高力強(qiáng)

摘 要：徐礦集團(tuán)新疆阿克蘇熱電有限公司規(guī)模為2×200MW機(jī)組，配置兩臺(tái)型號(hào)為HX670/13.73-Ⅱ的超高壓一次中間再熱式自然循環(huán)燃煤鍋爐。每臺(tái)鍋爐配兩臺(tái)單吸、離心式、液力耦合器調(diào)速型送風(fēng)機(jī)，電機(jī)功率為1400KW，由于市場(chǎng)原因，機(jī)組長(zhǎng)期在低負(fù)荷下運(yùn)行，具有較大的節(jié)能空間。2019年#2機(jī)組檢修期間，對(duì)送風(fēng)機(jī)進(jìn)行了變頻改造。本文介紹了200MW火電機(jī)組送風(fēng)機(jī)變頻改造的工作原理，針對(duì)該廠現(xiàn)有送風(fēng)機(jī)長(zhǎng)期處于“小馬拉大車(chē)”運(yùn)行，能耗偏高的情況，提出了改造方案。對(duì)送風(fēng)機(jī)變頻改造前后節(jié)能的效果進(jìn)行了分析對(duì)比，節(jié)電效果超過(guò)預(yù)期。

關(guān)鍵詞：送風(fēng)機(jī);變頻改造;節(jié)電

中圖分類(lèi)號(hào)：TN773 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）22-0180-03

0 引言

能源產(chǎn)業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)之一，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的提升和發(fā)展有極其重要的作用。在經(jīng)濟(jì)不斷增長(zhǎng)的大環(huán)境下，中國(guó)能源產(chǎn)業(yè)面臨經(jīng)濟(jì)不斷增長(zhǎng)及環(huán)保等多重壓力。受資源、技術(shù)能力、市場(chǎng)等因素的影響，我國(guó)能源利用率水平遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家，多數(shù)能源在開(kāi)發(fā)、過(guò)程轉(zhuǎn)換、儲(chǔ)藏運(yùn)輸和實(shí)際利用過(guò)程中浪費(fèi)嚴(yán)重。由此可見(jiàn)，提高能源利用率已迫在眉睫。

對(duì)于火力發(fā)電機(jī)組來(lái)說(shuō)，80%左右的廠用電消耗在大容量風(fēng)機(jī)、水泵等廠用高壓輔機(jī)電動(dòng)機(jī)上，并且多數(shù)廠用高壓輔機(jī)運(yùn)行效率低，長(zhǎng)期運(yùn)行在低負(fù)荷區(qū)間，設(shè)備出力變化頻繁，偏離高效運(yùn)行工況點(diǎn)，造成能源在利用過(guò)程中浪費(fèi)嚴(yán)重，這與高質(zhì)量發(fā)展的趨勢(shì)相悖。

利用變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)能夠改變電動(dòng)機(jī)工作電源的頻率和幅值，從而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使得輸出功率隨著負(fù)荷的大小而變化，完成對(duì)交流異步電機(jī)啟動(dòng)方式的改變，通過(guò)變頻來(lái)調(diào)節(jié)速度，提升運(yùn)行精度，提高功率因數(shù)，實(shí)現(xiàn)各種保護(hù)功能，還可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期低負(fù)荷運(yùn)行工況下節(jié)約廠用電的目的。

1 變頻調(diào)速節(jié)能原理及優(yōu)點(diǎn)

1.1 變頻器的調(diào)速原理

高壓變頻調(diào)速是通過(guò)改變電機(jī)的頻率實(shí)現(xiàn)調(diào)速功能的。

公式中n表示轉(zhuǎn)速，f表示頻率，p表示極對(duì)數(shù)，s表示轉(zhuǎn)差率，極間對(duì)數(shù)、轉(zhuǎn)差率一定時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速和頻率成正比。持續(xù)改變頻率，就能實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速平滑的變化。高壓變頻技術(shù)可實(shí)現(xiàn)恒定轉(zhuǎn)矩，無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍廣，在0～100%調(diào)速范圍內(nèi)，效率可以達(dá)到96%，具備電機(jī)軟起動(dòng)功能，可以有效解決啟動(dòng)電流大對(duì)設(shè)備造成沖擊的問(wèn)題。

1.2 送風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速的節(jié)能原理

以風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能原理為例。改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和風(fēng)門(mén)開(kāi)度調(diào)節(jié)風(fēng)量，風(fēng)機(jī)運(yùn)行特性和工況點(diǎn)如圖1所示。

風(fēng)機(jī)在全速下風(fēng)壓與風(fēng)量（P-Q）的特性曲線為曲線1，風(fēng)門(mén)全開(kāi)時(shí)管網(wǎng)的特性曲線為曲線2。自然運(yùn)行工況點(diǎn)為點(diǎn)A，P1和Q1分別為風(fēng)壓和風(fēng)量。若Q2為實(shí)際風(fēng)量，則通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)開(kāi)度，使管網(wǎng)的特性變化得到曲線3，和曲線1的交點(diǎn)B，得到要求的風(fēng)量Q2。風(fēng)壓提高到P2。改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速風(fēng)機(jī)的特性曲線為曲線4，與曲線2交于C點(diǎn)，也可以得到要求的風(fēng)量Q2，此時(shí)風(fēng)壓下降到P3。假設(shè)在A、B、C三個(gè)工況點(diǎn)運(yùn)行時(shí)，各系統(tǒng)的效率相等，則A、B、C三個(gè)工況點(diǎn)運(yùn)行時(shí)所吸收的功率PA，PB，PC應(yīng)該和對(duì)應(yīng)工況點(diǎn)的風(fēng)量和風(fēng)壓的乘積成正比，即圖中AP1OQ1、BP2OQ2、CP3OQ3三個(gè)矩形的面積成正比關(guān)系。從圖中可知，PB略小于PA，而PA遠(yuǎn)大于PC?？梢缘贸觯ㄟ^(guò)改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)風(fēng)量所消耗的電能，遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)開(kāi)度改變風(fēng)量所消耗的電能[1]。

1.3 變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)

（1）有優(yōu)越啟動(dòng)性能。一般情況下，功率較大的電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)電流都很大，對(duì)設(shè)備造成不同程度的沖擊，縮短設(shè)備的使用壽命。通過(guò)變頻調(diào)速啟動(dòng)，可以有效控制啟動(dòng)電流在一定范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速緩慢增加，減小對(duì)電源及負(fù)載的沖擊，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。

（2）有良好的調(diào)速性能。均勻改變電源頻率，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速就可以平滑地改變。變頻調(diào)速可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)速過(guò)程平滑，變頻器可以實(shí)現(xiàn)0至50Hz的輸出，因此調(diào)速范圍廣。

（3）有效提高功率因數(shù)。變頻器濾波電容可以對(duì)電機(jī)無(wú)功進(jìn)行補(bǔ)償，輸入功率因數(shù)可以在0.95以上。對(duì)于工頻狀態(tài)下運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)而言，功率因數(shù)會(huì)大幅提高。

（4）節(jié)電效果明顯。通過(guò)改變頻率，電機(jī)轉(zhuǎn)速降低，功率消耗會(huì)大幅下降。

（5）減少機(jī)械磨損。通過(guò)變頻調(diào)速，可以有效減少風(fēng)機(jī)擋板、軸承、密封的磨損，減少設(shè)備維護(hù)量。

（6）運(yùn)行可靠性高。變頻器保護(hù)配備齊全，出現(xiàn)過(guò)壓、欠壓、缺相、輸出接地、輸出短路、過(guò)流、變壓器過(guò)載等情況時(shí)，保護(hù)都能夠快速可靠的動(dòng)作。

2 送風(fēng)機(jī)改造方案

風(fēng)機(jī)的改造主要問(wèn)題集中在液偶是否拆除的問(wèn)題上。主要有以下改造方案：

2.1 保留液偶結(jié)構(gòu)

如圖2所示，a保留原有液偶不做任何改變，勺管開(kāi)度維持在最大值附近，b將液偶中的泵輪、渦輪拆除，后用連軸器連接輸入軸與輸出軸。

2.2 拆除液偶

如圖3所示，a底座全部拆除，將風(fēng)機(jī)與電機(jī)靠近，b用較長(zhǎng)聯(lián)軸器進(jìn)行風(fēng)機(jī)和電機(jī)的直聯(lián)，基礎(chǔ)不變動(dòng)。

如表1所示，在上述的四種方案中，1a運(yùn)行可靠性和節(jié)能效果比其他幾種方案低，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)軸與電機(jī)軸的相連接為最優(yōu)方案。其中1b，2a，2b方案均滿足要求。

方案2b中電機(jī)與風(fēng)機(jī)的距離不變，在無(wú)中間軸系支撐的情況下，在使用較長(zhǎng)的聯(lián)軸器長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性較差。

方案2a中，電動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)如果不需要重新建造，平移難度不大的情況優(yōu)先選擇2a方案[2]。

3 送風(fēng)機(jī)改造前后的數(shù)據(jù)對(duì)比分析

如表2所示，送風(fēng)機(jī)變頻改造后，從連續(xù)運(yùn)行日的發(fā)電情況和送風(fēng)機(jī)耗電量對(duì)比發(fā)現(xiàn)，改造后較改造前送風(fēng)機(jī)日耗電平均節(jié)約0.7768萬(wàn)千瓦時(shí)左右，2018年我公司#2機(jī)組實(shí)際運(yùn)行8246小時(shí)，每度電按照0.25元計(jì)算，則年節(jié)約電費(fèi)=0.7768萬(wàn)kwh/24h×8246h×0.25元/kwh=66.72萬(wàn)元。

#2機(jī)組送風(fēng)機(jī)變頻改造投入費(fèi)用130萬(wàn)元，年節(jié)約電費(fèi)66.72萬(wàn)元，回收投資年限約為2年。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)理論分析、改造后的實(shí)際運(yùn)行的數(shù)據(jù)及結(jié)果分析可知，變頻技術(shù)替代液力偶合器裝置理論上可行，技術(shù)上先進(jìn)，運(yùn)行上安全可靠，經(jīng)濟(jì)上合理，回收投資年限短，節(jié)電效果明顯。綜合以上的分析，送風(fēng)機(jī)高壓變頻替代液力耦合器的改造可行。

參考文獻(xiàn)

[1] 周忠寧，李意民.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)電力工程學(xué)院，給水泵、送風(fēng)機(jī)系統(tǒng)節(jié)能改造可行性研究報(bào)告，2016.

[2] 丁海明.徐礦集團(tuán)新疆阿克蘇熱電有限公司送風(fēng)機(jī)變頻改造實(shí)施方案，2019.