电厂风机节能研究与改造

第29卷第10期水利电力机械Vol. 29 No. 102007年10月WATER CONSERVANCY ELECTRIC POWER machineryOct,2007电厂风机节能研究与改造Study on energy saving in power plant fan and its modification虞晓林(江苏阳光石庄热电有限公司江苏江阴21446)摘要:风机是发电厂的主要耗电设备,针对国内外风机在低负荷运行驶况下风机效奉低、电量浪费大的问题,分祈了风机节能的必要性,比较各种节能方法后,选用变频方耋对风机进行孜造,效果明显。关键词:风杌;节能;变频;改造中图分类号:TK223.26文献标识码:B文章编号:1006-6446(2007)10-0022-030引言量,锅炉的容量又比汽轮机的出力大,汽轮机则必须大于发电机的出力,如此层层上升,使电厂的风机出风机是一种把原动力的机械能转换为气体能量力比实际运行需要大20%~30%。有的还要考虑系的机械,以空气为介质来完成特定任务,广泛用于煤统阻力变化、设备磨损、漏隙、流量及压力等对富裕炭、化工、电力及国防等部门,是一种量大面广、耗电量的影响,从而导致有的电厂风机出力比实际需要多浪费严重、节能潜力巨大的通用流体机械。在火大30%以上,使运行效率大大降低,具体影响见力发电厂中,风机种类很多,如送风机、引风机、排粉表1风机、一次风机、烟气再循环风机及密封风机等,都表1富裕风量对风机效率的影响是电厂重要的辅助设备其中送风机和引风机被誉风疊(m3h)风压/kFa富裕度/%风机效率/%为电厂的“呼吸系统”。传统的风机控制是全速运转即不论生产工艺的需求大小,风机都提供固定风414000量,而生产工艺往往需要对炉膛压力、风速、风量及0000温度等指标进行控制和调节,最常用的方法是通过调节风门或挡板开度的大小来调整受控对象,这样1.2风机定速运行,高效区窄就使得相当多的能量以风门、挡板的截流损失消耗由于电力系统调峰,发电厂的负荷一般处于变掉了。其耗电量占全国总发电量的10.4%,众多通动状态,特别是某些承担调峰运行的发电机组,其负风系统运行效率仅为45%~50%,由此可见,提高风机的效率有利于电厂的经济运行。荷变化的幅度较大,有的可从100%负荷降到60%,甚至更低。与其配套的风机应相应调整,使其满足1发电厂风机耗能分析主机需要。由于风机大多采取定速运行,其负荷不1.1富裕容量大便调节,一般都采取调节挡风板或阀门的开度来控发电厂内风机是按照锅炉、汽轮机最大负荷进制流量和压力造成很大的节流损失浪费大量能行选配的。从安全运行角度出发,一般把风机的容源。电厂大多数风机设备效率曲线的高效区较窄,量选得比主机大一些,如风机的出力必须在通风系加上富裕量大,使其不能在设计的额定工况下运行,H统最大流量和阻力的基础上增加%-10%的富裕如遇中国煤化工驾高效运行区,效收稿日期:2007-07-16CNMHG作者滴介:虞晓林(1971-),男江苏江阴人,江苏阳光石庄热电有限公司工程师从事电厂节能改造方面的工作第29卷第10期虞晓林:电厂风杋节能研究与改造率下降很多。据调查,大约有50%的风机实际运行的标准工作点A变到新的工作点B运行。此时,风效率低于70%。压增加轴功率P2与面积Bp2Oqn成正比2风机节能特性分析如果采用变频器控制方式,风机转速由n1降到n2,在满足c3Oqn不变的情况下,风机风压P3大幅风机电动机输出的轴功率为度降低,轴功率P3与面积Cp3Oqm2成正比,轴功率P3与P1,P2相比较将显著减小,节省的功率损耗△P与面积B2P2C成正比,节能的效果非常明显。式中:P——风机轴功率kWP一风句变频调速前面分析了改变风机转速调节工况的优越性。1一风机效率;实现风机转速的改变有很多途径,过去主要采用机传动机效率。械方法。目前,中小型风机大都采用电动机直联传风机电动机的轴功率P与其风量q、风压p之动,所以,可通过改变电动机转速来改变风机的转间的关系为速。电动机的转速由下式决定P∝60f/P当电动机的转速由n1变化到m2时,风量由qv式中:n—电机同步转速,/min;变为qv,其中,qv,P,P与转速的关系为一电源频率,Hz;9v= 9vi(n2/n,)P—电机磁极对数。P2=P1(n2/n1)2由上式可知,改变电源频率或磁极对数,都可以P2=P1(m2m1)3改变电机转速。由上面几个公式可以看出,风机的风量与风机3.1变频调速的工作原理电动机的转速成正比,风压与转速的平方成正比,风变频调速通过改变电动机供电电源的频率,以改机的轴功率等于风量与风压的乘积,即风机的轴功变旋转磁场的旋转速度从而使电动机的转速得到改率与电动机转速的3次方成正比。变。该种调速方法的主要优点是调速范围广、精度图1是风机的流量q和风压p的关系曲线,曲高、效率好能实现连续无级调速,便于自动控制线1为风机在转速n1下风压-流量(P-q)的特从风机负载特性可看出,风机的机械特性具有性;曲线5为转速n2下风压-流量的特性曲线;曲二次方律特征,即转矩与转速的二次方成正比例变线2为在转速m1下的功率-流量(P-q)的特性;化。在低速时由于流体的流速低所以负载的转矩曲线3、曲线4为管阻特性曲线。假设风机在标准很小,随着电动机转速的增加,流速加快,负载转矩工作点A的效率最高,输出流量为100%时,此时,和功率越来越大。负载转矩T和转速n之间的关轴功率P1与面积Ap1Oqm成正比系可用下式表示根据负载的机械功率PL和转矩T、转速n之间的关系,有P=Tn19550。则功率P和转速n之间的关系PL=Po +Kanto其中,T,P。为常数;PL,TL分别为负载的机械功率和负载转矩;Kr,Kp分别为二次方律负载的转矩常数和功率常数。因此,当被控对象所需风量减小中国煤化工速n1,会使电动机图1风机变频节能原理图CNMHG当流量从qn减小到q2时,如果采用调节阀门3.2风机运行方式的选择方法使管阻特性从曲线3变成曲线4,系统由原来风机在低速运行时,阻转矩很小,不存在低水利电力机械2007年10月频时带不动负载的问题,故变频器的运行控制方式从主流母线上取电,接收主控系统发送的PWM信采用Ⅴ/F控制方式。从节能的角度考虑,v/F线可号并通过控制GBT的工作状态,输出PwM电压选最低的。现在许多生产厂家都生产有廉价的风机波形专用变频器,可以择用。关于V/F线可选最低的理变频器用于电厂风机上的原理图如图4所示。由如下所述。6kV50H母线如图2所示,曲线0是风机二次方律机械特性曲线,曲线1为电动机在V/F控制方式下转矩补偿为0时的有效负载线。当转速为n,时,对应于曲线0的负载转矩为T,对应于曲线1的有效转矩为T。因此,在低频运行时,电动机的转矩与负载转矩相比,具有较大的余量。为了节能变频器设置了若干低减Ⅴ/F线,其有效转矩线如曲线2和曲线3变频器所示图4变频器在风机上的应用原理4改造效益分析通过改造实践,变频运行后,某电厂燃煤机上2台吸风机的功率消耗由原来的800~1200kW变为500~700kW,按全年运行7000h的统计,使用2台图2风机机械特性和有效负載曲线高压变频调速吸风机与2台定速传动吸风机相比3.3变频器功率单元及运用较,全年约可节电2671385kW·h。机组参与调峰功率单元主要由输入熔断器、三相全桥式整流增多,节电效果随之增加按电厂所有风机改造后计器预充电回路电容器组、GBT逆变桥、直流母线算该厂用电率由改造前的16%降低至09%,在和旁通回路构成,同时还包括电源驱动保护监测发电机负荷为10,0MW负荷下电机运行电流及通讯等组件组成的控制电路。各功率单元具有完分别为70A,50A(电机的额定功率为8ow,额定全相同的结构,有互换性,单元结构如图3所示。电流为93.4A,额定转速为740r/min),经过比较改功能单元由移相变压器的一组副边供电通过造前后的月耗电量(每月按86%负荷率计算),每月三相全桥整流器将交流输入整流为直流并将能量总节电量大约为25万kW·h,比改造前节电49%,储存在电容组中。控制部分通过冗余设计的电源板按照年节电量来算1年约为300万kW·h,年节电量可达往年的35%~55%。采用了高压变频器调速,风机的转速稳定,与传感器配合可构成恒压闭环控制系统,保证系统风压恒定,从而保证系统的安全和稳定运行;同时,风机降速运中国煤化工电机启动时,在额CNMHG除了直接启动时旦大电M力对电机的损坏和对设图3功率单元结构图备的冲击,延长(下转第27页)第29卷笫10期张新春:超超临界汽轮机汽水品质控制探讨浓度将增加,为了避免铁的氧化物在叶片上堆积或产(4)控制给水含氧量。对于炉前系统腐蚀产物生其他方式的腐蚀在启动前铁的总质量浓度应低于控制方法,国内外毫无例外地首推给水加氧处理50g/kg。测量铁含量通常采取实验室分析的方法。(OT)技术。加氧处理是利用纯水中溶解氧对金属(5)铜离子。铜的总质量浓度和铁一样表示了的钝化作用,使给水系统金属表面形成致密的保护腐蚀的状况,而沉淀物中的铜还将激发另外的腐蚀。性氧化膜,达到热力系统防腐防垢的最佳效果。目铜也会在汽轮机进口叶片上堆积降低效率。如果前,国外已经投运的超超临界机组的给水处理均采给水加热系统和凝汽器中没有采用铜,不需检测铜·用加氧处理,国内超临界机组也几乎全部采用了给的质量浓度。如果将铜合金改换为全钢系统,铜必水加氧处理工艺,均取得了良好的效果须进行监测,直到确认所有的铜在系统中已不存在5)加强机组停用期间的热力系统保护。停用为止。铜一般采取在实验室分析的方法腐蚀的控制对减少沉积物是非常必要的。不能将其(6)给水pH值。给水处理系统对水质的pH作为临时措施,应作为必备的配套设备,在设计时就值要求较高,为减少汽水系统的腐蚀,理想的pH值应考虑进去例如完整的充氮保护系统、干风系统和应该大于9.6。保护液加药系统等,以满足机组不同的停备用周期3提高超超临界汽轮机汽水品质的措施的保护。(6)加强超超临界汽轮机部件化学监督。定期(1)提高汽水系统清洁度。在机组安装过程检查中,检查汽轮机由于杂质沉积引起的损害按要中,严格控制安装工艺,全部汽水管道进行喷砂处理求进行维护和检修。主要包括清理汽缸内表面的沉和蒸汽吹扫,焊接采用氩弧焊打底,作好防止异物进积物,检查转子没有附着杂质,检查喷嘴根部间隔的入的工作;扩大炉前系统及锅炉化学清洗的范围,优杂质沉积、隔板焊接坡口和弹簧片等。化清洗工艺,提高清洗效果;认真进行锅炉吹管方案和辅助系统吹扫方案的制定和落实保证汽水系统4结束语的清洁度。掌握蒸汽超超临界状态下的特性,提髙汽水品(2)汽水管道选材。对于超超临界汽轮机来质,改善汽轮机的运营水平,是我国发展超超临界火讲,在汽水系统管材选择时应尽量避免采用铜合金,电机组需要突破的关键技术。随着代表我国火力发以减少铜腐蚀;低加和除氧器及水箱内壁尽量采用电技术最高水平的首批百万千万等级超超临界机组衬有不锈钢的内衬;汽轮机低压段叶片应采用抗腐于2006年底的相继投产,在探讨超超临界机组汽水蚀性能更好的材料。品质控制的进程中,又向前迈了一大步,但与国际发(3)严格控制凝结水精处理系统的出水品质。达国家的水平还差距较大。今后,国内有潜力的科在配置凝结水精处理装置时,应充分考虑对钠离子、研院所应以当前正在运行的超超临界机组为依托铁离子的去除效果。凝结水给水可通过加氨的方深入研究提高蒸汽品质的方式方法,获得快速准确式,使给水pH值从一般有铜系统控制的88~93的监测手段,以促进当前电力建设的发展。提高至9.6理想值,降低水系统的铁腐蚀。(编辑:刘芳)(上接第24页)了电机和风机以及阀门的使用寿命。20035结束语[2]冯垛生变频器的应用与维修[M〕.广州:华南理工大学出版社,2001在电厂风机上进行变频器改造及应用,有一定的经济效益和广泛的社会效益并且在技术上也是可行[3]王廷才李晓缓变频调速技术在风机上的应用刀漯河职业技术学院学报,2005,4(1):1~4.的。风机设备采用变颍调速技术是一种理想的调速控提高了设备效率减少了设备维护维修费用较好地兵李芳芹变频技术在泵与风机系统中应用的节[4]赵制方式不仅具有显著的节电效果,而且方便了操作,分析[门实用节能技术,2004,(5):152-154燕宰,变频邇谏应用实践「M1.北京:机械工业出版满足了生产工艺要求,经济效益十分明显中国煤化工参考文献:[6CNMHG用综述[煤矿[1]石秋洁变频器应用基础[M]北京:机械工业出版社,(编辑:白银雷)