电厂风机节能研究与改造

风机是一种把原动力的机械能转换为气体能量的机械,以空气为介质来完成特定任务,广泛用于煤炭、化工、电力及国防等部门,是一种量大面广、耗电多浪费严重、节能潜力巨大的通用流体机械。在火力发电厂中,风机种类很多,如送风机、引风机、排粉风机、一次风机、烟气再循环风机及密封风机等,都是电厂重要的辅助设备,其中送风机和引风机被誉为电厂“呼吸系统”。传统的风机控制是全速运转,即不论生产工艺的需求大小,风机都提供固定风

量,而生产工艺往往需要对炉膛压力、风速、风量及温度等指标进行控制和调节,最常用的方法是通过调节风门或挡板开度的大小来调整受控对象,这样就使得相当多的能量以风门、挡板的截流损失消耗掉了。其耗电量占全国总发电量的10. 4% ,众多通风系统运行效率仅为45%～50% ,由此可见,提高风机的效率有利于电厂的经济运行。

1 发电厂风机耗能分析

1. 1 富裕容量大

发电厂内风机是按照锅炉、汽轮机最大负荷进行选配的。从安全运行角度出发,一般把风机的容量选得比主机大一些,如风机的出力必须在通风系统最大流量和阻力的基础上增加5% ～10%的富裕量,锅炉的容量又比汽轮机的出力大,汽轮机则必须大于发电机的出力,如此层层上升,使电厂的风机出力比实际运行需要大20%～30%。有的还要考虑系统阻力变化、设备磨损、漏隙、流量及压力等对富裕量的影响,从而导致有的电厂风机出力比实际需要大30%以上, 使运行效率大大降低, 具体影响见表1。

表1 富裕风量对风机效率的影响

风量/ (m3 /h) 风压/kPa 富裕度/% 风机效率/%

455 000 6. 46 0 85

414 000 5. 34 10 77

379 000 4. 49 20 66

350 000 3. 82 30 34

1. 2 风机定速运行,高效区窄

由于电力系统调峰,发电厂的负荷一般处于变动状态,特别是某些承担调峰运行的发电机组,其负荷变化的幅度较大,有的可从100%负荷降到60%,甚至更低。与其配套的风机应相应调整,使其满足主机需要。由于风机大多采取定速运行,其负荷不便调节,一般都采取调节挡风板或阀门的开度来控制流量和压力,造成很大的节流损失,浪费大量能源。电厂大多数风机设备效率曲线的高效区较窄,加上富裕量大,使其不能在设计的额定工况下运行,如遇调峰、负荷变化,则更使其远离高效运行区,效率下降很多。据调查,大约有50%的风机实际运行

效率低于70%。

2 风机节能特性分析

风机电动机输出的轴功率为

Pf =qV p/ 102η1η2,

式中: Pf ———风机轴功率; kW

qV ———风量,m3 /h;

p ———风压, Pa;

η1 ———风机效率; 电厂风机节能研究与改造

η2 ———传动机效率。

风机电动机的轴功率P与其风量qV 、风压p之间的关系为 P∝ qV p。 当电动机的转速由n1 变化到n2 时,风量由qV1变为qV2 ,其中, qV , p, P与转速的关系为

qV2 = qV1 ( n2 / n1 ) ,

p2 = p1 ( n2 / n1 ) 2 ,

P2 = P1 ( n2 / n1 ) 3。

由上面几个公式可以看出,风机的风量与风机电动机的转速成正比,风压与转速的平方成正比,风机的轴功率等于风量与风压的乘积,即风机的轴功率与电动机转速的3次方成正比。

图1是风机的流量qV 和风压p的关系曲线,曲线1为风机在转速n1 下风压- 流量( p - qV )的特

性;曲线5为转速n2 下风压- 流量的特性曲线;曲线2为在转速n1 下的功率- 流量( P - qV )的特性;

曲线3、曲线4为管阻特性曲线。假设风机在标准工作点A 的效率最高,输出流量为100%时,此时,轴功率P1 与面积Ap1OqV1成正比。

图1 风机变频节能原理图

当流量从qV1 减小到qV2 时,如果采用调节阀门方法使管阻特性从曲线3变成曲线4,系统由原来

的标准工作点A 变到新的工作点B 运行。此时,风压增加,轴功率P2 与面积B p2OqV2成正比。

如果采用变频器控制方式,风机转速由n1 降到n2 ,在满足Cp3OqV2不变的情况下,风机风压p3 大幅

度降低,轴功率p3 与面积Cp3OqV2成正比,轴功率P3与P1 , P2 相比较,将显著减小,节省的功率损耗ΔP与面积B p2 p3 C成正比,节能的效果非常明显。

3 变频调速

前面分析了改变风机转速调节工况的优越性。实现风机转速的改变有很多途径,过去主要采用机械方法。目前,中小型风机大都采用电动机直联传动,所以,可通过改变电动机转速来改变风机的转速。电动机的转速由下式决定 n = 60f /P , 式中: n ———电机同步转速, r /min;

f ———电源频率, Hz;

P ———电机磁极对数。

由上式可知,改变电源频率或磁极对数,都可以改变电机转速。

3. 1 变频调速的工作原理

变频调速通过改变电动机供电电源的频率,以改变旋转磁场的旋转速度,从而使电动机的转速得到改变。该种调速方法的主要优点是调速范围广、精度

高、效率好,能实现连续无级调速,便于自动控制。从风机负载特性可看出,风机的机械特性具有二次方律特征,即转矩与转速的二次方成正比例变化。在低速时由于流体的流速低,所以负载的转矩很小,随着电动机转速的增加,流速加快,负载转矩和功率越来越大。负载转矩TL 和转速nL 之间的关系可用下式表示 TL = T0 + KT nL 。

根据负载的机械功率PL 和转矩TL、转速nL 之

间的关系,有

PL = TL nL /9 550 。

则功率PL 和转速nL 之间的关系

PL = P0 + KP nL。

其中, T0 , P0 为常数; PL , TL 分别为 …… 此处隐藏：2973字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……