电厂风机节能改造分析

电厂风机节能改造分析（精选8篇）

电厂风机节能改造分析 第1篇

风机是火力发电厂的主要辅机, 是为锅炉输送燃料、氧气和排烟的主要动力源, 风机的安全经济运行关系到电厂的整体运行。风机是火力发电厂内部耗电大户, 风机耗电量一般占到了厂用电量的30%, 所以近几年针对风机的节能改造成为了火电厂节能优化的重点。而火电厂风机节能改造一般采用的方法是进行风机变频改造, 即由原来的节流调节方式转变为变频调速方式。

1 风机运行能耗分析

风机节能改造首先要进行能耗分析, 通过风机设计、启停、控制、运行等方面的分析, 总结出需要解决的能耗问题, 从而提出合理的节能改造方案。

1.1 风机性能

出于对动力源安全性的考虑, 火电厂风机设计选型时一般裕量较大, 其中引风机最为典型, 而配套的电机容量则更大。

这样导致当机组低负荷运行时, 风机的运行点远离风机性能曲线的高效率点, 风机效能无法得到充分利用。

1.2 风机启动

一般电机直接启动时, 启动电流会达到电机额定电流的6～7倍[1], 这个过程中产生的机械冲击和电冲击会对电机等设备造成影响, 降低其使用寿命, 产生损耗。

1.3 风机运行调节

锅炉负荷发生变化时, 需要调节锅炉的给煤量、给水量和风量, 而风机定速运行时风量的调节只能依靠风门 (挡板开度) 进行节流调节, 即调低静叶角度, 这样会造成两个问题:

1) 反应速度慢、调节不精确, 风机无法准确及时的响应机组负荷的动态变化;

2) 风门开度减小, 阻力损失增加, 而输入功率并无变化, 造成能耗损失。

1.4 风机的喘振

有些风机在性能曲线下降段工作是稳定的, 而在上升段工作 (低负荷运行) 是不稳定的。风机在不稳定工作区工作时会产生喘振[2], 即出现流量周期性大范围变化, 同时伴有振动和噪声, 造成安全隐患和能耗损失。

2 变频调速原理和优点

通过风机运行能耗分析可以看出, 要减少风机启停和运行过程中的能耗问题, 风机的节能改造从根本上需要实现风机启动和运行的变速调节, 即由原有的节流调节方式转变为变频调速方式。

2.1 变频调速原理

要实现风机交流电动机的调速 (包括异步电动机转速n和同步电动机转速n1) , 可以通过以下途径实现:改变磁极对数p (变极) ;改变电源频率f1 (变频) ;改变异步电机转差率s[1], 其变频原理表示为:

$n=n{}_1(1-s)=\frac{60f{}_1}{p}(1-s)(1)$

采用变极调速时, 一般为双速电动机, 但双速电动机仍为有级调速, 不能实现连续调速, 变速时仍会产生冲击电流。而当极对数p一定、转差率s变化又很小时, 转速和频率基本成正比, 即为变频调速, 基于这个原理可以使用变频电源 (变频器) 实现真正的连续转速调节。

2.2 变频调速改造

目前的风机变频调速改造主要方式是, 摒弃原有的风门调节方式, 不改变原有的风机和电机, 加装变频器, 利用变频器实现风机的启动和风量的变频调节, 实现转速和风量的连续调节, 从而解决了定速情况下出现的能耗问题。

风机采用变频调速的优点有:调速效率高, 频率变化时电动机转差损失不增加;调速效率宽, 适用于经常处于低负荷状态下运行的状态;必要时, 变频装置可方便地退出运行;变频装置可以兼做启动设备。

3 变频改造节能效果分析

以某电厂风机变频改造实例进行节能效果分析, 该电厂属于典型的热电联产电厂, 承担着城市主要的供暖任务, 由于煤价上涨等原因, 自身进行节能改造的需求较大, 因此进行了风机的节能变频改造。为了验证节能效果, 选取一个机组的引风机和一次风机进行了试验。

3.1 试验工况

该电厂为循环流化床锅炉, 最大负荷410 t/h, 每台锅炉配备有2台离心式一次风机、2台离心式引风机, 试验选取1台锅炉的引风机和一次风机进行。以锅炉负荷和风机的变频、工频状态为工况条件, 共计330 t/h (工况一) 、300 t/h (工况二) 2个负荷, 风机变频和工频2种状态。工频状态就是将电机运行频率逐步调节为50Hz固定, 模拟改造前的风机运行状态。

3.2 试验参数

试验期间机组负荷保持基本稳定, 以风机电动机输入功率即风机的耗电率和风机单耗为测量和分析的主要参数, 对比变频、工频状态下的风机功率, 得到节电率, 从而分析风机变频改造的节能效果。风机功率的测量和计算公式如下:

${\rm N}=\frac{3600nC{}_{\text{t}}{\rm P}{}_{\text{t}}}{tA}(2)$

式中:N风机电动机输入功率;

n在时间t内电表电枢的回转数;

Ct电流互感系数;

Pt电压互感系数;

t电枢的回转时间, s;

A电能表常数, 表示每千瓦时圆盘的回转数。

此次试验的电能表常数A=10000r/kWh, 引风机Ct=200∶1, Pt=6000∶100;一次风机Ct=300∶1, Pt=6000∶100。

3.3 引风机变频改造节能效果试验

引风机设计裕量一般最大, 变频改造的预期效果也较大。试验结果如表1～表3所示。

3.4 一次风机变频改造节能效果试验

一次风机是锅炉运送燃料的主要动力源, 所以一次风机的运行调节关系到整个机组的负荷变化。试验结果如表4～表6所示。

3.5 节能分析

1) 风机变频运行后, 引风机单耗由原来的2.70kWh/t降低为0.98kWh/t, 一次风机单耗由原来的2.88kWh/t降低为1.40kWh/t。

2) 对比风机变频前后, 引风机的节电率达到60%, 一次风机的节电率达到50%。

3) 通过变频改造, 该电厂的引风机和一次风机的节能效果都很明显。由各工况对比来看, 引风机的节能节电效果好于一次风机, 且低负荷下的节能节电效果较显著。

4 结论

通过变频改造, 火电厂引风机、一次风机单耗降低, 用电量明显减少, 总体的节电率可以达到50%以上。对于容量较大的风机 (如引风机) 变频改造的节能效果更明显。并且, 在火电机组低负荷运行时, 风机低速运转时, 变频改造的节能效果更显著。该电厂风机改造后, 运行费用降低, 而且经过一段时间的运行观察, 风机运行各方面都比较稳定, 未出现明显的振动现象, 运行安全性也得到了一定保证。

变频改造并不是适用于任何机组, 如果发电机组长期稳定在较高负荷运行, 负荷变化较小, 则风机变频改造不会起到很明显的节能效果, 且变频改造初投资较高, 所以不适用于这类机组。另外, 风机作为锅炉燃料、氧气和排烟的主要动力源, 其安全稳定运行关系到机组的整体稳定, 因此变频改造要充分考虑控制系统的稳定性, 同时还要考虑由于加装变频器可能导致的振动现象等安全隐患。

参考文献

[1]李明.火电厂泵与风机变频改造技术及应用[J].华电技术, 2008, (8) :55-57.

电厂风机节能改造分析 第2篇

关键词:变频器 引风机 应用

中图分类号:TN773文献标识码:A文章编号:1674-098X(2012)04(a)-0068-01

自从20世纪80年代变频器商业化以来,变频器得到了快速的发展。变频器主要用于交流电动机转速的调节,除此之外,变频器还具有显著的节能作用。在电厂中广泛应用着各种引风机,由于燃料构成、热负荷、电负荷以及季节等变化因数较大,因此,在各个不同的燃烧情况下,所需要的空气量也是不同的,且变化极大,造成了资源的浪费和设备损坏的加速。本文就引风机变频器的改造技术及其的應用进行简单的介绍。

1 引风机变频器的改造技术

引风机变频器的主要作用就是改变异步电动机的供电频率,通过频率的改变来改变轴转速,实现对轴的调速运行。异步电动机的转速公式如下:

n＝(60f/P)×(1－S)r/min…

式中:n为电动机转速;f为电动机定子供电频率;P为电动机极对数;S为电动机转差率。从中可以发现:

在电动机极对数、转差率不发生变化的情况下,电动机转速与供电频率呈线性关系。其工作原理是主回路先将工频交流电通过整流器变成直流电,经滤波后,再经过逆变器通过给定输入控制量,将直流电变成可控频率的交流电,供给三相交流异步电动机,实现电动机调速运行。在整个过程中,只要精准的控制电源的频率就可以精确的控制转速,满足工业生产的需要。

在改变电机的转速时,为保持电机的最大转矩不变,就必须要求定子供电电压做出相应的调节,以维持磁通量的恒定,根据电子电压(U1)和定子供电频率(f1)的不同比例关系,有着不同的调速方式:(1)保持U1和f1成比例地改变来维持恒磁通,实现变频调速。但在低频时,定子阻抗就会变得逐渐明显,最大转矩Mm也会出现随频率的降低而减小的现象,特别体现在启动转矩上;(2)随f1的降低适当提高U1,以此保持最大转矩Mm时的恒磁通;(3)在f1>f1e(定子工频)时,若仍维持U1/f1=常数,势必使U1超过定子额定电压U1e。因此在f1>f1e时,定子电压不再升高,而保持U1=U1e,此时可近似视为恒功率调速

通过电机的功率P=转矩M×转速n,可知在负载转矩变化不大时,即M近视恒定时P与n为线性关系,在低速启动或调解流量时,都可以启动节能的作用。

2 引风机变频器在电厂中的应用

引风机是电厂的重要设备之一,其在运行过程中需要时刻控制着其流体压力、流量、流速等,因此,在传统的引风机设计时基本上是以挡板的方式进行调节,造成了能力的浪费和设备损坏的加速。而在采用了引风机变频器后各种运行工况都得到了极大地改善。

以锅炉引风机为例,锅炉在正常运行中的燃料构成、热负荷、电负荷以及季节等变化因数较大,因此,在各个不同的燃烧情况下,所需要的空气量也是不同的,且变化极大,然而,锅炉配置的风机是按锅炉最大出力时所需最大风量来设计,并必须考虑锅炉在事故情况下一定的风量裕度,所以,风机电机功率设计一般都较大。在使用档板进行调节控制时,大量的电能浪费在了克服挡板的阻力上面,造成用电率高,影响机组的经济运行。在进行了变频节能技术改造后,提高其经济效益。

除了在节能方面取得了巨大的成效外,引风机变频器的安装还使引风机的调速范围增加,真正实现了0至全速的平滑无级调速,而且更加精准;在启动时,根据公式P=M×n得知,可以实现空载或轻载启动,具有启动时间短、电流小并且平稳的特点,避免了对电网及电机的冲击;通过转速调节风量、风速,避免了挡板或阀门的开开合合,减轻了烟气对引风机、烟道挡板的冲蚀,同时对烟道的振动也大幅度的减小,极大地延长了设备的使用寿命,节省了设备的维护费和减轻了维护的工作量,提高了运行的可靠性和稳定性。挡板调节的机械磨损、卡死等故障明显减少。提高了生成效率和机组自动化水平。

但在技术选择上,并不能盲目的使用,而是要根据不同的生产设备,选择相应特性的变频器,如在对锅炉风机进行变频器改造中,注意除必须考虑变频器的提速、降速特性是否满足燃烧工艺的要求以外,还必须在技术上要考虑其它的问题,如:变频器的散热问题、是否会与设备发生共振现象、在发生意外时是否可以保证生产的继续等等。

引风机变频器的技术先进、性能可靠、使用成熟,是工业生产提高生产效率、降低能耗、优化工艺的有效途径。随着高压变频器的迅速发展,性能价格比的大大提高,变频器进行节能技术改造将会拥有更加广阔的前景。

参考文献

[1]变频器在节能领域的应用[OL].道客巴巴:http://www.doc88.com/p-31275724218.html.

[2]变频器的现状及发展前景[OL].生意宝:http://china.toocle.com/cbna/item/2011-03-24/5710040.html.

发电厂风机变频改造节能技术分析 第3篇

要对风机进行改造, 首先必须对风机的能耗进行全面的分析, 然后有针对性的提出改造的措施和手段, 制定出合理的改造方案。

1.1 风机性能

在发电厂运行中, 为了考虑到风机运行时动力源的安全问题, 在设计阶段就已经作出足够的裕量, 所以电机容量较大。在这种状况下, 如果机组处于低负荷运行阶段, 那么就无法最大限度的发挥出风机的运行效率, 在能量方面是一种浪费。

1.2 风机启动

在通常情况下, 直接启动电机时, 电流要比正常情况下高很多, 由此对电机造成很大的影响, 缩短了使用寿命, 增加了损耗。

1.3 风机运行调节

在锅炉运行的过程中, 根据负荷的变化, 需要在给煤、给水和风量方面进行调整。而当风机在进行定速运行时, 只能通过风门来调节, 因为风门的调节精度低, 反应不及时, 所以会造成一定的能耗损失。

1.4 风机的喘振

风机在上升段的不稳定区运行时, 会发生喘振的现象, 并且伴随有噪声, 这种周期性的变化, 会造成能耗的损失。

2 变频调速原理和优点

2.1 变频调速原理

要实现风机交流电动机的调速 (包括异步电动机转速n和同步电动机转速n1) , 可以通过以下途径实现:改变磁极对数P (变极) ;改变电源频率f1 (变频) ;改变异步电机转差率s[1], 其变频原理表示为:

采用变极调速时, 一般为双速电动机, 但双速电动机仍为有级调速, 不能实现连续调速, 变速时仍会产生冲击电流。而当极对数P一定、转差率s变化又很小时, 转速和频率基本成正比, 即为变频调速, 基于这个原理可以使用变频电源 (变频器) 实现真正的连续转速调节。

2.2 变频调速改造

在对变频调整改造时可以采用加装变频器的方法来进行, 变频器加装后, 会使风机在启动和风量上都有明显的变化, 改变了传统的定速方面的问题, 而实现了连续调节功能, 可以随时改变转速和风量, 从而达到降低能耗的目的。变频器在风机上使用后, 不仅可以进行快速的调速, 同时也不会在频率发生变化时增回电动机转差的损失, 改造的风机具有较宽的调速效率, 非常适合低负荷状态下的运行。另外改造后的变频装置可以随时随地退出运行, 或是做为启动设备来使用。

3 变频改造节能效果分析

3.1 试验工况

该电厂为循环流化床锅炉, 最大负荷410 t/h, 每台锅炉配备有2台离心式一次风机、2台离心式引风机, 试验选取1台锅炉的引风机和一次风机进行。以锅炉负荷和风机的变频、工频状态为工况条件, 共计330 t/h (工况一) 、300 t/h (工况二) 2个负荷, 风机变频和工频两种状态。工频状态就是将电机运行频率逐步调节为50Hz固定, 模拟改造前的风机运行状态。

3.2 试验参数

试验期间机组负荷保持基本稳定, 以风机电动机输入功率即风机的耗电率和风机单耗为测量和分析的主要参数, 对比变频、工频状态下的风机功率, 得到节电率, 从而分析风机变频改造的节能效果。风机功率的测量和计算公式如下:

式中:N-风机电动机输入功率;n-在时间t内电表电枢的回转数;Ct-电流互感系数;Pt-电压互感系数;t-电枢的回转时间, S;A-电能表常数, 表示每千瓦时圆盘的回转数。

此次试验的电能表常数A=10000r/k Wh, 引风机Ct=200:1, Pt=6000:100;一次风机Ct=300:1, Pt=6000:100。

3.3 引风机变频改造节能效果试验

引风机设计裕量一般最大, 变频改造的预期效果也较大。试验结果如表l-表3所示。

3.4 一次风机变频改造节能效果试验

一次风机是锅炉运送燃料的主要动力源, 所以一次风机的运行调节关系到整个机组的负荷变化。试验结果如表4-表6所示。

3.5 节能分析

3.5.1风机变频运行后, 引风机单耗由原来的2.70k Wh/t降低为0.98k Wh/t, 一次风机单耗由原的2.88k Wh/t降低为1.40k Wh/t。

3.5.2对比风机变频前后, 引风机的节电率达到60%, 一次风机的节电率达到50%。

3.5.3通过变频改造, 该电厂的引风机和一次风机的节能效果都很明显。由各工况对比来看, 引风机的节能节电效果好于一次风机, 且低负荷下的节能节电效果较显著。

4 结束语

综上分析可以看出, 风机在变频节能改造后, 不仅其运行的能耗了有明显的降低, 而且其运行进的整体耗电量仅为原来没改造之前的百分之五十, 取得了非常好的效果。同时通过实际运行得知, 变频节能改造对于容量较大的风机效果则更为显著, 风机的运行和机组的运行处于同步状态, 使资源达到了合理的配置和利用。另外在对改造后的风机运行一段时间的观察中, 没有出现不稳定的现象, 风机的运行一直处于平稳的状态, 同时其安全性也有所提高, 运行费用明显降低, 使发电厂的经济效益得到了明显的提升。

参考文献

[1]李明.火电厂泵与风机变频改造技术及应用[J].华电技术, 2008, (8) :55-57.

某电厂风机节能改造方案浅析 第4篇

发电机组容量规模的进一步提高,对辅机设备功率性能也提出了更高的要求,高能耗、响应慢、调节性能差等已成为辅机系统制约发电机组安全高效运行的重要制约瓶颈[1]。针对电厂常规辅机系统中存在的能耗较大、节流损失较大、执行器响应速度较慢、调节非线性较严重、设备故障率较高等问题,采取合理的高压变频调速控制方案对电厂辅机系统进行技术升级改造,提高电机运行的安全可靠性和电能综合利用效率,确保发电机组安全高效进行电能生产,促进电厂在低碳绿色环保技术要求的基础上实现节能降耗[2]~[3]。

1 变频调速节能控制原理

由相似理论可知,改变水泵或风机的转速n1到n2时,其能量转换效率基本保持不变,相应流量(Q)、扬程(H)、以及功率(N)将会按照式(1)进行调节[4]~[5],即:

从式(1)所示的水泵或风机调节特性,可以获得水泵或风机调节性能曲线如图1所示。

从式(1)和图1可知,按照面积估算法可知,在调节相同流量的条件下(如图1中从Q1到Q2调节过程中),常规阀门或挡板变流调节其电能消耗为OQ2BH2';而变频调速节能控制方案中其电能消耗为OQ2CH2,即:变频调速控制比节流控制轴功率要小很多,整个水泵或风机电机拖动系统理论可以节约电能资源为H2CBH'(图1中阴影部分所示)。

2 电厂风机节能改造方案

2.1 工程概况

电厂3#600MW火力发电机组的2台6.3kV高压风机系统功率设计值偏大,存在严重“大马拉小车”问题。3#机组一次风机辅机系统,鼓风机型号为17881Z/1165,轴功率为1 868kW,额定流量为110m3/min,全压为14.318kPa,额定转速为1 480r/min,能量转换效率为86.5%;配套电机型号为YKK630-6kV,额定功率为2 240kW,额定电压为6.3kV,额定电流为248A,额定转速为1 480r/min,功率因素为0.9,防护等级为F级IP55。从大量历史运行数据可知,该发电机组在低负荷运行工况时,其风机动、静叶调节过程中的节流损失,相比于额定运行工况下节流损失会增加35%~45%,风机系统运行效率较低,能耗非常严重,严重影响到发电机组的厂用电率。结合风机系统运行历史数据,从理论分析可知,如采用6.3kV高压变频节能调速控制方案,对3#机组的风机控制系统进行变频节能升级改造,可以降低风机系统厂用电率40%左右。

2.2 节能升级改造方案

为了满足绿色环保节能电厂技术升级改造要求,减少无谓电能资源浪费,降低电厂用电率,并提高风机系统调节控制性能,决定采用高压变频器对3#发电机组2台6.3kV高压风机系统进行节能技术升级改造。按照3#机组2台高压风机并联独立运行工艺需求,并考虑到风机系统运行的安全可靠性,决定采用1台高压变频器拖动1台高压风机的单元接线自动切换改造方案,其具体逻辑接线如图2所示。

从图2可知,除了采用6.3kV高压变频器外,虚线部分为本次节能升级改造内容的主要一次系统,由三个6.3kV高压真空接触器(KM1、KM2、KM3)、2个6.3kV高压隔离开关(QS1、QS2)及1个PT互感器共同组成一面旁路柜。电厂厂用电6.3kV电源经QF11用户开关、QS1高压隔离开关、KM2高压真空接触器与高压变频调速装置相连,变频调速装置经内部运算模块形成对应的控制策略,经KM3高压真空接触器和QS2高压隔离开关与6.3kV高压风机电机相连,将电源供给电机实现风机辅机系统的变频调速节能控制运行。为了提高辅机系统运行的安全可靠性,在变频调速控制装置出现故障后为确保发电机组安全高效的运行,6.3kV电源还可以通过KM1高压真空接触器直接供给高压风机电机,实现工频运行。

3 节能技术升级改造应用效果分析

3.1 3#机组日平均电力负荷计算

为了较为准确地分析3#机组高压风机进行变频调速节能控制技术升级改造后,所取得的节能经济效益,将3#机组2011年1月升级改造后1月~12月的电力负荷运行情况进行详细统计分析,进而分析3#机组每天的平均日负荷曲线。3#机组2011年1月~12月每天典型数据所组成的日平均负荷波动曲线如图3所示。

从图3可知,通常在7时前发电机所带电力负荷偏低,7时后开始上升、10时达到最高负荷,并基本维持最高负荷持续到12时;之后有所下降,从13时到18时负荷维持在一个较高点,从19时开始有所上升并维持2~3h;最后到21时开始慢慢下降,直到初始负荷。图3所示的3#机组负荷波动基本满足电力负荷日波动特性,通过对3#机组24h的负荷进行加权平均,获得3#机组日平均负荷大约为426MWh。2011年3#机组全年发电量为2 377 826MWh,年运行小时数为4 247.18h,由此可以计算出3#机组平均功率为428.29MWh,与图3计算获得的429MWh基本相等。统计分析可知,机组按照330MW、400MW、500MW、600MW四个运行工况进行运行,其负荷工况运行小时数大约为8h、8h、4h、4h,相应计算出的日平均负荷为427MWh,与日平均负荷426MWh比较符合。

3.2 节能效益分析

3#机组一次风机系统在不同工况条件下工频和变频运行电机所消耗电能,详见表1所示。

如表1所示,3#机组高压一次风机采用变频调速节能升级改造后,其在不同负荷工况下从工频运行功率的1 557.93kWh-1、1 582.36AkWh-1、1 722.83kWh-1、1 801.31kWh-1有效降低到变频运行功率的401.6kW.h-1、479.58kWh-1、868.82kWh-1、1 189.57kWh-1。当机组电力负荷不断下降时,变频调速所取得的节能效果越好。在330MW负荷工况,其节约功率最为明显,节约1 156.33 kWh-1。3#机组一次风机系统进行技术升级改造后,其一天可以节约电量为:

一年大约可以节约电量(按年运行小时数4247.18h计算)为:

按照平均每度电标准煤耗为320g/kWh计算,则可以节约标煤约1355.5t。按照火电厂上网电价0.38元/kWh计算,则3#机组一次风机采用变频调速节能升级改造后,一年可以节约资金约161万元。6.3kV变频调速装置按照950元/kW进行估算,则3#机组一次风机单台变频调速装置的升级改造成本约为213万元,只需1.5年就能完全收回成本。

3#机组一次风机进行高压变频调速节能升级改造后,不仅其节能效果十分明显,每年可以节约213万元,而且调节运行较为灵活方便,大大降低风机电机起动电流,确保风机辅机系统具有较高的安全可靠性。

4 结束语

随着电力电子技术理论研究和工程实践应用的进一步完善,高压变频器在响应性、调节性等各项技术性能方面均有很大拓宽和提高[5]。电厂高压一次风机变频调速装置,投资较低且节能效益较为明显,通常在1~2年内就能全部收回投资成本。在火力发电行业中,风机、水泵等辅机负荷种类较多、功率较大,应充分结合辅机系统各种工况特性合理选用变频器进行节能升级改造,提高辅机设备运行的高效稳定性和调速的准确可靠性地,确保发电机组安全可靠、节能经济、高效稳定地发电运行。

参考文献

[1]周希章,周全.电动机的起动、制动和调速[M].北京:机械工业出版社,2001.

[2]吴忠智,吴加林.变频器应用手册[M].北京:机械工业出版社,2002.

[3]谢茹.210MW发电机组风机变频调速改造[J].中国设备工程,2010(05):62-63.

[4]李凤鸣.高压变频调速在300MW机组引风机上的应用[J].华北电力技术,2006(01):34-37.

发电厂锅炉引风机节能改造 第5篇

风机节能在国民经济各部门中的地位和作用是举足轻重的。因而风机的节能具有十分重要的意义[1]。造成风机能耗较高的原因有多种。例如,由于通风工程设计者对管网阻力计算不准确,选用风机的人员又担心计算压力和流量不能满足工况需要,故选用过大的安全裕量,或者无适宜性能的风机规格可选而选用风机的高档性能或高压区。结果,由于层层加码,造成所选用风机的额定风量远远超过工况实需风量。这时风机操作者只好采用插板或调节门节流来增加阻力,以求减少风量,使之符合工况要求。

风机的配套电动机容量选取偏大。由于国产电动机的规格难以完全满足风机的配套,采购时往往选取高档额定功率的电动机,造成大马拉小车,降低了电动机的负荷率,浪费了电能。风机使用中采用了不适宜的或效率低的调节方法,降低了风机的调节效率[2,3,4]。

据某煤炭公司对148台矿井主通风机的调查,运行效率在70%以上的占10%左右;运行效率低于55%的竟达59%。据某钢铁联合企业的调查,通风机的平均运行效率只有40%左右。某发电厂锅炉鼓引风机的最高运行效率只有67.5%,最低仅为45.2%[5,6,7]。

因此,本文充分利用凯迪公司现有的设备进行研究改造,以期取得良好的效果,为推广风机节能工作提供基础试验数据。

1 引风机性能

本试验引风机选用两台电机功率800 kW的型号为Y6-40-26F引风机,参数如表1所示。

2 试验工况

为了准确掌握目前引风机及其相关烟道的特性,为引风机改型提供准确的数据,进行引风机性能试验,并根据试验结果计算引风机改型设计参数。通过锅炉负荷分别在不同工况条件下,对两台引风机进行试验,获得其性能参数。

#1炉两台引风机甲和乙进行试验,每次试验选择8个工况,各个工况的试验内容如下:

(1)工况1:甲引风机单独运行,乙引风机停用,锅炉负荷为经常出现的低负荷。

(2)工况2:甲引风机单独运行,乙引风机停用,甲引风机进口风门开度为100%,锅炉负荷调整至相应引风量下的负荷。

(3)工况3:启动乙引风机,甲引风机仍保持运行,且它的进口风门开度仍保持100%,调整乙引风机进口风门,使得锅炉负荷达到额定值,且此时总引风量为额定锅炉负荷下的可能的最大值。

(4)工况4:两台引风机投用,锅炉负荷、总引风量维持在工况3下的数值,将两台引风机调整至相同电流。

(5)工况5:两台引风机投用,将锅炉负荷调整至经常运行的高负荷,相应调整两台引风机使得两台引风机保持相同的电流。

(6)工况6:两台引风机投用,将锅炉负荷、总引风量恢复到工况3下的数值,乙引风机进口风门开度调整至100%,而甲引风机进口风门开度调整至合适的数值。

(7)工况7:甲引风机停用,乙引风机单独运行,乙引风机进口风门开度为100%,锅炉负荷调整至相应引风量下的负荷。

(8)工况8:甲引风机停用,乙引风机单独运行,锅炉负荷为经常出现的低负荷。

由于工况3、工况6的一侧引风机进口风门全开、另一侧引风机进口风门开度较小,以致除尘器后的两侧烟道的烟气量相差很大,使得烟气量小的一侧烟气速度较低,部分测点速度接近于零甚至有回流,存在较大的烟气量测量误差,因此,对工况3、工况6的试验数据不作分析计算。

3 试验结果与分析

3.1 不同试验工况下烟气量特性

本试验分别对六种工况进行试验,并对各个工况下的参数在不同氧量和不同转速的条件下进行了修正,如表2所示。关于表中的文字内容在表后做了相应注释。

3.2 #1炉引风量选型分析

由表2可以看出,在同等开度下,#1炉引风机甲各项指标、出力不及引风机乙,故#1炉选择引风机甲改造,引风机乙备用。将工况4烟气量修正至常态、设计转速、高氧量时的数值为105.93 m3/s,即在上述状态下,锅炉所需的总引风量为105.93 m3/s,单台引风量为52.96 m3/s,取53 m3/s作为改型设计工况1的风量用于#1炉风机选型。

根据表2中试验结果,拟合出常态、设计转速、高氧量时锅炉负荷与引风量的关系曲线与表格,#1炉如图1所示。

1-y=0.9011x+156.13;2-y=0.8239x+142.75;3-y=0.5278x+108.74

高负荷220 t/h、高氧量5.0%、引风机进口密度为0.87 kg/m3、引风机转速为960 r/min时,锅炉总引风量为98.44 m3/s,单台引风机的引风量为49.22 m3/s ,取该值作为改型设计工况2的风量用于#1炉风机选型。

高负荷220 t/h、正常氧量3.5%、引风机进口密度为0.87 kg/m3、引风机转速为960 r/min时,锅炉总引风量为90.00 m3/s,因此初步决定此时采用单侧运行,所以取该值作为改型设计工况3的风量用于风机选型完全满足要求[8,9,10]。

3.3 不同试验工况下引风机风压试验

由表3可见:将满负荷试验工况4的引风机风压修正至常态、设计转速、高氧量时,此数值为:甲侧6 147 Pa,乙侧6 042 Pa,为了安全起见,加之乙侧风压可能不可靠,取两侧中的较大值并近似至6 150 Pa,作为改型设计工况1的风压用于风机选型。该取值对应的风门开度仍为工况4的风门开度72%～81%,即按6 150 Pa取值,引风机仍有较大的风压富裕量。

高负荷220 t/h、高氧量5.0%、引风机进口密度为0.87 kg/m3、引风机转速为960 r/min、锅炉总引风量为98.44 m3/s、单台引风机的引风量为49.22 m3/s时,所需风压为5 308.5 Pa,近似取5 310 Pa作为改型设计工况2的风压用于风机选型。

3.4 引风机改型设计参数汇总确定

根据前面对几种改型设计工况风量、风压的推算,得出改型设计参数汇总如表4所示,按锅炉负荷为220 t/h,引风机投入运行的是甲引风机,电机功率800 kW容量。

经过对锅炉不同工况、不同煤种引风机的引风量、风压等所有相关数据进行测试、试验,经过调研、技术论证和立项批准,决定引风机重新选型改造;对主要部件叶轮、集流器、机壳蜗舌、出口烟道流线重新设计,原出口烟道扩散角度约19°,不符合风机设计规范要求,规范要求出口烟道扩散角度不大于12°,此次改造一并设计,重新制作。为了节省费用,保留原风机电机、风箱、轴、轴承座等。根据性能试验结果,选取#1炉引风机甲改造。

根据前面性能试验,对设计工况风量、风压进行推算,得出改型设计参数汇总,选择国内业绩较好的引风机专业制造厂家作为引风机改造单位。

注释:(1)表中“氧量修正1”是将各试验工况下的氧量修正至同一氧量3.5%(正常运行氧量),以修正试验氧量不同引起的烟气量的不同;(2)表中“氧量修正2”是将各试验工况下的氧量修正至同一氧量5.0%(掺烧无烟煤所需氧量),以修正试验氧量不同引起的烟气量的不同;(3)表中“常态”为引风机进口烟气密度为0.87 kg/m3时的状态;(4)表中“标态”为引风机进口烟气密度为1.293 kg/m3时的状态;(5)表中“转速修正”是将各试验工况下的转速修正至引风机设计转速960 r/min;(6)表中“过量空气系数”由锅炉氧量按简化公式α=21/(21-O2)计算;(7)表中“电功率”根据引风机电流计算,计算中功率因素取0.85,电压取10.3 k V,而从DCS电气画面记录的电功率不准确,故没有表示;(8)表中“流量测量截面密度”根据引风机进口前烟道负压、温度、氧量按烟煤烟气密度特性曲线计算得到。(9)表中“/”前的数据是引风机甲,“/”之后的数据是乙。

参照改型设计参数,根据本厂引风机生产系列,最终确定选择Y4-60-14No.25.5F型引风机,叶轮(包括防磨处理)、集流器,机壳等主要部件由成都电力机械厂制作,出口烟道由我公司自行按规范设计,设备安装包括出口烟道安装由我公司生产部承担,改造后在现场进行动平衡调整试验。风机改型后的性能参数如表5所示[11]。

#1炉引风机甲于#1机组大修期间开始施工,改型后投用前,甲风机现场进行了动平衡调整,轴承振动都不超过0.03 mm,机械性能符合规范。#1炉引风机甲满载运行锅炉平均负荷195 t/h左右,比改造前负荷平均上升25 t/h,单引风机运行基本能满足当前负荷要求,对风机性能进行了测试,数据表明,#1炉引风机效率为76.2%[12]。

3.5经济性能分析

对电力市场和供热市场按年发电利用小时6 300 h、年供热210 000 t,预测锅炉年产汽3 250 000 t,机组的引风机单耗比改造前平均下降1.44 kWh/t汽,则:

年节约厂用电:

3250000 t1.44kW/t汽=468000 kWh

年实现净效益:

4680000kWh0.469元/kWh=2194920元

项目改造后实现效益约219.5万元/年。

4结论

经过对锅炉不同工况、不同煤种引风机的引风量、风压等所有相关数据进行测试、试验,决定对引风机重新选型改造。参照改型设计参数,根据本厂引风机生产系列,最终确定选择Y4-60-14No.25.5F型引风机。另外对改型后的经济性能分析,可节约成本219.5万元/年,效益可观。

摘要：武汉凯迪公司自主研发的生物质直燃循环流化床锅炉,试验锅炉为240 t/h循环流化床锅炉,每台炉配备两台电机功率800 kW的型号为Y6-40-26F引风机,单台引风机锅炉平均负荷170 t/h,为满足汽机接带负荷,需要启动两台引风机,运行方式不经济,通过技术改造,可实现节能目的。

关键词：循环流化床锅炉,引风机,性能试验

参考文献

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火电厂引风机变频节能改造技术探讨 第6篇

关键词：火电厂,引风机,变频节能

对火电厂引风机进行变频节能改造, 主要原理就是改变电机供电电源频率, 通过变频系统将电网内交流电整流成直流电, 然后利用逆变器逆变成频率可调交流电, 然后将其提供给交流电动机, 对电机转速进行调节。在实际应用中, 具有响应快、效率高、过载性能强以及降低损耗等优点, 并且能够根据实际生产需求来选择合适的变频器。利用变频技术对引风机进行节能改造, 可以实现变频调速, 取得良好的节能效果。

1 变频节能改造技术原理

火电厂生产系统中一般选择的是鼠笼型感应电动机驱动的风机, 运行时由恒频高压拖动, 电机保持定速旋转状态, 利用挡板调节方式来调节风机风量。其中, 挡板为一个圆板状盖子, 与风道轴方向成垂直安装, 通过开度的调节来改变风量大小。入口挡板控制范围要大于出口挡板控制范围, 如果降低入口挡板控制范围, 则轴功率会与风量成比例降低。虽然此种调节方式, 可以满足实际生产风机运行调速要求, 但是从经济角度来看, 会造成大量电能损耗, 生产成本提高。利用变频技术进行改造, 即在保证调速功能正常的前提下, 降低生产运行损耗, 且可以降低对设备的磨损。如图1所示, 当所需风量从Q1降低到Q2时, 选择调节风门的方法, 会造成管网阻力增大, 管网特性曲线增大, 系统运行从工况点A变成工况点B, 轴功率P2与面积H2×Q2成正比。选择调速方法, 风机转速由n1降低为n2, 管网特性不变而风机特性曲线下移, 运行工况点由A点转变为C点, 所需轴功率P3与面积HB×Q2成正比, 则此种方法节约的轴功率与H2HBCB面积成正比[1]。

风机主要作用是传送气体, 将电动机轴功率转变为流体, 其中风机输出轴功率:P=QH/ηp, 其中Q表示风量, H表示风压, ηp表示风机轴效率。由公式可知, 风机风量与转速为正比关系, 而风压与转速平方成正比, 可以确定风机轴功率与转速立方为正比关系。基于此如果生产需要80%额定风量, 可以对风机转速进行调节, 达到额定转速80%即可, 降低了风机运行功率。

2 引风机变频调速方式特点

对引风机进行变频调速, 本质上就是利用电力电子技术, 对频率进行调整, 可以根据实际需求调整驱动发电机速度, 进而能够调整风扇转速。变频调速技术已经被广泛的应用到异步电机中, 且具有高电压、大容量变频技术发展趋势, 与其他交换驱动器的三相异步电动机调速系统以及直流驱动系统等方法相比, 变频调速节能技术具有更明显的优势[2]。

第一, 速度快且稳定性高。逆变器自身具有比较高的转换效率, 结合三相异步电动机的滑差与变急速运行, 变速平滑度高。

第二, 电流控制。主要是指对电机启动电流的控制, 如果通过工频来启动时, 将会产生多倍额定电流, 进而会缩短电机寿命。而变频调速方法, 能够零速零电压启动, 频率与电压间可以确立稳定的关系, 这样变频器就可以按照V/F以及矢量控制方式来带动负载作业。对引风机进行变频调速技术改造, 可以降低启动电流, 并提高绕组承受能力, 提高设备运行稳定性, 降低后期维护难度。

第三, 自动控制。实现了对燃烧过程的自动控制, 即利用变频技术, 可以提高点对点硬线连接效果, 并通过高速通信连接变频器系统提高设备运行可靠性, 降低设备维护难度, 提高生产成本。

第四, 可靠保护。变频改造后, 设置的变频器本身具有欠电压、过电压、过温、断相、接地与短路保护, 且还具有电动机过温保护, 这样可以最大程度上来降低运行故障的影响, 且可以在故障发生时确定原因, 缩短故障处理所需时间[3]。通过对引风机的变频改造, 为设备运行提供了可靠保护, 有效降低电机被烧坏的可能性。

3 引风机变频节能设计改造技术要点

3.1 技术要点

(1) 变频器

第一, 很多情况下为降低变频器出线侧输出电压高次谐波, 在进行改造时选择在变频器输出端并联的电力电容器, 但是实际上很容易造成输出端被电流冲击, 而影响运行可靠性。针对此可以选择串联电抗器, 即在变频器输出端串联一个电感, 同样可以达到降低谐波的效果。第二, 尽量不要在变频器输出端设置电磁开关来控制电机启停, 一般除了设置一台具有多台电机拖动系统的变频器外, 应由变频器来控制电机运行, 或者根据需要利用键盘面板进行操作。第三, 选择应用额定电压进行设计, 如果选择其余电压, 需要利用变压器将电压上升或降低到额定电压值。

(2) 负荷匹配

为保证风机可以在不同负荷条件下获得最佳节能效果, 在进行变频调速设计时, 就需要合理选择设备型号, 保证其容量与实际负荷相匹配。包括风机与所配电机的匹配, 一般应将裕量控制在10%以内。

(3) 抗电磁干扰

电磁干扰会影响电机运行效率, 为达到良好的变频调速设计效果, 还要重视抗电磁干扰处理, 例如选择硬件与软件相结合的抗干扰方法, 以及根据实际生产需求选择屏蔽、隔离、滤波、接地等技术[4]。

3.2 实例分析

4 结束语

为提高电厂生产综合效益, 降低运行电力损耗, 需要在现有基础上, 积极应用各项新型技术, 对生产系统进行优化, 在保证运行稳定性与可靠性的前提下, 控制损耗量。其中对引风机进行变频调速节能设计, 现在已经被广泛的应用到电厂建设中, 需要明确变频调速原理, 确定设计技术要点, 保证设计效果满足实际生产需求, 提高电厂生产经济效益。

参考文献

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[2]相玲.变频调速技术在风机、水泵节能改造中的应用[D].华北电力大学, 2012.

[3]何军飞.某火电厂引风机变频改造节能分析[J].科技信息, 2012, No.41624:386+388.

电厂风机节能改造分析 第7篇

江西南昌发电厂#11机组容量为125 MW,锅炉配离心式送风机及配套电动机各2台,主要参数如下:型号:YKK560-6;冷却方式:自冷;额定功率:1000KW;额定电压:6k V;额定电流:113A;额定功率因数:0.896;额定转速:986rad/min;绝缘等级:F级;制造厂家:上海电机厂。发电机组锅炉送风机的主要作用是供给炉腔燃烧所需的空气。本次变频改造对象为#11炉送风机配套电动机。该风机采用传统的挡板调节来控制风量,风道压流损失较大,是一种经济效益差、耗能大、维护难度大的调节方式;风机厂用电率约为2.1%,负荷低时耗电率会更高。因此2006年初机组大修时,决定对#11炉送风机进行调速控制改造,以降低能耗,同时配合机组的DCS改造,改善风机的调节性能,稳定锅炉的燃烧,提高经济效益。

南昌发电厂#11炉送风机原由挡板进行风量调节,实际运行时,挡板开度在45%~70%之间,大部分能量都被消耗在挡板上,且挡板开度越小耗能就越多。在一般情况下,采用挡板调节的风机其实际消耗功率与风量大致成正比,与风门开度也大致成正比,从上述工况中的风门开度及电流参数也可以看出这一点。对风机运行情况进行分析,可以得出以下两点:

(1)风机实际风量约为额定风量的一部分,风机远离额定点运行,其实际运行效率很低。

(2)由于挡板的存在,挡板前后存在压差,消耗了很大一部分能量。采用挡板调节风量虽然简单易行,已成习惯,但它是以增加管网损耗,耗费大量能源为代价的。对于高压大功率电机,耗能则更大。

通过对斩波内馈、变频和液力耦合器等各种调速方式的比较,最终选用变频调速方式进行节能改造,通过招标确定采用北京利德华福技术有限公司生产的多重化结构、42脉冲高-高电压源型、完美无谐波变频装置,容量与送风机配套,分别为1300k VA。这样可以保证原送风机及电动机基础不变,只在原断路器和电动机之间串入变频装置即可。

高压变频器参数如下:型号:HARSVERT-A06/130;输入电压:6k V;额定电流:130A;额定功率:1000k W;输入频率:45~55Hz;额定输入电压:6000V±10%;输入功率因数:0.95(>20%负载);变频调速系统效率:额定负载下>0.96;输出频率范围:0.5~120Hz;冷却方式:风冷;外型尺寸(mm)(WHD):450024801200。

2 高压变频装置的应用情况

2.1 变频调速的基本原理

异步电动机的转速n与电源频率f、转差率s、电机磁极对数p三个参数有关,即n=60f/p(1-s)。变频调速是通过改变电源频率f来调节电动机的转速。可以看出,n与f之间为线性关系,转速调节范围宽。对于风机,由气体动力学理论可知,气体流量与风机转速的一次方成正比,风机的转矩与转速二次方成正比,而其轴功率则与转速的三次方成正比,当转速减小时,电机的输出功率将以三次方下降,节电效果非常显著[1]。

2.2 变频系统构成

2.2.1 变频部分

变频器主要由移相变压器、功率模块和控制器组成,如图1所示。安装在输出功率单元内的单元控制板通过光纤与控制柜内的数字调制器通讯。所有模板的控制电源由单元控制板上的开关电源提供。送吸风机变频装置一次系统构成见图1。

2.2.2 输入隔离变压器部分

6 k V输入、输出电源均从移相变压器柜引出,变压器共有18个二次绕组,采用延边三角形接法,分为6个不同的相位组,互差电角度为30°。

2.2.3 旁路单元

旁路单元由旁路单元柜构成,如图2所示。内部设置进出线及旁路刀闸,出线刀闸与旁路刀闸实现互锁,当变频装置故障时,可以不影响风机的工频运行。

QF采用带综合继保的高压断路器。

如果QS1、QS2、QS3采用手动隔离开关,电机可以实现手动旁路。

QS1、QS2闭合,QS3断开时,电机可由变频器控制调速运行。

QS1、QS2断开,QS3闭合时,电机可由QF直接启动停并进行保护,变频器可完全和电网脱离,便于维护与检修。

如果QS1、QS2、QS3都采用电气开关(如真空接触器),则可以实现电机自动旁路或软启动功能。

2.2.4 I/O部分

与DCS及高压开关接口的控制回路,包括模拟量输入/输出(如转速给定、变频器输出电流和输出功率等)、开关量输入/输出(如变频器启停、变频器异常报警和跳闸等信号)。可以实现风机的远方顺启、顺停及调速控制。

2.3 多功率单元串联变频装置的工作原理

系统采用7+1冗余结构,当有1级模块旁路时,系统仍能输出额定电压满负荷运行。6k V系列有24个功率单元,每8个功率单元串联构成一相。每个功率单元结构完全一致,可以互换,其电路结构见图3。整流桥采用三相不可控全桥,逆变部为基本的交-直-交单相逆变电路,通过IGBT逆变桥进行正弦PWM控制,即脉冲宽度调制,通过控制电力电子器件的通断时间及通断次序将直流电压转换为一系列宽度不等的矩形电压脉冲。

输入侧由移相变压器给每个单元供电,移相变压器的副边绕组分为三组,构成48脉冲整流方式;这种多级移相叠加的整流方式可以大大改善网侧的电流波形,使负载下的网侧功率因数接近1。

逆变器采用多电平移相式PWM技术,以6k V输出电压等级为例,每相由五个额定电压为690V的功率单元串联而成,输出相电压最高可达3450V,线电压达6k V左右,相邻功率单元的输出端串联起来,形成Y型结构,实现变压变频的高压直接输出,供给高压电动机。

由于给功率单元供电的输入变压器二次线圈互相存在一个相位差,实现了输入多重化,由此可大大减弱电网侧电流谐波,功率因数可达0.95以上。变频器输出侧多重化,可以在不加滤波器的情况下,将输出电压谐波控制在2%以内,输出近乎完美的正弦波,满足普通异步电机的需要[2]。

2.4 变频装置的运行情况

#11机组大修后启动运行,#11炉送风机全部投入变频运行,断路器QS1、QS2在合位,工频旁路刀闸QS3在断开位置。当变频器发生故障或检修需要倒为工频旁路运行时,应先将变频器停运,将对应的6k V开关停电后才能进行工频旁路刀闸的倒换,严禁在运行中进行方式倒换。变频器出线刀闸QS2与工频旁路刀闸QS3之间装有机械闭锁。

为提高机组自动化程度,减轻运行人员的劳动强度,机组启动与停止均执行顺控功能。如吸风机启动步序为:关吸风机入口挡板;变频器速度给定值等于设定的最低转速;启动吸风机6k V开关;延时3s启动吸风机变频器;延时5s后开启挡板至100%。风机停运的顺序则与上述过程相反,且采用变频器受控停车方式,在150s内电动机转速即可下降到零。受控停车时间的长短与风机停运前负荷状况有关。送吸风机的转速调节可以根据炉膛负压的变化自动进行。

#11发电机负荷为120MW,送风机变频运行期间,对6k V甲、乙段母线的电压畸变率THDu进行了测量,最大电压总谐波畸变率为0.6%,满足国家标准GB/T 14549-1993《电能质量-公用电网谐波》的规定:电压限值为6 k V的电网,电压总谐波畸变率THDu不大于4%。

3 变频装置安装、调试及使用中的注意事项

3.1 安装

变压器柜和变频柜之间的接线数量繁多,厂家组装后整体运输至现场后,不得再拆开安装;每套变频装置的综合尺寸为4500mm2480mm1200mm(长宽高),整体安装很困难,为此将变频器楼一层北侧墙面全部拆除,从此处运进变频器,动用铲车、吊车将变频器运至小间内,最终配合使用滚杠、导链、千斤顶等工具将变频器固定在基础上。如果要为安装变频装置重新盖楼,则应先将变频器固定,再盖楼。

此外可以在商谈技术协议时直接提出现场安装时必须拆开进行,也是解决安装困难的一个办法,目前国内的高压变频器生产厂家可以做到分体安装。

3.2 保护配置

变频器本身配置了过压、欠压、过流、变压器过载保护等,能够满足电动机正常工作时对保护的需要,改造前配置的电动机差动保护等也就失去了意义。但对6 k V电源开关到变频器的电缆及变频器输入变压器应装设电流速断保护和过流保护,保护定值的整定计算则不能按躲过变压器励磁涌流的原则进行整定,因为变频器功率单元中的电容器对变压器的充电电流影响很大,速断定值应按8~10倍的变压器额定电流整定。

3.3 变频装置的冷却

变频装置中的输入隔离变和功率单元为高发热量电气设备,因此其冷却系统显得尤为重要。冷却系统有开启式和密封式2种方式,开启式系统要求在机柜的风机上装有风道,与室外自然风进行交换;一般情况下考虑电厂环境恶劣,最好选用密闭内循环方式,可以不必安装风道,按设备发热量配置足够冷却容量的空调即可,但要求变频器控制楼密封性较好,并要注意,冬季时由于室外温度低,室外机结霜严重,主机无法启动,这时可以将空调的主机散热风扇停运一台或空调轮换运行。

4 经济效益分析

4.1 直接经济效益分析

变频改造后,该厂对变频装置的节能效果进行了试验,所得不同负荷下的节能如表1所示:

该厂#11机组年全运行时间以7300h计,2006年、2007年平均负荷为113.2MW、114.9MW,根据该厂负荷曲线,可以假设#11机所带负荷运行时间为:20%的时间为125MW,55%的时间为113MW,20%的时间为100MW,5%的时间为90MW,电价以0.4元每千瓦时计,由此可得全年送风机节能效果为:

(400.90.2+4510.55+511.50.2+594.10.05)73000.4=135万元

4.2 间接经济效益

(1)电动机实现了软启动,启动电流从零开始平滑上升,避免了改造前工频启动时大电流对电动机、电缆及开关等设备的不利冲击,减少了设备的维护费用,延长了电动机等设备的使用寿命。

(2)风机低速运行时,消除了喘振现象,风机运行平稳,减轻了风机叶轮及轴承等部件的磨损,提高设备供电的可靠性。

(3)变频运行时,风机入口挡板全开,减轻了风道的振动和磨损,同时也大大减少了挡板的维护量。

5 结束语

随着电力体制改革和竞价上网的不断深入,降低发电成本,提高设备运行的可靠性成为提高市场竞争力的主要手段。高压变频调速控制为高压电动机的节能改造提供了可靠技术,改造后良好的节能效果可带来可观的经济效益,因而具有广阔的推广应用价值。

参考文献

[1]李遵基.中压变频器在火力发电厂送风机控制中的应用[J].中国电力,2000,(6).

煤矿风井改造及主扇风机节能分析 第8篇

1 矿井通风系统概况

矿井通风方式为中央并列抽出式, 主、风井平行布置, 间距30m, 主井布置在中层煤内, 风井布置在上2顶板油页岩内。主、风井井颈采用料石发碹支护, 其余采用木棚支护。

矿井总进风量1260m3/min, 总回风量1350m3/min。采用BD-Ⅱ-6№13型隔爆对旋式轴流风机, 配套电机302kw。矿井负压80mmH2O, 有效风量率89%。回采工作面采用U型通风方式。

2 风井改造的必要性

2.1风井位置贴近F2断层, 井筒底弯处200m范围内揭露断层, 受断层影响此段巷道围岩破碎, 矿山压力显现明显, 造成巷道净断面逐渐缩小, 由原5.06m2降至3.57 m2。

2.2风井井口碹体以下100m范围处在松散页岩之中, 围岩整体性差, 加之受露天矿区爆破震动影响, 木支护断裂现象严重, 巷道变形, 净断面也降至3.4m2, 增大了通风阻力, 局部风速达8.5m/s。

2.3风硐与风井成直角布置, 风阻大, 且长度只有3m, 只起联接主扇作用, 无法安装测定风速和压力的装置[1]。

2.4进、回风井口处于同一水平, 在停电停风的特殊情况下, 无法利用自然风压进行通风。

2.5由于局部断面过小, 通风阻力大, 造成主扇工况点下降, 电机功率上升, 耗能增加。

3 风井改造方案

对风井改造, 必须解决三个问题: (1) 局部断面小造成的通风瓶颈问题; (2) 风硐过短及与风井转弯不平缓问题; (3) 进、回风井口处于同一水平, 没有自然压差问题。经研究探讨, 提出如下风井改造方案:方案一、改造风井, 将断面缩小地段扩大断面, 采用工字钢或发碹支护;将风井井筒延长50m, 增大进、回风井井口的高差;重新施工风硐。优点:工程量小, 工期短, 成本低。缺点:局部扩棚施工难度大;延长的井筒裸露于地表, 容易产生外部漏风。方案二、重新掘送风井。井筒斜长780m, 坡度-17O, 净断面5.5 m2, 工字钢支护, 局部破碎带混凝土发碹。改造风硐。优点:施工容易, 井筒标准化高, 降低风阻。缺点:井筒选址困难, 工程量大, 工期长, 成本高。通过两方案论证, 认为第一方案比较合理, 该方案工期短, 可简化通风系统, 降低网络风阻, 提高主扇工况点。

4 改造效果及节电情况分析

4.1 改造方案实施效果。

由两个工程队进行施工, 一队进行扩断面施工, 一队延长井筒及施工风硐, 同时在风井出口修建防爆门, 增加一道通风安全设施。为进一步在主扇节能方面下功夫, 采用了变频技术, 实现了风机开停的软启动, 提高了主扇效率, 降低了能耗。

4.2 主扇节电情况分析。

通常情况下, 考虑到煤矿的服务年限和最大需风量根据和反风等要求, 所设计的通风机及拖动的电动机的功率, 远大于煤矿正常生产所需的运行功率。风机设计的余量特别大, 因此, 煤矿通风系统中存在极为严重的大马拉小车现象, 能源浪费非常突出。所以, 煤矿主扇具有极大的节电潜力。

4.2.1煤矿主扇风量调节常用方法: (1) 机械调整方式 (传统调节方法) 。改变风机叶片角度进行粗调, 在该角度下再通过风门来调节流量。这种方法叶片在一个角度下, 风机的H-Q特性曲线不变, 改变风门开度, 从而改变井巷的风阻, 以达到调节风量的目的。这种方法由于加大了系统的风阻, 增大了节流损失, 浪费了大量的电能。 (2) 通过调节风机转速来调节流量 (变频调速技术) 。变频调速技术成熟可靠, 使用简单, 不作任何机械改造, 而且很方便的实现无级调速, 达到风量无级调节的效果。这种方法是调节风机转速来使风机的机械特性进行平移, 从而达到风量调节的目的。这种方法不改变井巷的风阻特性, 所以不增加额外的节流损失, 是节能效果最好的方法。所以变频调速技术是目前煤矿主扇风机节能的最实用技术之一。4.2.2煤矿主扇变频节能的理论依据。风机负载的轴功率与转速的三次方成正比, 而转速的高低决定了风机的风压、流量之间的关系。针对国家规范对煤矿用通风机的相关规定, 在使通风机的通风量和负压满足煤矿工艺要求的前提下, 进行必要的节能措施, 改善能源的浪费[2]。

风机特性:H=H0- (H0-1) *Q2

H-风压;

Q-流量;

H0-流量为0时的风压。

管网阻力:R=KQ2

R-管网阻力;

K-管网阻尼系数;

Q-流量。

风机轴功率P:P=KPQH/η

P-轴功率;

Q-流量;

H-压力;

η-风机效率;

KP-计算常数;

流量、压力、功率与转速的关系:

上述式子中Q1、H1、P1分别代表转速n1时的流量、压力、功率;Q2、H2、P2分别代表转速n2时的流量、压力、功率。即流量与转速的一次方成正比;压力与转速的平房成正比;功率与转速的三次方成正比。

由此可见, 当通过降低转速以减少流量来达到节流目的时, 所消耗的功率将降低很多。例如:当转速降到80%时, 流量减少到80%, 而轴功率却下降到额定功率的51%;节电率可达49%。

结束语

通过对风井改造, 降低了风阻, 解决了风速超限问题, 满足了安全生产需要, 矿井通风能力提高到24万t/a。由于主扇采用了变频调速技术, 风机启停可实现软启软停, 风机基本上没有冲击, 可大大延长风机的使用寿命。该系统可根据矿井实际用风量调整风机的风量, 使风机一直工作在最佳高效状态, 风机转速降低, 轴温、噪音、振动大幅降低, 改善了工作环境, 节约大量电能。

参考文献

[1]刘志平.矿井通风系统改造[J].煤炭技术, 2007.