輪機的運營(yíng)水平,是我國發(fā)展超超臨界火講,在汽水系統管材選擇時(shí)應盡量避免采用銅合金,電機組需要突破的關(guān)鍵技術(shù)。隨著(zhù)代表我國火力發(fā)以減少銅腐蝕;低加和除氧器及水箱內壁盡量采用電技術(shù)最高水平的首批百萬(wàn)千萬(wàn)等級超超臨界機組襯有不銹鋼的內襯;汽輪機低壓段葉片應采用抗腐于2006年底的相繼投產(chǎn),在探討超超臨界機組汽水蝕性能更好的材料。品質(zhì)控制的進(jìn)程中,又向前邁了一大步,但與國際發(fā)(3)嚴格控制凝結水精處理系統的出水品質(zhì)。達國家的水平還差距較大。今后,國內有潛力的科在配置凝結水精處理裝置時(shí),應充分考慮對鈉離子、研院所應以當前正在運行的超超臨界機組為依托鐵離子的去除效果。凝結水給水可通過(guò)加氨的方深入研究提高蒸汽品質(zhì)的方式方法,獲得快速準確式,使給水pH值從一般有銅系統控制的88~93的監測手段,以促進(jìn)當前電力建設的發(fā)展。提高至9.6理想值,降低水系統的鐵腐蝕。(編輯:劉芳)(上接第24頁(yè))了電機和風(fēng)機以及閥門(mén)的使用壽命。20035結束語(yǔ)[2]馮垛生變頻器的應用與維修[M〕.廣州:華南理工大學(xué)出版社,2001在電廠(chǎng)風(fēng)機上進(jìn)行變頻器改造及應用,有一定的經(jīng)濟效益和廣泛的社會(huì )效益并且在技術(shù)上也是可行[3]王廷才李曉緩變頻調速技術(shù)在風(fēng)機上的應用刀漯河職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2005,4(1):1~4.的。風(fēng)機設備采用變潁調速技術(shù)是一種理想的調速控提高了設備效率減少了設備維護維修費用較好地兵李芳芹變頻技術(shù)在泵與風(fēng)機系統中應用的節[4]趙制方式不僅具有顯著(zhù)的節電效果,而且方便了操作,分析[門(mén)實(shí)用節能技術(shù),2004,(5):152-154燕宰,變頻邇諫應用實(shí)踐「M1.北京:機械工業(yè)出版滿(mǎn)足了生產(chǎn)工藝要求,經(jīng)濟效益十分明顯中國煤化工參考文獻:[6CNMHG用綜述[煤礦[1]石秋潔變頻器應用基礎[M]北京:機械工業(yè)出版社,(編輯:白銀雷)