電機(jī)永磁調(diào)速技術(shù)應(yīng)用分析

康 宇，王會(huì)平，鐘建清，劉進(jìn)海

（陜西榆林能源集團(tuán)楊伙盤煤電有限公司，陜西榆林 719316）

1 背景

電廠項(xiàng)目風(fēng)機(jī)及水泵流量通常都以最大需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，采取閥門、風(fēng)門擋板等形式調(diào)整流量?？涩F(xiàn)實(shí)運(yùn)用中，流量隨著各類因素改變，通常相比最大流量要小很多。運(yùn)用調(diào)節(jié)擋板或者閥門來調(diào)整流量，本質(zhì)是以變化管網(wǎng)的阻力大小而變化流量，不僅存在節(jié)流損失，而且會(huì)讓風(fēng)機(jī)水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)難以達(dá)到最佳效率點(diǎn)，從而耗損能量。在機(jī)組變負(fù)荷運(yùn)行的情況下采取可調(diào)速系統(tǒng)，能夠極大的降低節(jié)流耗損，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的效果。其中，凝泵、輔機(jī)循環(huán)水泵、漿液循環(huán)泵等泵類設(shè)備調(diào)速需求大，調(diào)速節(jié)能效果好。

2 3 種調(diào)速技術(shù)簡(jiǎn)介

液力偶合器調(diào)速：屬于低效調(diào)速形式，調(diào)速的范圍局限，高速丟轉(zhuǎn)約5%～10%，低速轉(zhuǎn)差損耗較大,最高能夠達(dá)到額定功率的30%以上,調(diào)速的過程中綜合效率較低，通常工況下效率為60%～70%。另外還存在精度低、啟動(dòng)電流大、不適合改造、維護(hù)復(fù)雜、耗資大等缺點(diǎn)，現(xiàn)在應(yīng)用愈來愈少。

高壓變頻器調(diào)速：現(xiàn)今運(yùn)用較為普及且比較先進(jìn)的技術(shù)，采取電力電子技術(shù)以達(dá)成對(duì)電機(jī)速度展開調(diào)節(jié)，能夠有效的依據(jù)現(xiàn)實(shí)工況進(jìn)行自動(dòng)控制，能夠達(dá)到較為高效的節(jié)能效果?？墒枪ぷ髦谐霈F(xiàn)諧波，且其電子組件眾多及易老化，一旦某些重要元器件出現(xiàn)故障，則會(huì)影響整體的使用性能。另外，電容器相對(duì)而言比較“嬌貴”，對(duì)溫度、粉塵、溫度等比較敏感，平時(shí)需要專業(yè)人員維護(hù)，隨著使用年限的增加，后期使用維護(hù)費(fèi)用會(huì)逐年增高。整體來看，變頻器的使用壽命一般為10 年左右。

永磁傳動(dòng)與調(diào)速器：永磁驅(qū)動(dòng)技術(shù)為專門針對(duì)風(fēng)機(jī)及泵類離心負(fù)載調(diào)速節(jié)能的調(diào)速技術(shù)。其有著高效節(jié)能、可在惡劣環(huán)境下應(yīng)用、延長(zhǎng)系統(tǒng)使用期等特征。同時(shí)，調(diào)節(jié)范圍廣、響應(yīng)速度快、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、后期維護(hù)成本低，能夠在-10～﹢50℃環(huán)境溫度的條件下長(zhǎng)期運(yùn)用。

3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比

永磁調(diào)速器、變頻器、液力偶合器對(duì)比見表1。

表1 永磁調(diào)速器、變頻器、液力偶合器對(duì)比表

小結(jié)：對(duì)比發(fā)現(xiàn)，液力耦合調(diào)速方式相對(duì)落后，應(yīng)用較少。變頻調(diào)速方式效率高、響應(yīng)快、節(jié)能效果好、技術(shù)成熟，但維護(hù)量大，對(duì)電機(jī)運(yùn)行壽命影響大，易損電子元件多，維護(hù)費(fèi)用高，操作繁瑣。永磁調(diào)速節(jié)能率較高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行維護(hù)量很小、占地面積小、環(huán)境適應(yīng)性好，但技術(shù)處在推廣期，設(shè)備一次性投入較高（與進(jìn)口變頻器費(fèi)用相當(dāng)）、大功率負(fù)荷應(yīng)用業(yè)績(jī)少，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范尚不全面，廠家技術(shù)參差不齊，用戶反饋好壞不一，頭部效應(yīng)較為明顯等。

4 具體負(fù)荷的應(yīng)用分析

經(jīng)調(diào)研交流，永磁調(diào)速在離心泵類負(fù)荷應(yīng)用反饋較好，此次報(bào)告著重比選凝結(jié)水泵的應(yīng)用情況分析及漿液循環(huán)泵的配置方案對(duì)比。

4.1 凝泵變頻與永磁調(diào)速對(duì)比

以2000 kW 高壓電機(jī)為列，對(duì)永磁調(diào)速與高壓變頻器的投資和使用費(fèi)用做如下對(duì)比（表2、表3、表4）：

表2 初期投資造價(jià)表 萬元

表3 年均使用成本分析表 萬元

表4 10 年綜合使用成本分析表 萬元

分析來看，永磁調(diào)速裝置長(zhǎng)期使用成本較變頻調(diào)速裝置略低，二者節(jié)能效果相當(dāng)。

4.2 漿液循環(huán)泵的應(yīng)用分析

燃煤電廠脫硫系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用中電耗是最大的費(fèi)用，針對(duì)脫硫系統(tǒng)運(yùn)行的優(yōu)化研究，對(duì)提高火電廠運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性意義重大。漿液循環(huán)泵作為石灰石－石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)的最主要設(shè)備之一，其耗電量約占整個(gè)脫硫系統(tǒng)的65%～75%左右，漿液循環(huán)泵的節(jié)能降耗具有重大的意義。根據(jù)需求，針對(duì)幾種漿液循環(huán)泵的配置方案進(jìn)行比較論證。

4.2.1 方案一：普通異步電機(jī)+減速機(jī)+漿液泵

此種方式應(yīng)用最為廣泛。該方案中電機(jī)采用普通高壓異步電動(dòng)機(jī)（4 極電機(jī)），通過減速機(jī)降速（變速至400～600 r/min）帶動(dòng)漿液泵，泵為大流量、低揚(yáng)程耐磨耐腐蝕泵。

優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，傳動(dòng)效率高，系統(tǒng)內(nèi)部組件均為成熟產(chǎn)品，使用維護(hù)方便。

缺點(diǎn)：①電機(jī)采用直接啟動(dòng)方式，對(duì)系統(tǒng)沖擊大，易造成減速機(jī)斷齒、軸承磨損嚴(yán)重、聯(lián)軸節(jié)損壞等，維護(hù)工作量大；②系統(tǒng)一直保持恒速運(yùn)行，當(dāng)工況發(fā)生變化時(shí)，只能通過啟停漿液泵的數(shù)量來滿足，缺少其他調(diào)整手段，無法按實(shí)際要求進(jìn)行實(shí)時(shí)精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，造成大量的能耗浪費(fèi)，同時(shí)影響吸收塔中漿液的穩(wěn)定性。

4.2.2 方案二：普通異步電機(jī)+永磁調(diào)速器+減速機(jī)+漿液泵

此方案為在方案一的基礎(chǔ)上，在電機(jī)和減速機(jī)之間加裝永磁調(diào)速器而來，電機(jī)、減速機(jī)、漿液泵同方案一，仍采用原來的設(shè)備。

優(yōu)點(diǎn)：①大功率永磁調(diào)速器作為近些年來新開發(fā)的一項(xiàng)突破性新技術(shù)，選用磁力非接觸傳遞扭矩，其技術(shù)先進(jìn)、可靠，有大量成熟的案例可供借鑒；②可實(shí)時(shí)精準(zhǔn)調(diào)節(jié)負(fù)載的轉(zhuǎn)速，滿足工藝要求的同時(shí)，達(dá)到降速節(jié)能的目的，其節(jié)能效果顯著，從大量過往的案例來看，其節(jié)能率可達(dá)25%～40%；③設(shè)備之間由原來的硬聯(lián)接改為非接觸性的軟聯(lián)接，解決安裝對(duì)心問題，降低設(shè)備振動(dòng)；其緩沖啟動(dòng)特性可減少?zèng)_擊，提高電機(jī)與負(fù)載的可靠性，減少維護(hù)工作量；④永磁傳動(dòng)為純機(jī)械調(diào)速，具有高可靠性，在潮濕、粉塵大等惡劣環(huán)境下應(yīng)用時(shí)其使用價(jià)值愈明顯，使用壽命長(zhǎng)（整體壽命可達(dá)25 年以上），日常運(yùn)行時(shí)免維護(hù)；⑤永磁調(diào)速器自身不耗電，不產(chǎn)生高次諧波，低速運(yùn)行時(shí)不造成電機(jī)發(fā)熱。

缺點(diǎn)：①加裝永磁調(diào)速器后，由于永磁調(diào)速器需占用一定場(chǎng)地，系統(tǒng)整體軸間長(zhǎng)度要加大1.3 m 左右。改造項(xiàng)目需考慮安裝空間，對(duì)電機(jī)進(jìn)行后移，但對(duì)于新建項(xiàng)目來說不存在此問題；②雖然永磁調(diào)速器日常運(yùn)行時(shí)無需維護(hù)，但每6～8 年根據(jù)需要對(duì)永磁調(diào)速器內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)軸承進(jìn)行更換；③該調(diào)速器需裝在電機(jī)和減速機(jī)之間，在泵無調(diào)速要求時(shí)，反而會(huì)降低電能利用效率（電機(jī)到泵行程變長(zhǎng)）；④永磁調(diào)速器可在－10～＋50 ℃環(huán)境溫度條件下長(zhǎng)期使用，但我公司為3 塔合一，根據(jù)榆能橫山煤電記錄，塔內(nèi)夏季溫度最高可達(dá)58 ℃，大部分白天溫度約為55 ℃，所以已超出永磁調(diào)速器正常運(yùn)行溫度；⑤永磁調(diào)速器降低漿液循環(huán)泵轉(zhuǎn)速后，泵出口壓力同時(shí)降低，噴淋層噴嘴均有最低壓力要求，設(shè)置永磁調(diào)速器后，對(duì)應(yīng)噴淋層噴嘴需設(shè)計(jì)不同型式、壓力及流量，與其他噴淋層噴嘴存在差異，噴嘴不能互為備用。

5 結(jié)論及意見

永磁調(diào)速作為目前世界上新興的電機(jī)調(diào)速節(jié)能技術(shù)，技術(shù)理論支撐充分，具有結(jié)構(gòu)特點(diǎn)簡(jiǎn)單、系統(tǒng)簡(jiǎn)潔、節(jié)能效果突出、后期維護(hù)便利的特點(diǎn)。國(guó)家《節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃》中明確提出了電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能。采取節(jié)能電動(dòng)機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵及變壓器等更新并裁減落伍耗電的設(shè)備，對(duì)電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行變頻調(diào)速、永磁調(diào)速、無功補(bǔ)償?shù)裙?jié)能改造，完善系統(tǒng)運(yùn)行及控制，提升系統(tǒng)整體的運(yùn)行效率。同時(shí)永磁調(diào)速技術(shù)雖未大規(guī)模推廣，大規(guī)模應(yīng)用受價(jià)格等因素影響尚未成熟，但已有越來越多的大功率電機(jī)應(yīng)用業(yè)績(jī)，用戶反響較好。

結(jié)合電廠實(shí)際運(yùn)行工況，建議漿液循環(huán)泵在保證脫硫效率的前提下，確保機(jī)組長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行，且節(jié)約投資，采用普通異步電機(jī)+減速機(jī)+漿液泵。凝結(jié)水泵保證安全可靠運(yùn)行的同時(shí)，提高電機(jī)運(yùn)行效率，降低運(yùn)行成本。采用1 臺(tái)永磁調(diào)速運(yùn)行，1 臺(tái)工頻運(yùn)行的方案。