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      發電廠風機電動機節能改造技術方案分析

         日期:2018-08-27     來源:網絡    瀏覽:78    評論:0    

        目前,在我國電源結構中,火電裝機容量占74%,發電量占80%;水電裝機容量占25%,發電量占19%;核電僅占1%左右,因此火電機組及其輔機設備的節能改造工作是非常重要的。火電廠中的各類輔機設備中,風機水泵類設備占了絕大部分,蘊藏著巨大的節能潛力。由于火電機組調峰力度的加大,這些機組的負荷變化范圍很大,必須實時調節風機水泵的流量。目前調節流量的方式多為節流閥調節,由于這種調節方式僅僅是改變了通道的通流阻抗,而電動機的輸出功率并沒有多大改變,所以浪費了大量的能源。隨著電力行業的改革不斷深化,廠網分家,競價上網政策的逐步實施,降低廠用電率,降低發電成本,提高上網電價的競爭力,已成為各火電廠努力追求的經濟目標,要求越來越迫切。風機水泵類負載采用調速驅動具有非常可觀的節能效果,這已是共識。

        另外,交流電機的直接起動(尤其是高壓電機)會產生巨大的電流沖擊和轉矩沖擊,在很短的起動過程中,轉子籠型繞組及阻尼繞組將承受很高的熱應力和機械應力,致使籠條的端環斷裂。直接起動時的大電流還會在定子繞組的端部產生很大的電磁力,使繞組端部振動和變形,造成定子繞組絕緣的機械損傷和磨損,從而導致定子繞組絕緣擊穿。直接起動時的大電流還會引起鐵芯振動,使鐵芯松馳,引起電機發熱增加。在火力發電廠中,高壓大容量交流籠型異步電動機的使用非常廣泛,由于直接起動而造成的電動機燒毀和轉子斷條事故屢屢發生,給機組的安全經濟運行造成很大的威脅。因此大容量異步電動機采用軟起動方式,對于延長電動機的使用壽命,減少對電網的沖擊,保證機組正常運行是非常必要的。由于電動機的變頻軟起動可提供高的起動轉矩并可做到平滑無沖擊,所以采用變頻器實現軟起動的效果也是非常突擊的。同時,采用調速驅動,還可以有效地減輕風機水泵葉輪的磨損,延長設備使用壽命,降低運行噪聲。還有運行工藝對輔機設備的控制性能的改善也是十分迫切的,例如鍋爐風機和給粉機的調速控制,可以大幅度地改善爐內的燃燒工況,從而節煤、節水,并可節省這些物料的運輸,處理能量等。工藝條件的改善可以創造巨大的經濟效益,已不再簡單地局限在節能的范疇,人們會很快地認識到這一點,并迅速行動起來。  本文針對發電廠各種風機電動機的實際運行工況,逐一地進行節能改造方案分析。

        風機是火力發電廠重要的輔助設備之一,鍋爐的四大風機(送風機、引風機、一次風機或排粉風機和煙氣再循環風機)的總耗電量約占機組發電量的2%左右。隨著火電機組容量的增大,電站鍋爐風機的容量也在不斷增大,如國產200MW機組,風機的總功率達7140kW(其中,送風機二臺2500kW,引風機二臺3200kW,排粉風機總功率1440kW),占機組容量的3%以上。因此,提高風機的運行效率對降低廠用電率具有重要的作用。

        風機的運行狀況和節能效果我國電站風機已普遍采用了高效離心風機,但實際運行效率并不高,其主要原因之一是風機的調速性能差,二是運行點遠離風機的最高效率點。我國現行的火電設計規程SDJ-79規定,燃煤鍋爐的送、引風機的風量裕度分別為5%和5%~10%,風壓裕度分別為10%和10%~15%。這是因為在設計過程中,很難準確地計算出管網的阻力,并考慮到長期運行過程中可能發生的各種問題,通常總是把系統的最大風量和風壓富裕量作為選擇風機型號的設計值。但風機的型號和系列是有限的,往往在選用不到合適的風機型號時,只好往大機號上靠。這樣,電站鍋爐送、引風機的風量和風壓富裕度達20%~30%是比較常見的。

        電站鍋爐風機的風量與風壓的富裕度以及機組的調峰運行導致風機的運行工況點與設計高效點相偏離,從而使風機的運行效率大幅度下降。一般情況下,采用調節門調節的風機,在兩者偏離10%時,效率下降8%左右;偏離20%時,效率下降20%左右;而偏離30%時,效率則下降30%以上,對于采用調節門調節風量的風機,這是一個固有的不可避免的問題。可見,鍋爐送、引風機的用電量中,很大一部分是因風機的型號與管網系統的參數不匹配及調節方式不當而被調節門消耗掉的。因此,改進離心風機的調節方式是提高風機效率,降低風機耗電量的最有效途徑。

        按照流體機械的相似定律,風機、水泵的流量Q、壓頭(揚程)H、軸功率P與轉速n之間有如下比例關系:

        離心式風機在變速調節的過程中,如果不考慮管道系統阻力R的影響,且風壓H隨流量Q成平方規律變化,則風機的效率可在一定的范圍內保持最高效率不變(只有在負荷率低于80%時才略有下降)。圖1示出了離心式風機不同調節方式耗電特性比較,圖2示出了采用調節門調節和轉速調節方式時,風機的效率-流量曲線。  由圖2可知:在風機的風量由100%下降到50%時,變速調節與風門調節方式相比,風機的效率平均高出30%以上。因而,從節能的觀點看,變速調節方式為最佳調節方式。

        風機調速節能改造方案分析對于常年帶滿負荷的機組,當風機的風量裕度在30%時,選用雙速電機最為經濟,即使在滿負荷連續運行工況下,電機也可在低速檔運行,已可滿足風量要求;當風量余度在20%左右時,則采用變頻調速、串級調度較為經濟,而采用雙速電機和液力耦合器不能起到節電作用;當風量裕度在10%左右時,采用雙速電機和液力耦合器調速還不及調節門調節的經濟性好,而采用變頻調速和串級調速與調節門調節的經濟性相差不大,因而此時只要采用調節門調節即可,不必采用變速調節。

        對于調峰機組和長期處于低負荷運行的機組,考慮到長期運行的安全可靠性、經濟性和操作維護工作量等,變頻調速和串級調速比雙速電機及液力耦合器等調速方式具有更大的優越性。因此,電廠在風機節能改造時,應優先選擇變頻調速和串級調速方案。  風機的功率一般在1000~2000kW,在目前的功率器件耐壓條件下,采用高壓IGBT和IGCT的三電平中壓變頻器,是目前的最佳選擇方案。這種變頻器的功率器件不串不并,可靠性最高,逆變單元采用12只HV-IGBT或IGCT,使用的功率器件最少,成本最低,體積最小。輸入采用12脈沖整流器,網側諧波小;輸出采用LC濾波器,電流波形好,總的諧波畸變率THD<1%,適合于任何籠型異步電機,且不必"降額"使用。輸出電壓等級有2.3kV,3.3kV和4.16kV,對于我國的6kV電機,可將電機進行Y/△改接,線電壓為3.47kV,考慮風機一般均有設計余量,因此采用3.3kV的變頻器,完全能滿足要求。對于老設備的改造特別有利,是目前最為經濟合理的改造方案。ABB公司的ACS1000和西門子公司的SIMOVERT MV屬這類變頻器。

       
      標簽: 電動機節能
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