電廠動力設備節(jié)能技術分析

（中國電建集團山東電力建設第一工程有限公司，濟南 250102）

當前，新能源越來越多地應用到工業(yè)生產(chǎn)中，雖然我國大力發(fā)展風能、太陽能等新能源，但是煤炭、石油等不可再生資源仍在我國能源結(jié)構(gòu)中占比較大。我國能源利用率較低，對資源的利用并不充分，與歐美國家相比，火力發(fā)電的能源消耗較大，加劇了我國資源的緊張。所以，節(jié)能減排勢在必行。動力設備的節(jié)能技術研究是火力發(fā)電廠降低能耗的重要一環(huán)。電廠節(jié)能減排主要從發(fā)電機組的運行進行調(diào)控，最終達到最佳運行狀態(tài)。本文將對電廠的發(fā)電方式進行分析，然后找出節(jié)能的有效措施。

1 電廠節(jié)能研究動態(tài)

隨著經(jīng)濟、技術的發(fā)展，發(fā)電技術逐漸朝自動化方向發(fā)展，出現(xiàn)了大量自動化動力設備。目前，地球上的不可再生能源越來越少，節(jié)能降耗已經(jīng)成為全球矚目的問題，電廠節(jié)能降耗已經(jīng)有大量的研究。電廠使用制粉工藝，以往耗費了大量能源[1]。

目前，火力發(fā)電廠節(jié)能減排措施主要有以下幾點。一是節(jié)能基礎管理，發(fā)電廠通過技術優(yōu)化、完善節(jié)能管理機制等基礎管理進行節(jié)能。二是節(jié)能型檢修，通過電廠內(nèi)設備的檢修來完善設備，通過檢修使設備處于最佳工作狀態(tài)，降低故障率，提高設備的可靠性。三是燃料管理，使電廠燃料充分利用，保障能源不浪費。選用性能好的煤質(zhì)，開展煤質(zhì)性能研究，有利于充分利用基礎能源，有利于開展節(jié)能工作。

火力發(fā)電廠的能源主要耗費在磨制煤炭工藝上，許多老舊電廠的磨制效率低，造成能耗過高。已有研究發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化機行性能，可以提高制粉效率。制粉常用的是高效離心風機，風機流量控制決定能耗的多少，通常風機能耗較大。風機節(jié)能是電廠動力設備節(jié)能的重要環(huán)節(jié)。凝結(jié)水泵是電廠中能耗較大的設備，該設備運行功率高，但是效率偏低，所以提高凝結(jié)水泵的使用效率是電廠動力設備節(jié)能的關鍵一環(huán)。此外，電動機需要消耗大量能源，在改變負荷工作時，需要調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速，電動機變負荷工作主要通過變頻調(diào)速裝置來實現(xiàn)。所以，本文對上述三種高耗能設備進行節(jié)能分析。

2 發(fā)電廠高效離心風機節(jié)能分析

目前，我國大多使用離心式風機，需要以80%的負荷工作，當需要調(diào)峰時，一臺高效離心風機并不能滿足工作要求。因此，人們需要在風機入口處調(diào)節(jié)流量，但是往往不能達到良好的效果[1-2]。根據(jù)壓力和流量，人們應盡量選擇與電廠適應的風機型號。在風機給鍋爐提供空氣時，燃燒會造成高溫氣體向引風機流動進而排入煙道。不同情況往往需要不同風量來提供穩(wěn)定的風壓。因此，在降低風機能耗時，最有效的方法就是調(diào)整風量。近年來，新型循環(huán)風機和排粉風機等高效風機取得了不錯的應用效果[3]。

離心風機通過變頻器進行控制，在沒有變頻器參與時，風機檢查口呈關閉狀，變頻器會通過遠程控制實現(xiàn)信號傳輸。信號傳遞后，系統(tǒng)進入自動檢查階段，2 s后，變頻系統(tǒng)會將啟動指令發(fā)送到處理端，完成風機啟動，通過該啟動方式，風機的打開度高達96%，風機效率大大提高。

3 凝結(jié)水泵節(jié)能技術分析

凝結(jié)水泵是低壓力水泵的一種，通常,電廠使用兩臺凝結(jié)水泵，一用一備。凝結(jié)水泵在工作時通常會出現(xiàn)以下問題。首先，凝結(jié)水泵恒速工作，其主要利用電動門來調(diào)節(jié)流量，造成出口處水壓過高，使水出現(xiàn)大量損失，甚至損壞水泵。其次，電動門為機械結(jié)構(gòu)，在調(diào)節(jié)水泵時，有可能出現(xiàn)調(diào)節(jié)延緩的情況，無水會影響凝結(jié)泵的正常運行。凝結(jié)泵流量調(diào)節(jié)會影響熱井水位變化，水位變化會對水泵造成損害[2-4]。綜上，凝結(jié)泵的不當使用不僅會造成大量能源浪費，還有可能損壞水泵，所以應該對凝結(jié)水泵進行節(jié)能技術分析。

凝結(jié)水泵中，凝結(jié)器會通過凝結(jié)作用將水抽出，再通過加壓設備送回加熱系統(tǒng)。目前，凝結(jié)水泵節(jié)能改造主要應用變頻技術。研究發(fā)現(xiàn)，變頻技術可以顯著提升凝結(jié)水泵運行效率。改造前，低負荷運行時，一臺凝結(jié)設備工作，當高負荷運行時，備用凝結(jié)水泵啟動。在兩種負荷運行狀態(tài)下，電廠可以通過加減水量的方法來控制水位，凝結(jié)水泵改造可以大大節(jié)約電量和水量。

4 電廠高壓變頻技術節(jié)能應用

4.1 變頻技術工作原理

近年來，變頻器在電廠中的應用越來越廣泛，高壓變頻器分為電壓型和電流型。變頻技術通過控制電源頻率來控制電機轉(zhuǎn)速，它是目前改變電動機速度的最好辦法。高壓變頻技術能夠降低電動機工作電流，提高設備工作的穩(wěn)定性。變頻系統(tǒng)具有許多優(yōu)點，目前電廠大多采用這種方式。如果凝結(jié)水泵和風機運用變頻技術，就可以大大提高工作效率，節(jié)約大量能源。

4.2 變頻調(diào)速優(yōu)點

變頻調(diào)速具有突出的優(yōu)點。一是能夠節(jié)約能源。傳統(tǒng)調(diào)速方法通過調(diào)節(jié)風門開度來控制速度變化，存在許多缺點。例如，當流量較小時，風機和泵機仍然按照額定功率運行，消耗不必要的能源。變頻系統(tǒng)的電機能夠節(jié)約這部分的能量損失，提高工作效率。二是可以延長設備使用壽命。變頻系統(tǒng)能夠減少電網(wǎng)沖擊，提高電動機壽命。變頻器可以補償電動機的無功功率，功率因數(shù)明顯提高。三是能夠保護電機。在發(fā)電功率單元出現(xiàn)意外時，變頻系統(tǒng)能夠使其旁路電路繼續(xù)正常工作。此時，變頻器能夠在帶電情況下進行功率單元變換，保證變頻系統(tǒng)的可靠作用，然后平穩(wěn)地調(diào)控電動機轉(zhuǎn)速等參數(shù)。電動機會在變頻器的調(diào)控下保障機組穩(wěn)定安全工作。變頻系統(tǒng)調(diào)控發(fā)電機具有其他方式無法比擬的優(yōu)勢，所以其被視為最有前景的調(diào)控方式并被廣泛應用在各行業(yè)中。

4.3 變頻器節(jié)能原理

在高壓變頻器調(diào)控發(fā)電機轉(zhuǎn)速時，人們通常調(diào)控氣動閥門來控制水流量的大小。在調(diào)節(jié)過程中，氣動閥門有大量的能量損失，但是變頻系統(tǒng)會分配設備的風量和水量，使轉(zhuǎn)速達到要求。變頻器通過設備的實時負荷來調(diào)整電機功率，然后調(diào)控電機轉(zhuǎn)速，所以，當電動機處于低負荷狀態(tài)時，變頻器將會調(diào)控轉(zhuǎn)速，降低設備能耗，提高動力設備工作效率和電廠經(jīng)濟效益。

4.4 高壓變頻器的節(jié)能方法

目前，調(diào)控電機轉(zhuǎn)速的方法主要有串極調(diào)速、變頻調(diào)速、閥門調(diào)節(jié)、外部耦合器調(diào)節(jié)和變極調(diào)節(jié)等。其中，串極調(diào)速利用轉(zhuǎn)子電路的不同電動勢來控制電動機速度。該方法擁有極高的調(diào)速性能，但是調(diào)速過程非常復雜，一般只適用于繞線式電機。外部偶和調(diào)節(jié)是另一種不常用的調(diào)節(jié)方式，此方法操作復雜，調(diào)節(jié)速率變化小。變頻調(diào)速是大力發(fā)展的一種調(diào)速方式，該方法具有很高的傳遞速率，能夠提升電機壽命和設備的穩(wěn)定安全性[5]。在調(diào)節(jié)過程中，閥門調(diào)節(jié)方法消耗了過多的不必要能量，所以不被廣泛應用，在調(diào)節(jié)速度時，摩擦力和阻力導致能量的大量損失。

此外，轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速操作比較簡單，成本較低，但是其調(diào)速幅度較小，能量消耗較多，不適宜廣泛應用[6]。一些直接啟動的電機采用軟啟動同樣能夠起到節(jié)能的作用?？墒?，軟起動會產(chǎn)生極大的感應電流，電流會對電機和供電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊，在長時間沖擊作用下，電機線路容易老化，嚴重影響電動機的安全性和使用時間[7]。在進行變頻改造后，變頻器能夠提升電機中的電流，直至達到正常電流的大小，大大減少了啟動給電機帶來的沖擊，延長電機的使用壽命。

5 結(jié)論

本文分析了火力發(fā)電廠凝結(jié)水泵和風機的工作原理和運行特點，研究了電廠高壓變頻技術的節(jié)能應用。目前，高壓變頻技術日趨完善，可以廣泛應用到電廠動力設備中，如吹風機和水泵等，以提高工作效率，促進我國新舊動能轉(zhuǎn)換。今后應該繼續(xù)對電廠動力設備進行節(jié)能技術研究，研發(fā)新工藝，進一步發(fā)掘高壓變頻技術的節(jié)能潛力。