浅述发电厂锅炉风机节能技术

摘要：风机长期在低效区运行,大幅度地降低了风机的使用效率, 形成高效风机低效运行的局面。对于调峰机组来说, 风机还需要在长时间内处于更低的负荷下运行, 因此, 应将风机的合理选型作为发电厂风机节能的前提条件。先天的不足是难以通过后天弥补的, 如果风机的选型不合理, 在投入运行后再进行技术改造, 以期达到经济运行只能算是亡羊补牢, 需投入大量的额外资金, 额外增加了发电厂的运行成本。

关键词：风机；节能

中图分类号：TE08 文献标识码：A 文章编号：

2 发电厂锅炉风机调节的必要性

发电厂各风机的出力裕度主要决定于电力生产的特点, 因为电力的生产和消费是同时进行的, 发电设备必须保证长期连续运行。同时, 为确保发电设备的满出力, 在设计时汽轮机的出力必须大于发电机的出力,锅炉的出力必须大于汽轮机的出力。作为锅炉的辅助设备, 风机的出力又必须大于锅炉的出力。为此, 在火电厂的设计规程中规定, 发电厂的风机必须在风机系统的最大流量和阻力的基础上, 再增加 5%～10%的裕量。风烟系统的最大流量和阻力又必须考虑到下列因素: 在机组的一个大修期内, 因设备腐蚀等多方面的原因而发生泄漏所增加的风量和因积灰堵塞等原因增加的阻力; 锅炉燃用煤种可能发生的变化所引起的风量和阻力的变化; 并联风机中的一台发生了事故或故障需要停下来检修时, 其余的风机还需要保证锅炉的稳定燃烧, 并使机组尽可能带较大的负荷。而现在设计大容量机组时, 尽管都设计有联通管道或联通容器, 但是, 空气预热器的出口和除尘器的出口基本上是相对独立的, 即当锅炉只有一台风机运行时, 锅炉风烟系统中阻力最大的两个设备: 预热器和除尘器并不能实现并联运行。因而, 当只有一台风机运行时, 系统的阻力比正常运行时还要大, 由于上述原因, 致使发电厂风机的使用效率大大地低于其最高效率。运行情况调查表明, 即使采用了高效率的风机, 风机运行效率低于 70%的占 50%, 低于 50%的占 12% 。有的发电厂对裕量较大的离心风机采用切割叶片的方法以提高风机的工作效率, 但其施工工艺有严格的要求, 一般还需要进行动平衡试验, 当系统阻力发生变化时,往往会出现风机出力不足的现象, 难以彻底解决问题。因此, 为了降低发电厂风机的电耗, 实现风机经济运行, 主要应提高风机在低负荷时的运行效率, 其主要途径就是要采用合理的风机调节方式。

3风机调节方式的比较

原则上, 发电厂锅炉风机采取不同的调节方式, 都可达到所需要的参数, 但节能效果各个同。发电厂锅炉风机风量的调节方式主要有两种: 一种是风机风道入口处装设进口导叶进行调节, 进口导叶调节是一种改变风机本身特性曲线的风量调节方式, 它是使气流在风机叶轮入口处产生“气流预旋”来达到调节风量的目的。进口导叶方式投资少、调节灵活, 因而在锅炉风机风量的调节中得到广泛的应用。风量的进口导叶调节归根结底是一种节流调节, 风机均采用恒速电机驱动。当风机风量减少时, 驱动电机输出功率并未随之大幅度减少, 这部分本可以节省下来的电能被消耗在风机入口段。在挡板调节的风机中运行时存在很多问题: 挡板功耗大, 浪费了大量的能源; 故障较多, 不宜长期频繁调节; 设备易损, 维修量与维修费用大;风机启动时对电动机的冲击大, 降低了电机的使用寿命; 设备容量不能充分利用; 系统很难投入自动运行, 降低了系统的自动化水平。因此, 从节能的观点来看, 风机采用进口导叶调节风量是不理想的。这种调节方式不仅节流损失大, 而且还会带来一系列其他的相关问题。另一种是风机驱动部分的变速调节, 它是利用风机风量与风机转速的正比关系, 改变转速来达到调节风量的目的。当负荷变化时, 调节带动风机的电动机, 转速随之变化, 可降低功耗, 节约电能。由风机原理可知:对同一台风机而言, 当管道阻力不变时, 风机的风量 Q 与转速 n 成正比,风机的风压 p 与转速的平方成正比, 风机的轴功率 N 与转速的 3 次方成正比, 即: Q1/Q2=n1/n2; p1/p2=( n1/n2)2; N1/N2=( n1/n2)3。因此, 当锅炉负荷降低, 需要减少风量时, 通过调节降低风机转速可使风机的运行功率降低很多。例如, 当风量与转速均下降到额定参数的 80%时, 风机的功率将降低到额定功率的 51%; 当风量与转速均下降到 60%时, 功率将降低到额定功率的 21% 。变速调节曲线接近理想曲线, 所以变速调节最好。

如果在电机与风机之间加装调速装置, 将电机输出的固定转速调节为根据流量需求的风机转速, 即当锅炉负荷改变时, 通过调节驱动风机的转速来调节风机的风量和风压来与锅炉的负荷变化相适应。风机采用变转速调节, 其效率几乎不变, 但需要采用变速调节装置来实现。采用变速调节装置需要增加投资, 变速装置本身也存在着损失。其综合效率和需采用的最佳变速装置, 都需要进行实际的试验和比较。目前, 风机调速有两种方式: 一种是机械调速, 最常用的是在电机和风机间加装液力耦合器。优点是投资少, 节能效果较好, 缺点是它需要一定的安装空间, 需要为液力耦合器制作专用的基础, 存在转差损失, 效率降低, 运行可靠性低, 维修量大。另一种调速方式是电机变频调速。交流变频调速装置与其他调速相比, 性能最佳。近年来, 随着电力电子技术、计算机控制技术和自动控制技术的发展, 交流变频技术已进入大功率、高性能的发展阶段, 这项技术具有优异的调速和启动性能, 且调节精度高, 控制灵活, 节能效果显著。

4 结论

风机是发电厂锅炉中最大的耗能设备, 风机能否合理经济运行关系到发电厂的经济运行, 选择合理的节能措施势在必行。对于小功率的风机或运行负荷稳定接近于最高效率的风机可采用进口导叶调节方式; 对于具有一定出力裕量的风机, 特别是调峰机组的风机, 采用变速调节其经济效益是肯定的, 以选用效率高、性能好的变频调速装置最好。变频调速装置可直接用于笼式交流电机实现无级调速, 电机和风机本身不需要任何改动。当变频装置发生故障时, 可自动将电机的电源切换至工频电网以额定转速运行, 可确保锅炉的安全可靠运行。同时, 采用变频调节方式还有以下优点: 可降低风机的启动电流, 实现电机的软启动, 避免了大启动电流对电网的冲击和大的启动力矩对电动机的机械冲击; 系统的动态响应速度提高, 调节线性度好; 减少了风道振动, 提高了锅炉运行的稳定性; 设备的可靠性提高, 延长了设备的检修周期, 减少了维护量及检修费用。同时, 有利于降低风机噪声, 减轻磨损。实践证明: 变频调速技术用于风机调节能获得良好的运行性能和显著的节能效果。随着科学技术的发展, 变频调速技术将得到更加广泛的应用。

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