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火力发电厂锅炉风机改调速运行分析 |
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| 火力发电厂锅炉风机改调速运行分析 |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-24 17:00:00  |
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摘 要：目前在国内的火力发电厂中，锅炉风机负荷调整主要通过调节入口档板开度来实现。由于该调节方式损失大，浪费极为严重，同时给机组安全运行带来隐患，所以近年来对锅炉风机推广采用调速运行方式，这样可以达到节电效果，延长风机使用寿命，提高自动控制能力，减少风机起动过程中造成扭矩过大问题，提高运行经济性。
关键词：火力发电厂；风机；调速运行
目前国内火力发电厂锅炉风机大部分采用拖动电动机，其中95％左右为交流异步电动机直接拖动，恒速运行。随着电力经济的发展、单台机组容量的增大，以及科学技术的发展、企业管理水平的提高、设备技术改造的推广等，使电厂中的锅炉风机在运行中出现了裕量较大的问题，另外根据电网调峰的需要，机组长时间处于低负荷运行状态，使锅炉的送、吸风机长期处于低参数下运行，对厂用电率造成一定影响。目前华北电网直属发电厂锅炉风机配备的电动机以1 MW左右居多，大部分都是采用恒速运行，造成很大的浪费。根据节能工作的要求，其中有个别发电厂已考虑或试用风机调速运行，解决目前风机运行中出现裕量过大的问题。
锅炉风机调速运行目前普遍采用5种方案：①变频器技术；②加装液力偶合器装置；③采用双速交流电动机；④直流电动机驱动；⑤绕线式异步电动机转子串级调速。以前三项技术为主。其中第三方案（采用双速交流电动机）由于在运行中调速范围窄，操作困难大等问题，投入率较低。而变频器技术的应用目前尚属于起步阶段，所配套的高压变频器均属进口设备，价格较高。国内应用较多的是液力偶合器调速技术，如大同第二发电厂6号机组在1999年大修期间锅炉送、吸风机都装上了液力偶合器，通过运行比较和测试，节电效果比较显著，通过运行考验，尚未出现过大的质量问题，是2000年大力推广的节电改造项目。
1 调速特点的比较
1．1 变频器调速的技术特点
（1）调速范围广，高压大容量变频器调速范围可以做到0～100％额定转速；
（2）调节精度高，效率高，在正常变速范围内，变频装置的总效率在93％以上，功率因数超过0．95；
（3）可实现真正的软启动，对电动机和电网无冲击；
（4）输入功率因数高，只吸收很少的无功；
（5）设备发生故障时可随时切换运转，适用于不允许停机的要求。
1．2 液力偶合器调速技术特点
（1）投资少，设备成本低，易回收。
（2）在较大范围内可达到无级调速。
（3）能空载启动电动机，逐步启动风机叶轮。
（4）风机加装液力偶合器后因为取消了硬性机械连接，产生扭矩是通过油传递，利用滑差原理柔性传动。可防止电动机过载。
（5）双台风机启动时能做到均衡各电动机之间的负载，因为液力偶合器在运行中存在滑差作用，转速调整时对传递扭矩的影响不大敏感，使各台电动机负荷可均匀分配。
2 经济比较
风机在设计选型时都以系统设计参数风量和风压为基准，所选的风机以恒定转速为依据，要求配备运转可靠、造价低廉的异步电动机。为了风机启动安全，在选择电动机功率时应满足风机设计参数轴功率安全系数，而在运行中由于电动机转速恒定，风机参数的调整只能通过改变系统阻力的方法来完成，当系统阻力增大时，风机耗电要相对提高，造成运行经济性差。目前提出对风机的叶轮调速，可解决由于系统阻力造成风机耗电高的问题，经过试运行这样节电效果确实比较理想。根据风机的特性和运行状况进行比较，以图1和图2所示两种不同运行状况图来说明采用调速运行
的经济效益。
图1中，A为设计参数点，B为运行工况点，ΔH为节流造成的压降损失，ΔN为节流造成的功率损失。可以看出，A点是系统阻力曲线RA与风机特性曲线交点，所对应的是风机设计参数，B点是运行曲线点，A与B点之间为风机的裕量值，ΔQ＝QA－QB；ΔH ＝HC－HB；ΔN＝NA－ND。
图2中，Rn是以转速n为参量的系统阻力曲线，A为额定负荷运行工作点，n为调节转速与恒定转速的比，N为功率曲线。
从图2看出，A点为风机额定负荷运行点，当风机转速随机组负荷调整降低时，风机通过改变叶轮的转速使风机运行参数Q和H相应下降，而风机的轴功率也同时大幅度降低，使风机始终处在曲线的最佳高效区运行。风机轴功率随叶轮转速值的变化是按3次方规律。风机采用调节转速比调节系统阻力运行方式更为合理。
以大同第二发电厂3、6号炉为例进行比较，6号炉送、吸风机今年在大修期间加装了液力偶合器，从试验情况可以看出，风机采用调节转速后的节电效果是比较显著的，测试结果见表1和表2。
通过表2中实测的送、吸风机在不同负荷运行时耗电的情况表明，送、吸风机采用调节转速幅度越大，在低负荷运行时间越长，节电的效果越明显。以上述两台机组相同负荷比较分析，以单机组年平均负荷160 MW计算，年运行7 000 h统计，送、吸风机加装了液力偶合器后节电［（1 273．2－745．8）＋（2 407．3－1 126）］×7 000＝1 265．9（万kW•h），每kW•h以发电成本0．13元计算，一年可节省164．57万元，当年就可以收回改造费用的投资。
3 结论分析
对锅炉风机不管采用变频器还是液力偶合器调速均能达到节电效果。两种技术各有优缺点，分析如下：
（1）采用交流变频器对风机调速节能效果最好，具有调节效率高、范围广、精度高等优点，且输入功率因数高，对电网无冲击，能实现电机软启动。
（2）采用液力偶合器技术解决锅炉风机调速最主要的特点是投资成本低，并在一定的范围内可实现无级调速。
（3）两种调速装置的日常维护工作都比较小，并能长期稳定地投入运行。
（4）从安全运行角度分析，采用变频器调速时，如变频器出现意外故障可随时使风机切入恒速运行，而液力偶合器则必须要停机处理。
（5）液力偶合器在调速过程中随时会出现转速滑差损失，一般占电动机输入功率的10％～15％；而变频器调速不存在此项损失，故传递效率高。
（6）但变频器的初投资大是技术发展和应用受阻的主要因素。
4 建议
目前发电厂中对锅炉风机（主要针对的是离心风机）调速技术进行改造是一种发展趋势。在方案比较上，采用变频器和液力偶合器的矛盾比较突出。我们从经济与技术方面分析比较，提供以下建议供参考：
（1）对中、小型机组（200 MW、100 MW）锅炉离心式送、吸风机推荐使用液力偶合器技术，可降低改造费用，同时能达到节电的效果。
（2）对运行10年以上的机组锅炉离心式送、吸风机推荐使用液力偶合器技术。
（3）对新投产的较大机组（300 MW以上）锅炉离心式送、吸风机选用变频器技术，因为对大机组运行可靠性要求高，以免因设备问题而影响锅炉运行，使电网波动。
（4）对目前风压较高的离心式风机（一次风机）最好选用变频器调速。根据风机性能，风压与转速是二次方关系，对高风压的设备采用转速调节时调节幅度与送、吸风机比要低，节电效果相比要小，采用变频器调节转速比液力偶合器调节效果要好，所以对高压头离心式风机最好采用变频器调节技术。
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