焦作電廠送風(fēng)機(jī)液體電阻調(diào)速改造及節(jié)能分析

杜林生

摘 要：本文簡(jiǎn)述了液體電阻調(diào)速特點(diǎn)、液體電阻調(diào)速改造方案，分析了改造過(guò)后的安全效益以及節(jié)能效益。

關(guān)鍵詞：液體電阻；調(diào)速改造；節(jié)能分析

中圖焦作電廠裝機(jī)容量6×220MW。每臺(tái)爐配兩臺(tái)送風(fēng)機(jī)，單臺(tái)送風(fēng)機(jī)電機(jī)功率1600kW，只能在一種速度下運(yùn)行、通過(guò)調(diào)節(jié)入口擋板來(lái)調(diào)節(jié)送風(fēng)的大小。在設(shè)計(jì)的時(shí)候，為了能夠保證送風(fēng)機(jī)的正常、穩(wěn)定投入運(yùn)行，在選擇送風(fēng)機(jī)的容量時(shí)存在有較大的余量，當(dāng)發(fā)電機(jī)組在220MW狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，送風(fēng)機(jī)的擋板的位置在60%開(kāi)度左右的位置，當(dāng)發(fā)電負(fù)荷比較小的情況下，送風(fēng)機(jī)的擋板的位置的開(kāi)度會(huì)更小，擋板的節(jié)流損失增大、風(fēng)機(jī)的使用效率較低，其消耗的電能對(duì)廠用電影響較大，特別是近年來(lái)，焦作電廠作為電網(wǎng)的調(diào)峰電廠運(yùn)行后，情況尤為突出。另外，改變發(fā)電機(jī)的負(fù)荷大小只有通過(guò)不斷的啟動(dòng)和停運(yùn)送風(fēng)機(jī)機(jī)和不斷的調(diào)節(jié)擋板的開(kāi)度來(lái)完成，造成了送風(fēng)機(jī)和其擋板的可靠性能下降，這樣既增加了送風(fēng)機(jī)維護(hù)的難度，又給發(fā)電機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)了不小的影響，為此，決定對(duì)送風(fēng)機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造。

因?yàn)樗惋L(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)量與電機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比，而送風(fēng)機(jī)的功耗與風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的3次方成正比，所以將送風(fēng)機(jī)電機(jī)由只能在一種速度下運(yùn)行改為可以調(diào)節(jié)速度的運(yùn)行方式，是節(jié)約能源、減低送風(fēng)機(jī)的損耗、從而降低發(fā)電廠的廠用電率的最有效的途徑。

焦作電廠曾經(jīng)對(duì)#6爐送風(fēng)機(jī)進(jìn)行了變頻調(diào)速改造，變頻調(diào)速雖然節(jié)能效果明顯，但大功率變頻裝置故障率高，投運(yùn)率低。從節(jié)能和可靠性兩方面考慮，決定對(duì)#2爐送風(fēng)機(jī)進(jìn)行液體電阻調(diào)速改造。

一、送風(fēng)機(jī)液體電阻調(diào)速器的原理和特點(diǎn)

液阻調(diào)速在電廠主要可以用在大中型繞線式高壓交流異步電機(jī)拖動(dòng)的送風(fēng)機(jī)、給水泵的起動(dòng)與速度調(diào)節(jié)，在運(yùn)行中改變了電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路中所串連的電阻，來(lái)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

液阻調(diào)速的原理：

三相異步電機(jī)的轉(zhuǎn)差率：

s=（n1–n）/n1

同步轉(zhuǎn)速n1=60f/p

通過(guò)計(jì)算可以得到電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速：

n=60f/p（1–s）

（其中n：電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速；n1：電機(jī)同步轉(zhuǎn)速；p：電機(jī)的極對(duì)數(shù)；f：所接電源頻率。）

通過(guò)公式可以看出來(lái)，只要改變了電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率s就可以改變電機(jī)轉(zhuǎn)速n。

由于轉(zhuǎn)差率s與繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈中串入的電阻成正比，轉(zhuǎn)子回路接入的電阻不一樣，其對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)差率也不一樣，接入的電阻越大，電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速就越低；接入的電阻越小，電機(jī)實(shí)際的轉(zhuǎn)速就越高；接入的電阻為零的時(shí)候，電動(dòng)機(jī)的速度就達(dá)到了全速，這就是液阻調(diào)速法的基本原理。轉(zhuǎn)子電阻的改變是通過(guò)傳動(dòng)裝置平滑地改變動(dòng)極板與靜極板之間的距離來(lái)改變?cè)谵D(zhuǎn)子中串接電阻的大小使電機(jī)的速度發(fā)生改變。液體電阻因?yàn)橥ㄟ^(guò)轉(zhuǎn)子電流而產(chǎn)生的熱量，只需要加裝能使液體進(jìn)行循環(huán)的強(qiáng)制泵，流經(jīng)換熱器進(jìn)行散熱即可。

液阻調(diào)速的特點(diǎn)：

1 與其它改變電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方案相比較，液阻調(diào)速可靠性能更高，且運(yùn)行維護(hù)的費(fèi)用更低（其維護(hù)工作主要是四年更換一次電機(jī)電刷、兩年補(bǔ)充一次導(dǎo)電液。電刷價(jià)格目前約為350元左右一套，電解質(zhì)免費(fèi)提供，導(dǎo)電液用水為軟水，由電廠自備）。

2 和電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速方案相比較，投入的資金更少。

3 除了可以使電動(dòng)的調(diào)速更加的靈活外，在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)也可以改變電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)性能，且啟動(dòng)的效果還非常不錯(cuò)。

4 因?yàn)檗D(zhuǎn)子回路串入的是純電阻，所以不會(huì)像變頻調(diào)速產(chǎn)生諧波，不會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成一點(diǎn)污染。

5 送風(fēng)機(jī)流量的調(diào)節(jié)基本上為線性，易于實(shí)現(xiàn)與DCS的聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)機(jī)爐協(xié)同系統(tǒng)投運(yùn)。

6 布置液體電阻所需地方較小、安裝起來(lái)也很方便。因?yàn)槭怯盟畞?lái)冷卻，所以對(duì)布置環(huán)境沒(méi)有什么特殊的要求，特別適合于發(fā)電廠的送風(fēng)機(jī)、給水泵類的節(jié)能改造。

7 液阻調(diào)速器用于繞線式電機(jī)改造比較方便，鼠籠式電機(jī)使用還須要先將鼠籠式轉(zhuǎn)子改造成繞線式轉(zhuǎn)子才能夠使用本方法。

8 由于串入電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的電阻會(huì)發(fā)熱，液體電阻調(diào)速的效率介于液力耦合器調(diào)速和變頻調(diào)速之間。

二、實(shí)施方案

針對(duì)焦作電廠的實(shí)際狀況，送風(fēng)機(jī)節(jié)能改造方案需要兩個(gè)步驟：

1 第一步將送風(fēng)電機(jī)的鼠籠式轉(zhuǎn)子先更換成繞線式的轉(zhuǎn)子。

2 第二步將液阻調(diào)速器通過(guò)開(kāi)關(guān)柜和集電環(huán)電刷接入到送風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)子回路中，通過(guò)控制電纜引到電廠控制室，接入DCS中，進(jìn)行遠(yuǎn)方的控制。

改造過(guò)后的送風(fēng)機(jī)應(yīng)該達(dá)到的指標(biāo)為：

（1）送風(fēng)機(jī)的速度調(diào)節(jié)可以連續(xù)，速度的調(diào)節(jié)范圍為50%～100%。

（2）送風(fēng)機(jī)可可以平滑起動(dòng)，起動(dòng)電流應(yīng)該滿足小于額定電流的1.3倍的要求。

（3）在送風(fēng)機(jī)連續(xù)起動(dòng)5～10次中，沒(méi)有嚴(yán)格的啟停間隔限制，利于消缺和試驗(yàn)。

（4）調(diào)速器對(duì)外聯(lián)鎖信號(hào)的設(shè)置符合電廠對(duì)控制部分的要求。

3 電機(jī)液阻調(diào)速器組成及工作原理

（1）電機(jī)液阻調(diào)速器組成：液體電阻箱、伺服電機(jī)、升降架、傳動(dòng)絲桿、散熱器、液體泵。電阻箱內(nèi)有電阻液、動(dòng)機(jī)板、靜極板。

（2）工作原理：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串入液阻調(diào)速器，通過(guò)計(jì)算機(jī)指令，當(dāng)需要增加轉(zhuǎn)速或降低轉(zhuǎn)速時(shí)，伺服電機(jī)通過(guò)帶動(dòng)傳動(dòng)絲桿，絲桿帶動(dòng)升降架來(lái)調(diào)節(jié)動(dòng)極板與靜極板之間的距離，電阻值隨之而改變，從而可以改變電動(dòng)機(jī)的速度。液體電阻由于轉(zhuǎn)子電流通過(guò)而發(fā)熱而產(chǎn)生熱量，造成液阻調(diào)速器中液體溫度升高，液體泵帶動(dòng)液體流動(dòng)，經(jīng)過(guò)散熱器形成循環(huán)，保證電阻器液體溫度在允許范圍內(nèi)運(yùn)行。

2012年3月，焦作電廠對(duì)#2爐兩臺(tái)送風(fēng)機(jī)進(jìn)行了液體電阻調(diào)速改造。

三、改造過(guò)后的安全效益分析

1 減小了送風(fēng)機(jī)在起動(dòng)時(shí)的大電流沖擊

液阻調(diào)速器在送風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)能起到一定的作用，可以將送風(fēng)機(jī)的起動(dòng)電流限制在額定電流的1.3倍以下，同時(shí)還能夠使多次的起動(dòng)，這樣就能夠消除大的起動(dòng)電流對(duì)送風(fēng)機(jī)和它的傳動(dòng)系統(tǒng)和主機(jī)的沖擊應(yīng)力，日常的維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用也可以降下來(lái)。

2 延長(zhǎng)了送風(fēng)機(jī)的使用壽命

再送風(fēng)機(jī)上采用液體調(diào)速器后，送風(fēng)機(jī)的的加減速特性曲線發(fā)生了變化，軸承上沒(méi)有應(yīng)力負(fù)載的作用，這樣就延長(zhǎng)了送風(fēng)機(jī)的軸承壽命。另外，送風(fēng)機(jī)葉片的磨損也有減少，送風(fēng)機(jī)葉片等的壽命也延長(zhǎng)了，從而整個(gè)送風(fēng)機(jī)改造過(guò)后的壽命有了整體的增加。

3 送風(fēng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)的噪音降低和振動(dòng)減小

送風(fēng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲，與葉輪圓周速度的6～10次方成正比，降低送風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速就能大幅度降低送風(fēng)機(jī)在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的噪音。同時(shí)還減小了送風(fēng)管道的振動(dòng)，風(fēng)壓波動(dòng)減小。

四、節(jié)能效益分析

1 根據(jù)DCS歷史數(shù)據(jù)分析

（1）時(shí)間選取

為了避免人員抄表誤差，采用較長(zhǎng)時(shí)間段（5天）數(shù)據(jù)分析，液體電阻調(diào)速運(yùn)行時(shí)間段、全速運(yùn)行時(shí)間段均為兩臺(tái)送風(fēng)機(jī)運(yùn)行，平均負(fù)荷盡量相近。根據(jù)以上條件，#2爐送風(fēng)機(jī)液體電阻調(diào)速運(yùn)行時(shí)間選取2012年6月19日至23日，#2爐送風(fēng)機(jī)全速運(yùn)行時(shí)間選取2012年7月22日至26日。

（2）數(shù)據(jù)分析

#2爐送風(fēng)機(jī)液體電阻調(diào)速運(yùn)行期間，每班平均電量141.74萬(wàn)kW·h，平均負(fù)荷177.2MW，送風(fēng)機(jī)平均耗電量1.2876萬(wàn)kW·h，送風(fēng)電量占發(fā)電量比值0.90354%。

#2爐送風(fēng)機(jī)全速運(yùn)行期間，每班平均電量135.89萬(wàn)kW·h，平均負(fù)荷169.9MW，送風(fēng)機(jī)耗電量1.2706萬(wàn)kW·h，送風(fēng)電量占發(fā)電量比值0.93310%。

送風(fēng)機(jī)采用液體電阻調(diào)速?gòu)S用電率降低0.0296%。

#2機(jī)組每天發(fā)電量按140萬(wàn)kW·h× 3=420萬(wàn)kW·h計(jì)算，送風(fēng)機(jī)采用液體電阻調(diào)速每天節(jié)電1243千瓦時(shí)，扣除冷卻電機(jī)耗電量5.5kW×24h=132kW·h，實(shí)際節(jié)電約1110kW·h。

2012年8月，進(jìn)行了#2爐送風(fēng)機(jī)液體電阻調(diào)速節(jié)能效果專項(xiàng)試驗(yàn)。由于條件限制，試驗(yàn)只在160MW負(fù)荷下進(jìn)行。保持吸風(fēng)機(jī)、排粉機(jī)的運(yùn)行工況和參數(shù)穩(wěn)定，保持一次總風(fēng)壓、二次總風(fēng)壓、爐膛出口氧量基本不變。測(cè)量送風(fēng)機(jī)全速運(yùn)行和調(diào)速運(yùn)行時(shí)的耗電量。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，送風(fēng)機(jī)采用液體電阻調(diào)速，一天節(jié)電約電量7000kW·h，廠用電率下降0.2%。按每度電0.33元計(jì)算，一天節(jié)約資金2310元，按每年運(yùn)行300天算，一年節(jié)電210萬(wàn)kW·h電量，一年節(jié)約資金69.3萬(wàn)元，一年收回改造成本。

五、運(yùn)行方式建議

由于低負(fù)荷時(shí)停運(yùn)一臺(tái)送風(fēng)機(jī)節(jié)電效果最好，而且液體電阻調(diào)速風(fēng)機(jī)啟動(dòng)特性好，便于較頻繁地啟動(dòng)和停運(yùn)，建議對(duì)于液體電阻調(diào)速的風(fēng)機(jī)低負(fù)荷時(shí)停運(yùn)一臺(tái)運(yùn)行，這種運(yùn)行方式既能保證機(jī)組出力又能很好的節(jié)能性。

參考文獻(xiàn)

[1]林永峰，王云峰.電廠鍋爐送風(fēng)機(jī)液體電阻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用研究[J].中國(guó)科技博覽，2014（03）：636-637.分類號(hào)：TK223 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A