鍋爐引送風(fēng)機(jī)節(jié)能增效方案探討

王繼松

【摘要】本文首先對(duì)鍋爐引送風(fēng)機(jī)節(jié)能的必要性進(jìn)行了說明，然后分析了鍋爐引送風(fēng)機(jī)存在的問題，最后詳細(xì)闡述了鍋爐引送風(fēng)機(jī)節(jié)能增效方案。

【關(guān)鍵詞】鍋爐，引送風(fēng)機(jī)，節(jié)能增效

一、前言

隨著生產(chǎn)施工水平的不斷提高，鍋爐生產(chǎn)中對(duì)節(jié)能增效的要求也日益漸高。因此，積極采用科學(xué)的方法，不斷完善鍋爐引送風(fēng)機(jī)節(jié)能增效方案就成為當(dāng)前一項(xiàng)十分緊迫的問題。

二、鍋爐引送風(fēng)機(jī)節(jié)能的必要性

1、高負(fù)荷、低負(fù)荷單側(cè)送風(fēng)機(jī)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

通過上表可以看出，工況一（圖1）的試驗(yàn)熱效率對(duì)于設(shè)計(jì)熱效率高出0.76個(gè)百分比，說明送風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài)正常。工況二（圖1）低負(fù)荷送風(fēng)機(jī)的熱效率為91.17%與高負(fù)荷送風(fēng)機(jī)的效率相差0.44個(gè)百分比，略低于高負(fù)荷下狀態(tài)下送風(fēng)機(jī)的熱效率，但是低負(fù)荷條件下的風(fēng)量要少一些，為了實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)物質(zhì)的完全燃燒，需要適當(dāng)提高氧氣的供應(yīng)量，但在提高氧氣的供應(yīng)量的同時(shí)會(huì)使排煙造成的熱損失增加，與工況一相比，排煙熱損失增加了0.57%，工況二的熱量散失也因此增加了0.21%。

2、低負(fù)荷單側(cè)送風(fēng)機(jī)與雙側(cè)送風(fēng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

工況三（圖1）的熱效率相對(duì)于設(shè)計(jì)熱效率提高了0.44%，同工況二相比提高了0.12%，由此可以得出：當(dāng)送風(fēng)壓力適當(dāng)調(diào)低、漏風(fēng)狀況有所改善時(shí)，會(huì)減少送風(fēng)機(jī)工作時(shí)的排煙損失，進(jìn)而使得熱效率有所提升。工況二、三的飛灰所含可燃物相差0.18%，差距不大，因此可以得出：在爐內(nèi)燃燒狀況方面，單側(cè)送風(fēng)機(jī)同雙側(cè)送風(fēng)機(jī)之間不存在明顯的差距。另外，經(jīng)過對(duì)工況二、三工作時(shí)的運(yùn)行功率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算可知，雙側(cè)送風(fēng)機(jī)工作時(shí)的總功率為318千瓦，而單側(cè)送風(fēng)機(jī)工作時(shí)的總功率為188千瓦，總功率下降了40.88%，單側(cè)送風(fēng)機(jī)的節(jié)能效果明顯由于雙側(cè)送風(fēng)機(jī)

3、對(duì)低負(fù)荷單側(cè)送風(fēng)機(jī)運(yùn)行的改善

若要使低負(fù)荷單側(cè)送風(fēng)機(jī)的運(yùn)行得到更好地改善，就需要對(duì)運(yùn)行氧量、配風(fēng)手段等方面進(jìn)行調(diào)整。通過對(duì)工況三、四、五的試驗(yàn)數(shù)據(jù)（圖1）可以看出，A側(cè)單磨或雙磨共同工作時(shí)的效率要明顯由于B側(cè)單磨工作時(shí)的效率，所以在選擇低負(fù)荷單側(cè)送風(fēng)機(jī)運(yùn)行方式時(shí)最好選擇A側(cè)單磨工作方式。雙磨共同運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)明顯增加冷風(fēng)的進(jìn)入量，進(jìn)而使?fàn)t膛內(nèi)的溫度出現(xiàn)下降，提高了不完全燃燒造成的熱損耗，但是雙磨共同工作時(shí)不再需要提供溫風(fēng)，使換熱得到了明顯的改善，減少了排煙造成的熱損耗，所以其工作效率較高。

圖1

三、鍋爐引送風(fēng)機(jī)存在的問題

1、引風(fēng)機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定

引風(fēng)機(jī)管路系統(tǒng)從鍋爐引出來，一直到電除塵器出口，均是兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)共用的管道部分，在這部分管道，兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)的流量無論相差多大，但其由阻力損失產(chǎn)生的壓力降均是相等的。而這部分壓力降又是引風(fēng)機(jī)管路損失壓力降的主要部分，約占全部損失的80%以上，而引風(fēng)機(jī)提供的全壓是用來克服管道系統(tǒng)阻力的，即引風(fēng)機(jī)全壓大致等于引風(fēng)機(jī)管路系統(tǒng)的壓力降。因此，不論兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)的流量相差有多大，但其全壓是大體上相等的。這樣一來，當(dāng)兩臺(tái)并聯(lián)的引風(fēng)機(jī)中的一臺(tái)流量減小，一臺(tái)流量增加時(shí)，流量減小那臺(tái)引風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工況點(diǎn)就必然向不穩(wěn)定區(qū)方向移動(dòng)，而流量增加的那臺(tái)則往遠(yuǎn)離不穩(wěn)定區(qū)的方向移動(dòng)，這一現(xiàn)象可以從引風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)特性曲線上各工況點(diǎn)隨流量而變化的趨勢看出來。由此可知，從運(yùn)行方式上講，防止引風(fēng)機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定的最重要措施，是使兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)的流量基本上保持相等。若兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)的流量相差越大，則流量小的引風(fēng)機(jī)產(chǎn)生不穩(wěn)定工況的可能越大。

其次，當(dāng)引風(fēng)機(jī)管路系統(tǒng)所通過的流量減少，而管路系統(tǒng)的阻力損失壓力降增加時(shí)，會(huì)使引風(fēng)機(jī)管路系統(tǒng)阻力曲線變陡，即引風(fēng)機(jī)各運(yùn)行工況點(diǎn)向引風(fēng)機(jī)不穩(wěn)定區(qū)方向偏移，也增加了引風(fēng)機(jī)不穩(wěn)定運(yùn)行的危險(xiǎn)性。例如空氣預(yù)熱器改造，大大降低了系統(tǒng)漏風(fēng)率，這是好事，也是主要的。但對(duì)引風(fēng)機(jī)而言，由此引起的風(fēng)量減少和管路系統(tǒng)阻力增加，使得引風(fēng)機(jī)不穩(wěn)定運(yùn)行的危險(xiǎn)性也有所增加。

2、裕量過大

由于引風(fēng)機(jī)的裕量過大，從而導(dǎo)致各運(yùn)行工況的效率都偏低，電耗大。降低引風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是解決引風(fēng)機(jī)裕量過大的有效措施，尤其是對(duì)于已投入生產(chǎn)的運(yùn)行機(jī)組引風(fēng)機(jī)的改造項(xiàng)目，采用引風(fēng)機(jī)降轉(zhuǎn)速可以說是一種切實(shí)可行、事半功倍的措施。具體做法：保留原電動(dòng)機(jī)的原轉(zhuǎn)速作為高速檔，再增加一個(gè)低速檔，即改造為雙速電動(dòng)機(jī)。這樣，在目前的狀況下，即使在機(jī)組額定負(fù)荷下，引風(fēng)機(jī)在低速檔運(yùn)行，仍留有足夠的安全裕量。

3、引風(fēng)機(jī)選型的容量大

引風(fēng)機(jī)本身的額定參數(shù)和機(jī)組的設(shè)計(jì)額定參數(shù)均大大高于實(shí)際運(yùn)行參數(shù)，因此引風(fēng)機(jī)的低效運(yùn)行，尤其當(dāng)機(jī)組在50%額定負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)，引風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率僅為18%。

四、鍋爐引送風(fēng)機(jī)節(jié)能增效方案

1、變頻調(diào)速分析

變頻調(diào)速能節(jié)約原來損耗在擋板閥門截流過程中的大量能量，大大提高了經(jīng)濟(jì)效益。通過采用變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)，避免了對(duì)電網(wǎng)以及機(jī)械負(fù)載的沖擊，在很大程度上延長了風(fēng)機(jī)的使用壽命。同時(shí)，采用變頻調(diào)速后，電機(jī)的無功功率通過變頻器直流環(huán)節(jié)的濾波電容進(jìn)行了瞬時(shí)補(bǔ)償，變頻器的輸入功率因數(shù)可大0.95以上。相對(duì)電機(jī)直接工頻運(yùn)行而言，功率因數(shù)得到較大的改善，尤其是對(duì)低速電機(jī)更為明顯。實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速后，風(fēng)機(jī)和水泵經(jīng)常在額定轉(zhuǎn)速以下運(yùn)行，介質(zhì)對(duì)風(fēng)機(jī)風(fēng)扇的磨損、水泵葉輪、軸承的密封、磨損的損壞都大大降低。同時(shí)，煙氣對(duì)煙道擋板的沖擊磨損大大降低，延長了煙道擋板的檢修周期，減少了維護(hù)工作量。電機(jī)運(yùn)行的振動(dòng)和噪聲也明顯降低。

采用變頻調(diào)速后，可以很方便地構(gòu)成閉環(huán)控制，進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)器輸出的4-20mA信號(hào)輸?shù)阶冾l器（或通過通信接口進(jìn)行控制），通過變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，可以平穩(wěn)地調(diào)節(jié)風(fēng)量、流量，且線形度較好，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，使機(jī)組在更經(jīng)濟(jì)的狀態(tài)下安全穩(wěn)定運(yùn)行。

按照常規(guī)設(shè)計(jì)，對(duì)于310MW機(jī)組輔機(jī)設(shè)備參數(shù)如下：引風(fēng)機(jī)兩臺(tái)，各2000KW；送風(fēng)機(jī)兩臺(tái)，各1250KW。如果工作設(shè)備使用變頻方式，保守估計(jì)節(jié)能率為30%。以上分析為直接節(jié)能效益。除此之外，變頻器對(duì)機(jī)泵實(shí)現(xiàn)真正軟啟動(dòng)，使高壓開關(guān)、電機(jī)、機(jī)泵、閥門、管網(wǎng)等諸多設(shè)備的啟動(dòng)沖擊和機(jī)械摩擦、震動(dòng)大大減少，延長了機(jī)組的使用壽命，節(jié)省了這些設(shè)備的一大筆維護(hù)費(fèi)用。變頻器所配置的閥門聯(lián)動(dòng)、參數(shù)自動(dòng)記錄、流量閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)等功能提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化水平。

2、主回路改造過程

系統(tǒng)改造后的一次主回路如圖2所示。圖中手動(dòng)旁路柜中，是兩個(gè)單刀雙擲隔離刀閘，QS11、QS12為一把單刀雙擲隔離刀閘，QS21、QS22為另一把單刀雙擲隔離刀閘，原工頻回路和新增變頻回路只有一個(gè)回路在同一時(shí)刻處于運(yùn)行狀態(tài)，可以避免雙回路同時(shí)給電動(dòng)機(jī)供電，或?qū)㈦娫粗苯虞斎氲阶冾l器的輸出側(cè)，避免損壞變頻器設(shè)備和電動(dòng)機(jī)設(shè)備；

隔離刀閘可以在電機(jī)工頻運(yùn)行時(shí)將變頻器從高壓電源中隔離出來，便于變頻器的維護(hù)和檢修；旁路柜預(yù)留合閘允許節(jié)點(diǎn)與上級(jí)高壓斷路器QF0連鎖，旁路柜隔離開關(guān)未合到位時(shí)，或變頻投入狀態(tài)下變頻器“合閘允許”信號(hào)不具備時(shí)不允許QF0合閘；

將變頻器“重故障”信號(hào)與旁路柜“變頻投入”信號(hào)串聯(lián)后，并聯(lián)于高壓開關(guān)分閘回路。在變頻投入狀態(tài)下，當(dāng)變頻器出現(xiàn)重故障時(shí)，分?jǐn)嘧冾l器高壓輸入；工頻回路投入狀態(tài)下，變頻器故障分閘無效。

圖2

3、控制回路改造過程

高壓變頻器控制系統(tǒng)包括主控制器、單元控制器、功率單一控制部分、輔助部分。原系統(tǒng)通過DCS控制2臺(tái)風(fēng)機(jī)的啟停及擋板，變頻改造后仍保留原控制系統(tǒng)，以備風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行時(shí)使用。變頻改造后，高壓變頻器系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)就地/遠(yuǎn)程控制。將變頻器控制系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)聯(lián)接，通過DCS操作員站對(duì)變頻器系統(tǒng)進(jìn)行啟停、復(fù)位及頻率調(diào)節(jié)控制；可在DCS系統(tǒng)上對(duì)變頻器及電機(jī)的運(yùn)行參數(shù)、設(shè)備故障信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測；能夠?qū)崿F(xiàn)在鍋爐正常運(yùn)行中工頻和變頻狀態(tài)的無擾動(dòng)切換。

五、結(jié)束語

鍋爐引送風(fēng)機(jī)節(jié)能增效工作作為鍋爐生產(chǎn)應(yīng)用中的核心工作之一。對(duì)生產(chǎn)的各個(gè)方面具有十分重要的作用。我們必須將科學(xué)的節(jié)能增效方法融合到鍋爐引送風(fēng)機(jī)的應(yīng)用中。

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