火力发电厂辅机节能技术改造

摘要：本文对火力发电厂辅机节能改造的必要性进行了论述，通过电机调速技术在胜利发电厂循环水泵和一次风机技术改造的实际应用，说明辅机节能改造是火电厂降低厂用电率，实现节能减排一个重要途径。

关键词：循环泵、一次风机、调速、节能

1 前 言 我国目前以火力发电为主，装机容量约占75%。火电厂的各类辅机设备中，风机和水泵是主要的耗能设备，而且风机、水泵的流量随着机组的负荷变化必须实时调节，其流量调节的方式多为节流调节。由于这种调节方式仅是改变了通道的通流阻抗，而电动机的输出功率并没有多大改变，浪费了大量的电能，所以火力发电厂风机、水泵蕴藏着巨大的节能潜力。随着电力行业的发展，降低厂用电率，降低发电成本，提高上网电价的竞争力，绿色运行，清洁生产已成为各火电厂努力追求的经济和社会目标。在这种形势下，研究风机、水泵类负载采用调速驱动来替代原有的节流调节已成为火电厂实现节能，提高经济性的有效途径。从 图1可以看出在同样的工况下节流控制比调速控制功率消耗要大得多。

循环泵和一次风机节能改造

目前国内外对风机、水泵电动机调速有多种方法，主要有变极调速、调压调速、滑差调速、液力耦合器调速、串级调速、高频斩波调速、变频调速等。胜利发电厂二期机组的循环泵和一次风机节能潜力较大，我们结合设备投资费用，节电效果（运行费用），安全性、可靠性等几个方面的比较，拟分别对循环泵、一次风机实施变极调速和内反馈式斩波调速技术改造。

循环水泵

改造必要性胜利发电厂二期2×300MW机组，单机配置2台循环水泵，循环水泵电机由于受循环水泵的运行效率，不同季节对凝汽器冷却水量的变化，以及循环水泵运行可靠性等因素的影响，循环水泵运行效率低、电耗高，制约着经济性的提高。机组供热期间循环水系统能耗过大，且循环水量过大造成循环水温偏低，易造成水塔填料损坏、凝结水过冷度大等不利因素。因此，原有循环水泵配置和运行方式不仅影响了机组运行的经济性，还给设备的可靠运行带来威胁，需对其进行节能改造。

变极调速原理

三相异步电机转子的转速为n=(1-S)。

其中n为转子的转速，f为电机供电电源频率，p为绕制电机已确定的极对数，s为转差率（s= ，n0是电机旋转磁场转速，又称为同步转速）。

据此公式知，可以通过改变定子绕组的极对数P来调节三相异步鼠笼式电动机的转速。

变极调速要求拖动电动机必须是专门的变极电动机。电动机的极对数可成倍比地改变(如2/4极，4/8极)；也有非倍比的双速电动机（如4/6极，6/8极）或三速电动机（如4/6/8），这时电动机装有两套定子绕组。变极调速是鼠笼式异步电动机的应用调速法，而电动机的极对数P只能按整数变化，所以变极调速是有级调速。

循环水泵改造方案

将二期机组的各1台循环水泵电机改造为双速电机，更换旧线圈，新线圈用于变极的相关绕组用引线引入调速接线盒，高、低速的切换时通过改变装在电机外壳上的调速接线盒里变极接线板连接方式来实现。

一次风机

2.2.1改造必要性

胜利发电厂二期2×300MW机组，每台锅炉配置两台一次风机，一次风机为离心式风机，在风机叶轮前的入口附近设置了一组可调节转角的静导叶挡板，借助改变导叶挡板开度的大小来调节流量，调整区间通常在30％～40％之间。一次风机单台年均耗电量为509×104kW•h，年平均有效负荷率约为51%，供热期间因锅炉热负荷较重，负荷率略有增加，全年平均变化不大。

2.2.2内反馈式斩波调速原理

内反馈式斩波调速是在串级调速的工作原理上的提升和改进，其区别只是将逆变变压器去除，而在电动机定子绕组线槽内又加了一个独立的三相调节绕组，这样在同一定子铁芯中的定子原绕组和该三项调节绕组便代替了外接的逆变变压器，从而使系统更加简洁。可方便实现与DCS系统连接。

2.2.3 一次风机改造方案

将原鼠笼式电机更换为内反馈绕线电动机，对电机平台做相应改动；新增1套斩波内馈调速装置，包括1台控制柜、1台功率柜和1台水阻柜，放置于就近的现有配电间；电机原6kV电缆不做变动，新增加四路动力电缆，一路至绕线式转子，一路至电机内反馈绕阻，一路为调速装置用380V三相四线电源，一路为调速装置用220V直流电源；新增部分控制电缆和I/O点，对热工控制系统做相应改动。

2.3 改造后效益评估

改造后循环水泵电机功率由1600kW下降到1250kW。改造前，春、夏、秋季2台循环水泵耗电量为(1600+1600)×4000=1280×104 kW•h；冬季1台水泵高速运行1600×2000=320×104 kW•h。改造前单台机组循环水泵年耗电量合计为1280+320=1600×104 kW•h。 改造后夏季2台水泵耗电量为(1600+1600)×2300=736×104kW•h；初春、深秋2台循环水泵 耗电量为(1600+1250)×1200=342×104 kW•h；冬季1台循环水泵耗电量为1250×2500=312.5×104 kW•h。改造后单台机组循环水泵年耗电量为736+342+312.5=1390.5×104 kW•h。改造后单台机组年节省电量为1600-1390.5=209.5×104 kW•h。

改造前一次风机电机功率消耗约为额定值的51%，与一次风机年平均负荷率相符。实施内反馈高频斩波调速后，功率消耗约为额定值的9%，考虑调速装置自身还要消耗1%的电量，节电率约41%，单台一次风机年节电量为208.69×104 kW•h，2台一次风机合计年节电量为417.38×104 kW•h。

结束语

胜利发电厂通过采用电机调速技术对二期300MW机组的循环泵和一次风机进行节能改造，结合运行方式的优化，单台机组每年可减少耗电600多万千瓦时，节能效果显著。因此，应结合机组运行方式以及泵与风机等辅机节能潜力，选择合理电机调速技术，是火电厂降低厂用电率，实现节能减排一个重要途径。

参考文献

1、陈梅娟，电站锅炉风机的调节方式和发展前景，华东电力，2000，11。

2、王寒栋，泵与风机，机械工业出版社，2009，01。

3、傅松，于淑梅，边立秀，电厂风机主要应用模式的经济性分析与选择，华北电力技术，2000，10。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。