永磁調(diào)速技術(shù)在火力發(fā)電廠中的節(jié)能應(yīng)用研究

宋曉波

【摘要】首先，本文對(duì)永磁調(diào)速技術(shù)進(jìn)行了介紹和說(shuō)明，分別對(duì)其工作原理及節(jié)能原理進(jìn)行分析，強(qiáng)調(diào)其在火力發(fā)電廠中的巨大應(yīng)用價(jià)值；接下來(lái)，又對(duì)永磁調(diào)速技術(shù)在火電廠的應(yīng)用進(jìn)行了探究，對(duì)開式循環(huán)水系統(tǒng)及存在的問(wèn)題進(jìn)行了總結(jié)和探討，并從解決這一問(wèn)題出發(fā)，提出了永磁調(diào)速驅(qū)動(dòng)器改造方案，對(duì)改造方案的實(shí)施過(guò)程和實(shí)施后帶來(lái)的效果進(jìn)行了全面分析。

【關(guān)鍵詞】永磁調(diào)速技術(shù)；火力發(fā)電；電力能源；節(jié)能技術(shù)

前言：離心式泵與風(fēng)機(jī)在火電廠的總耗電量中占據(jù)較大比例，有時(shí)可高達(dá)發(fā)電總量的60%～70%。對(duì)于大多數(shù)泵與風(fēng)機(jī)而言，其工作狀態(tài)長(zhǎng)期處于在恒定轉(zhuǎn)速下，并通過(guò)閥門節(jié)流手段實(shí)現(xiàn)對(duì)流量及壓力的調(diào)整。如果系統(tǒng)持續(xù)保持長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行，不僅會(huì)造成大量不必要的節(jié)流能量消耗，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生氣蝕、沖刷、振動(dòng)等現(xiàn)象，從而導(dǎo)致設(shè)備損壞。為了解決這一難題，可將永磁調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于火力發(fā)電廠中，再根據(jù)機(jī)組負(fù)荷、環(huán)境溫度等外在因素變化隨時(shí)調(diào)節(jié)泵與風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，這樣就能對(duì)出口壓力和流量進(jìn)行控制，降低泵與風(fēng)機(jī)出力及消耗的電能，因此具有更大的節(jié)能空間并能創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

1、永磁調(diào)速技術(shù)

1.1工作原理

永磁調(diào)速驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)主要包括銅轉(zhuǎn)子、永磁轉(zhuǎn)子以及控制機(jī)構(gòu)這3部分。銅轉(zhuǎn)子安裝在電動(dòng)機(jī)軸上，永磁轉(zhuǎn)子安裝在負(fù)載轉(zhuǎn)軸上，控制機(jī)構(gòu)則位于銅導(dǎo)體和永磁體之間的氣隙內(nèi)以便實(shí)行控制。由于系統(tǒng)工作時(shí)電動(dòng)機(jī)軸上的銅轉(zhuǎn)子和負(fù)載軸上的永磁轉(zhuǎn)子之間會(huì)產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此根據(jù)電磁感應(yīng)原理可知，當(dāng)導(dǎo)體在磁力線中運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)渦電流，而導(dǎo)體上方則產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)，進(jìn)而產(chǎn)生扭矩，且會(huì)隨著與磁力線的逐漸靠近而變得更加密集，帶來(lái)的效應(yīng)也會(huì)增強(qiáng)、扭矩也會(huì)越大；扭矩的大小與相對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度密切相關(guān)，當(dāng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)處于高速運(yùn)行狀態(tài)中時(shí)，二者之間會(huì)感應(yīng)到極強(qiáng)的同級(jí)磁場(chǎng)，這時(shí)產(chǎn)生的扭矩明顯遠(yuǎn)大于相對(duì)運(yùn)動(dòng)較慢時(shí)的扭矩[1]。通過(guò)對(duì)永磁體和銅導(dǎo)體之間的氣隙進(jìn)行調(diào)節(jié)，能夠顯著改變負(fù)載軸上輸出的轉(zhuǎn)矩，從而對(duì)負(fù)載的轉(zhuǎn)速加以控制。

1.2節(jié)能原理

永磁調(diào)速驅(qū)動(dòng)器可以根據(jù)需要來(lái)調(diào)節(jié)負(fù)載的轉(zhuǎn)速，因而能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)離心式泵與風(fēng)機(jī)的流量及壓力的連續(xù)控制。由于離心式泵及風(fēng)機(jī)的揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速的二次方成正比例相關(guān)，而功率則與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。由此可知，如果電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速保持不變，調(diào)節(jié)水泵或風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速使其下降，這時(shí)輸出的流量和揚(yáng)程就會(huì)分別成比例減少，造成電動(dòng)機(jī)功率的大幅度下降，緩解過(guò)高的能源需求，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源的目的。

3、永磁調(diào)速技術(shù)在火電廠的應(yīng)用

3.1開式循環(huán)水系統(tǒng)及存在的問(wèn)題

假設(shè)某火電廠現(xiàn)有2臺(tái)300MW供熱機(jī)組，而開式水系統(tǒng)則主要應(yīng)用于閉式水冷卻器、主機(jī)冷油器、抗燃油冷卻器、發(fā)電機(jī)定子冷卻水冷卻器、發(fā)電機(jī)密封油冷卻器以及真空泵及電動(dòng)給水泵冷卻器等設(shè)備。使用時(shí)為每臺(tái)機(jī)組配置2臺(tái)開式循環(huán)水泵，開式冷卻水由循環(huán)水供水管產(chǎn)生提供，在此基礎(chǔ)上使其壓強(qiáng)升至0.3Mpa后，再向各級(jí)用戶供水，并回水至循環(huán)水回水母管。開式循環(huán)泵技術(shù)參數(shù)如下：型號(hào)與類型KQSN600-N19/518；功率280kW；額定流量2600t/h；揚(yáng)程30m；效率88%；額定轉(zhuǎn)速990r/min。電動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù)：型號(hào)YKK400-6；額定功率280kW；額定電壓6000V；額定電流35.2A；功率因數(shù)0.86；額定轉(zhuǎn)速990r/min。在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)當(dāng)中，通常應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的最大需求來(lái)完成開式水泵的配備工作，在這一過(guò)程中應(yīng)注意留有余量。在運(yùn)行過(guò)程中，運(yùn)行人員往往以機(jī)組負(fù)載及環(huán)境溫度變化為依據(jù)，使用閥門對(duì)各級(jí)用戶的水量進(jìn)行節(jié)流調(diào)節(jié)，這樣就導(dǎo)致了大量的節(jié)流損失。更為嚴(yán)重的是，由于主機(jī)冷油器中的冷卻水調(diào)節(jié)門位于回水側(cè)，因而會(huì)造成主機(jī)冷油器冷卻水壓遠(yuǎn)超出油壓，從而導(dǎo)致油中進(jìn)水的現(xiàn)象發(fā)生，增加了系統(tǒng)運(yùn)行的安全隱患。

3.2永磁調(diào)速驅(qū)動(dòng)器改造方案

為了能夠使永磁調(diào)速技術(shù)得以更好地應(yīng)用，最大程度地發(fā)揮其作用和效果，需根據(jù)其技術(shù)特點(diǎn)和實(shí)際需要制定出最優(yōu)的調(diào)速驅(qū)動(dòng)器改造方案。在全面比較了各種調(diào)速改造方案后，在#3機(jī)組一臺(tái)開式循環(huán)水泵上應(yīng)用了永磁調(diào)速驅(qū)動(dòng)裝置控制開式循環(huán)水泵轉(zhuǎn)速的調(diào)速方案。調(diào)速聯(lián)軸器可以在控制器的支持下進(jìn)行控制，控制器同時(shí)能夠接收水泵出口壓力（包括流量、液位）等控制信息。開式水泵永磁調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成可參見圖1所示。永磁調(diào)速系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)如下：ASD24.5/28.5鋁導(dǎo)電盤調(diào)速器數(shù)量，1個(gè)；聯(lián)軸嵌套及鎖緊盤數(shù)量，2個(gè)；BECK11-300電動(dòng)執(zhí)行器數(shù)量，1個(gè)；執(zhí)行器連桿總成數(shù)量，1個(gè)；測(cè)速傳感器數(shù)量，1個(gè)；隔音裝置數(shù)量，1臺(tái)[2]。

第一，對(duì)設(shè)備圖紙進(jìn)行分析并設(shè)計(jì)規(guī)劃尺寸，現(xiàn)場(chǎng)改變電動(dòng)機(jī)和泵的基礎(chǔ)，擴(kuò)大電動(dòng)機(jī)和泵之間的距離從而符合安裝永磁調(diào)速驅(qū)動(dòng)器的技術(shù)要求。

第二，從廠用電系統(tǒng)中引入一路AC220V/5A/50Hz單相工作電源，為電動(dòng)執(zhí)行器及測(cè)速傳感器提供就地顯示儀表。

第三，開度指令是通過(guò)分散控制系統(tǒng)（DCS）提供DC4～20mA信號(hào)供電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，實(shí)現(xiàn)方式為比例控制，而電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)則發(fā)出DC4～20mA開度反饋指令至DCS中。加快轉(zhuǎn)速及壓力反饋情況也應(yīng)受到DCS的監(jiān)視及閉環(huán)控制。

第四，在此過(guò)程需保證DCS中原水泵連鎖邏輯、模擬信號(hào)（包括電動(dòng)機(jī)繞組溫度、電流大小、軸承溫度、振動(dòng)情況）、開關(guān)量信號(hào)（啟動(dòng)與暫停狀態(tài)的切換）始終不變。

第五，待設(shè)備安裝操作結(jié)束后，還需進(jìn)行DCS組態(tài)及現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試，在正式應(yīng)用之前對(duì)電動(dòng)機(jī)和水泵的振動(dòng)及工業(yè)噪聲進(jìn)行相關(guān)檢測(cè)以保證其符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

3.3改造方案取得的實(shí)效

3.3.1節(jié)能效果顯著

經(jīng)過(guò)改造后，在使用中對(duì)2臺(tái)機(jī)組開式循環(huán)水泵的總耗電量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并對(duì)得出的統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行綜合對(duì)比分析。通過(guò)數(shù)據(jù)分析可知，應(yīng)用了改造方案后，水泵在統(tǒng)計(jì)時(shí)間段內(nèi)的平均節(jié)電指數(shù)高達(dá)60%以上，取得了十分理想的節(jié)能效果。由于該機(jī)組暫時(shí)無(wú)法在夏季運(yùn)行，因而缺乏開式水泵夏季耗電數(shù)據(jù)，無(wú)法對(duì)其產(chǎn)生的效益加以進(jìn)一步的分析。但可從機(jī)組負(fù)荷、上網(wǎng)電價(jià)及設(shè)備投資維護(hù)支出方面獲得有效數(shù)據(jù)并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行較粗略的估算，從而可知大約2～3年內(nèi)收回成本。

3.3.2延長(zhǎng)了設(shè)備壽命，提高了系統(tǒng)可靠性

由于電動(dòng)機(jī)能夠以低負(fù)荷狀態(tài)運(yùn)行，因此能夠降低發(fā)熱量，并延遲絕緣老化的速度。水泵運(yùn)行轉(zhuǎn)速的減慢，可以緩解水泵及葉輪的氣蝕影響，降低了水泵軸封盤根、軸套的機(jī)械損耗程度[3]。同時(shí)，在電動(dòng)機(jī)及水泵缺少機(jī)械連接的條件下，會(huì)使得振動(dòng)幅度大為降低（通過(guò)測(cè)量，得知振動(dòng)降低了約40μm）。電動(dòng)機(jī)零負(fù)載啟動(dòng)之后，電流和振動(dòng)會(huì)急劇降低，緩解對(duì)機(jī)電設(shè)備及配電網(wǎng)洛造成的沖擊，這樣就可有效延長(zhǎng)整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備的使用壽命及性能的可靠性。

結(jié)論：本文通過(guò)對(duì)永磁調(diào)速技術(shù)在火力發(fā)電廠中的節(jié)能應(yīng)用進(jìn)行分析和研究，指出永磁調(diào)速技術(shù)能夠在火力發(fā)電廠中占據(jù)較大的發(fā)展空間，有效發(fā)揮其節(jié)約能源、提高運(yùn)行安全性能的作用。本文對(duì)永磁調(diào)速技術(shù)所包含的內(nèi)容進(jìn)行了較為相近的概述，指出將其應(yīng)用于火力發(fā)電廠的可行性，同時(shí)也對(duì)永磁調(diào)速技術(shù)在火電廠的應(yīng)用方案進(jìn)行了探討。

參考文獻(xiàn)

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