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一、電廠鍋爐離心風(fēng)機(jī)的最佳調(diào)節(jié)方式

風(fēng)機(jī)是 電廠鍋爐的主 要輔助設(shè)備之一 , 其所消耗的 電量約占電廠 總發(fā) 電 量 的 2 ~ 3 % 。 隨著用 電量 的不斷增長 和能源 問題的 出現(xiàn) , 電廠風(fēng)機(jī)運(yùn)行 的經(jīng) 濟(jì)性越來越為人們 所重視 。 因此, 世界 各國都在研究 降低風(fēng)機(jī) 電耗 的方法 。 降低 風(fēng)機(jī)電耗 , 主要是 研究設(shè)計(jì)高效 率 的風(fēng)機(jī)型式和采用最 佳的流量調(diào)節(jié)方式 。 根 據(jù) 電廠風(fēng)機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)和我國的實(shí)際情況 , 我們認(rèn)為目前的主 攻方 向應(yīng)放在研究和應(yīng)用 最佳調(diào) 節(jié)方式上 。 這一方面是因?yàn)? 我國 目 前電廠中所使 用的風(fēng)機(jī)、 . 特別是近 年來新投 產(chǎn)的大機(jī)組 中的風(fēng)機(jī) , 絕大多數(shù)已是 高效風(fēng) 機(jī), 它們的最高效率均在80 一85 % 以上, 不 可能再大幅度地提高風(fēng)機(jī)本身的效率; 另一 方面 更為主要的原因, 則是因?yàn)殡姀S風(fēng)機(jī)的 設(shè)計(jì) 出力往往是其實(shí)際 運(yùn) 行 出 力 的 120 一 130 % , 甚 至更大 , 從而導(dǎo)致風(fēng)機(jī)的使用效率 大大地低 于其 最高效 率 。 此外對于調(diào)峰機(jī)組 來說, 風(fēng)機(jī)還需在較長時(shí)間內(nèi)處于更低的 負(fù)
荷下運(yùn)行 。 然而電廠風(fēng)機(jī)出力裕量 較大決定 于 電力生產(chǎn)的特點(diǎn) , 因?yàn)殡娏Φ纳�產(chǎn)和消費(fèi) 是同時(shí)進(jìn)行的, 發(fā)電設(shè)備必須 保證長期連續(xù) 地運(yùn)行 。 同時(shí), 為確保發(fā) 電機(jī)的滿 出力, 在 設(shè)計(jì)時(shí) 汽輪機(jī)的 出力必須 大于發(fā) 電 機(jī) 的 出 力; 鍋爐出力必須 大于 汽輪機(jī)的 出力。 作為 鍋爐的輔助設(shè)備 , 風(fēng)機(jī)的 出力 又必 須大于鍋 爐的 出力 。 為此 , 在火電廠 的設(shè)計(jì)規(guī)程 中規(guī) 定, 電廠風(fēng)機(jī)的 出力必須在風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的最大 流量 和阻力的基礎(chǔ) 上, 再增加 5 一 10 % 的裕 量 。 風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的最大流量和阻 力又 必須考慮 下列 因 素: 在機(jī)組的一個(gè)大修周 期 (一 般規(guī) 定為 3 年) 內(nèi), 因設(shè)備腐蝕等多方面的原因 而發(fā)生泄漏 所增 加的 風(fēng)量和 因積灰 堵塞等原 因而增加的 阻力; 鍋 爐燃 用煤種可能發(fā)生 的 變化所 引起 的風(fēng)量和阻力的 變化; 并聯(lián)運(yùn)行 的風(fēng) 機(jī) (一 般為兩臺) 中有一 臺發(fā)生了事故 或 故障需停下 來 維修時(shí), 其余的風(fēng)機(jī)還需保 證鍋爐穩(wěn)定燃燒 , 并使機(jī)組能帶較大的負(fù) 荷。 對于兩 臺風(fēng)機(jī)并聯(lián)的系統(tǒng) , 要求一 臺風(fēng)機(jī)能 帶70 % 以上 的負(fù)荷 。 而現(xiàn)在設(shè)計(jì)大容量機(jī)組 時(shí), 空氣預(yù)熱器的入 口 和除塵器的 出 口 , 基 本上 都只 與一臺風(fēng)機(jī)相 連 , 即一 臺風(fēng)機(jī)運(yùn)行 時(shí), 鍋 爐風(fēng)煙系統(tǒng)中阻力最大的兩個(gè)設(shè)備一
預(yù) 熱器 和除塵器不能完全實(shí)現(xiàn)并聯(lián)運(yùn)行 。 因 而當(dāng)一臺風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí) , 系統(tǒng)的阻力比兩臺并 聯(lián)帶 滿 負(fù)荷時(shí)還 要大 。 由于上 述原因, 致使 電廠 風(fēng)機(jī)的使用效 率大大地低 于其最 高效率 (如若是選型 不當(dāng), 富裕量過 大, 則使用效 率還要低) 。 即使采 用了 高效風(fēng) 機(jī) , 其運(yùn)行 效率也是低 的 。 如對我國某地區(qū)50 M W 以上 機(jī)組鍋 爐風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀況調(diào) 查表 明 : 風(fēng)機(jī)運(yùn) 行效率 低于 70 % 的 占50 % , 低于 50 % 的 占 12 % 。 由此可知, 為了降低電廠 風(fēng) 機(jī) 的 電 耗 , 主要 應(yīng)提高風(fēng)機(jī)在低 負(fù)荷時(shí)的運(yùn)行效率 , 其唯一 途徑 就 是要采用最佳的風(fēng) 機(jī) 調(diào) 節(jié) 方 式 。 眾所 周知, 風(fēng)機(jī)采用變轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)工況 時(shí), 其效率幾乎不 變 ( 當(dāng)負(fù)荷低于 80 % 時(shí)才 略有下降) 。 風(fēng)機(jī)的流量隨轉(zhuǎn)速按一次方規(guī) 律下降 , 而風(fēng)機(jī)的軸功率則按三次方規(guī)律下 降 。 因此, 離心風(fēng)機(jī)采用 變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的經(jīng)濟(jì)性 最好。 同時(shí), 采用變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)后 , 還可降 低 風(fēng)機(jī)的噪音, 減輕引 風(fēng)機(jī)、 排粉機(jī)葉輪的 磨損 , 延長其使用壽命。 綜上所述 , 電廠離心風(fēng)機(jī)的最佳調(diào)節(jié)方 式是變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié) 。
調(diào)速裝置 。 但除液力藕合器外, 上述各種變 速裝置還沒 有大容量的系列 產(chǎn)品 。 在我國 電 廠 風(fēng)機(jī)上 , 除調(diào)速型離合 器, 變頻調(diào)速裝置 外 , 上述 各種 調(diào)速方式均進(jìn)行過初 步試 驗(yàn)和 應(yīng)用。 此外, 近年來在對原有設(shè)備的改造中 , 采 用了重 繞定子繞組的方法 , 將原單速鼠籠 式 電機(jī)改成雙速電機(jī)也取得了效益 。
二 、 幾 種變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置在電 廠風(fēng)機(jī)上的試驗(yàn) 與比較
風(fēng)機(jī)采用 變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié) , 其效 率 幾 乎 不 變 , 但需采 用變速裝置 來實(shí)現(xiàn) 。 采 用變速 裝 置 需增加投資 , 變速裝置 本身也存在著損失 。 因此, 其 綜合 效益和需采甩的最 佳 變 速 裝 置 , 都需 要進(jìn) 行實(shí)際 的試驗(yàn)與 比較 。 下面簡 要介紹我國 電廠 中已進(jìn)行過的幾種變速調(diào)節(jié) 方式 的試驗(yàn) 情況 , 并進(jìn)行粗略的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分 析與比較 。 我國 已能批 量生產(chǎn) 的變速裝置 有: 雙 速 電動(dòng)機(jī) 、 電磁滑差調(diào)速電機(jī) 、 液力耗合 器、 調(diào)速型離合 器、 可 控硅 串級調(diào) 速裝置和變須
1 . 雙速電機(jī)
雙速電機(jī)在我國電廠風(fēng)機(jī) 中, 已使用了 多年 。 但在80 年代以前 , 大多數(shù)雙速電機(jī)均 未起到應(yīng)有的作用 。 一個(gè)原因是 由于 其開關(guān) 的可靠性差 、 壽命短 、 且 低速時(shí)的 啟動(dòng)力矩 小, 而往往需要在高速下 啟動(dòng) , 再切換至 低 速下運(yùn)行 。 由于 開關(guān)的可 靠性 差, 運(yùn)行人員 不敢在運(yùn) 行中進(jìn)行變速操 作 。 另一 個(gè)原因是 雙速電機(jī)的極數(shù)選 擇不 當(dāng), 大多數(shù)只需在低 速下運(yùn)行 , 就能滿足鍋爐的最大負(fù)荷需要 , 無需變速 。 近 年來 , 單繞組雙速電機(jī)的 可靠 性已有所提高 , 并在江 油、 閘北 、 金山等電 廠進(jìn) 行了這樣的改造與實(shí)驗(yàn) , 均取得了不 同 程 度的節(jié)電效果 。 如 西南電力試驗(yàn)研究所 、 華中工學(xué)院和都江 電力修造廠, 將四川 江油 電廠 的一 臺引風(fēng)機(jī) 電機(jī)改成 雙速電機(jī)后 , 其 耗電量比原檔板調(diào)節(jié)降低 了20 ~ 30 % , 又如 在上 海金山熱電廠一 臺410 噸/ 時(shí)微 正壓鍋 爐 的送風(fēng)機(jī)上的試驗(yàn)表明, 風(fēng)機(jī)采用 雙速調(diào)節(jié) 比采用進(jìn) 口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)提 高運(yùn)行 效率 17 . 94 % , 風(fēng)機(jī)平均耗電率下降0 . 334 度/ 噸汽 。 以 鍋 爐 平均負(fù)荷35 0 噸/ 時(shí) , 每年運(yùn)行70 00 小時(shí)計(jì) , 則每年可節(jié) 電8 1 . 8萬度 。 雙速 電機(jī)成 本較低 , 維護(hù)簡單 。 經(jīng)我們 進(jìn)行技術(shù)分析 比較 [ ‘工后 認(rèn)為 : 對于帶基 本負(fù) 荷的機(jī)組 , 若風(fēng)機(jī)富裕量為30 % 時(shí) , 采用雙 速電機(jī)是最佳的變速調(diào)節(jié)方式, 但對于 調(diào) 峰 機(jī)組來說 , 由于 少油開關(guān)的壽命短 (一 般開 關(guān)壽命為100 ~ 200 次) , 真空開關(guān)的可靠性還 有待進(jìn)一步考驗(yàn) , 故是否在調(diào) 峰機(jī)組上推廣使用, 取決于 能適應(yīng)頻繁操作的電力開關(guān)的 可靠性 。
2 。 電磁調(diào) 速 電機(jī)
電磁調(diào) 速電機(jī)能實(shí)現(xiàn)無級 變速 。 其控制 設(shè)備簡單 , 初投資較低, 維護(hù)也 容易 。 但 由 于調(diào) 速時(shí), 其轉(zhuǎn)差 功率 以發(fā)熱形式損耗掉 , 因此經(jīng) 濟(jì)效益 較低 。 我們采用上 海先鋒電機(jī) 廠 生產(chǎn)的JZ T T 一 91/ 6/ 4 型電磁調(diào) 速電機(jī) , 在 下關(guān)電廠一臺鍋爐的引風(fēng)機(jī) (系子午加速 軸 流式風(fēng)機(jī)) 上進(jìn)行試 驗(yàn)表明 , 只有當(dāng)風(fēng)機(jī)運(yùn) 行的風(fēng)量與最大風(fēng)量 之比Q/ Q。二< 0 . 6 時(shí), 方能顯示出其經(jīng)濟(jì)效益 。 用于 離心風(fēng)機(jī) , 則 當(dāng)Q/ Q、 a 二< 0 . 85 時(shí), 可顯出其效益 。 但 此 型電機(jī)噪音高, 為適應(yīng) 電廠風(fēng)機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn) 在操作系統(tǒng)上也還需要進(jìn) 行改進(jìn) I ‘] , 目前不 宜進(jìn)行推廣應(yīng)用 。
3 . 液力藕合器
多。 如山東濟(jì)寧電廠、 沾 化電廠、 黃臺電廣 安徽淮北電廠、 上海閡行電廠 、 金 山熱電廣 等均已采用 , 且取得了一定的節(jié)電效果 。 經(jīng) 試驗(yàn)各廠 的節(jié)電情況如表 1 所示 。 表 1 中年節(jié)電量按每年運(yùn)行700 0小時(shí)計(jì) 算, 鍋 爐按平均負(fù)荷計(jì) 算, 電價(jià)按 65 元/ 千 度計(jì)算。 回收年限中未計(jì)利率和 因增加 冷卻 水量的運(yùn)行 費(fèi)用 。 這里需要說明的是 , 以 上電廠均參與電 網(wǎng)的調(diào)峰, 一般有1鄺時(shí) 間帶較低負(fù)荷 。 如、 黃臺電廠和 金山熱電廠其鍋爐負(fù) 荷 率 約 為
臺 5 % , 因而上述電廠 的節(jié)電效果較顯著 。 對 于帶基 本負(fù)荷的機(jī)組 , 若風(fēng)機(jī)的 富裕量不過 大 , 則采 用液力藕合 器的節(jié)電效果不明顯 。 如上海閡行 電廠 。 又如黃臺電廠 的運(yùn)行人員 也反映 , 當(dāng)鍋爐帶額定負(fù)荷時(shí), 采用液力藕 合器不 但省電, 甚至還多耗電 。 因此, 在電 廠風(fēng)機(jī)中并不是采用液力藕合器后 , 均能取 得經(jīng)濟(jì)效益的, 故不 能盲目擴(kuò)大使用 。
液力禍合器也是實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速 , 其經(jīng)濟(jì) 性 與電磁調(diào)速電機(jī)一樣 , 轉(zhuǎn)差功率也是 以發(fā) 熱形式 損失掉 。 但該 裝置 出現(xiàn)較早 , 技術(shù)上 比 較成熟 , 因而近年來在電廠風(fēng)機(jī)中應(yīng)用較

4 . 可控硅 串級調(diào) 速裝置
可控 硅串級調(diào)速裝置 , 不僅可以對電機(jī) 進(jìn)行無 級變速 , 而且在調(diào)速時(shí)其 轉(zhuǎn)差功 率可反回電網(wǎng) , 因此經(jīng)濟(jì)效益較高 。 如上海楊樹 浦電廠將西安整流器廠 生產(chǎn)的 K G A F 型 可 控硅 串級調(diào)速裝置, 用于一 臺容量 為 90 噸/ 時(shí) 鍋爐的 引風(fēng)機(jī)上 。 經(jīng)試驗(yàn)表明, 當(dāng)鍋爐在 額定負(fù)荷90 噸/ 時(shí)時(shí), 每小時(shí)可節(jié)電40 度; 當(dāng) 鍋爐負(fù)荷為70 噸/ 時(shí)時(shí), 每小時(shí)可節(jié)電75 度。 又如山東辛店 電廠 在一臺鍋爐的送風(fēng)機(jī)上采 用 串級調(diào) 速裝置后 , 在低 負(fù)荷時(shí)可 取得年節(jié) 電量133 萬度的效果。 即使在鍋爐滿負(fù)荷時(shí), 也可 取得年節(jié)電量85 萬 度的效益 。 串級調(diào)速裝置的初投資較高 , 調(diào) 速裝置 需進(jìn) 行 維護(hù), 又需采用繞線式 電機(jī) , 因而增 加 了維修工 作量 。 對于老廠改造來說, 還需 將原 來的鼠籠式 電機(jī)更換掉 。 此外 , . 還存在
功率因素低的 問題, 對電網(wǎng)可能造成諧波污 染 。 因此 , 要在電廠風(fēng)機(jī)上推廣應(yīng)用 , 還需 進(jìn)一 步進(jìn)行試驗(yàn)研究 。
5  變頻調(diào)速裝置
我國還沒有大容量的變頻調(diào) 速 裝 置 產(chǎn) 品 , 且因其成 本高, 增 加設(shè)備較多 , 對維修 人員的要求也較高 。 因而 , 迄今我國電廠風(fēng) 機(jī)還沒有采用此型 變速裝置 。 但是變頻調(diào)速 是 交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的最 新技術(shù), 與其它 調(diào) 速 裝置相 比 , 性能最佳, 因 此應(yīng)積極加 以研究 和開發(fā) 。 表 2 為我們對 某電廠一 臺鍋爐引風(fēng)機(jī)進(jìn) 行 改造設(shè)計(jì) 時(shí), 所做的幾種 調(diào)節(jié)方式的 經(jīng)濟(jì)比較結(jié)果 。 由表可見: 三 種交流變速裝置均 可取得顯著的節(jié)電效果, 其 中又 以變頻調(diào)速 為最佳 。 但由于變頻調(diào) 速 裝置費(fèi)用 太高, 其 綜合經(jīng) 濟(jì)指標(biāo)一將來 費(fèi)用折 算現(xiàn)值反而不如 串級調(diào) 速和雙 速 電機(jī) (將來費(fèi)用折 算現(xiàn)值越 低越好) 。 因 此, 必須 抓 緊研究降低變頻調(diào) 速裝置 的成本 , 以利 今后推廣 應(yīng)用 。 表 2 中的節(jié)電量 是按 全年 運(yùn) 行 700 0 小 時(shí) 、 風(fēng)機(jī)風(fēng)量富裕量為10 %計(jì) 算的 ; 負(fù)荷分配 為帶 10 0 % 、 90 % 、 80 % 、 70 % 的負(fù)荷各為1/ 6 時(shí) 間, 其 余 1鄺時(shí) 間帶60 % 的負(fù)荷 。 電價(jià)按 50 元/ 千度計(jì)算 。 將來費(fèi)用折 算現(xiàn)值的計(jì)算 公式為:
F E = T S x T E + T S x (H D x D F + W X ) 火 Y S式 中 FE 一 ‘:等來費(fèi)用現(xiàn)值 (萬元) , T S 一 風(fēng)機(jī)臺數(shù); T E 一風(fēng)機(jī)和 附加裝置 的總投 資 (萬 元) ; H D 一系統(tǒng)年耗電量 (萬度/ 年) ; D F一電費(fèi) (元/ 度) , W X 一風(fēng)機(jī)和附加設(shè) 備的年 維 修 費(fèi) (萬元/ 年) , YS 一使用壽命 (年) ; 表中W X 是按 風(fēng)機(jī)和附加設(shè)備費(fèi)之 和的 1 . 4 % 來計(jì)算 的, 使用壽命取為20 年 。

三 、 采取積極措施推廣應(yīng)用 交流 調(diào)速裝置
從前面 的分析可見 , 雙 速電機(jī) 、 可控 硅 串級調(diào) 速裝置和變頻調(diào)速 裝置 , 若用于 電廠 離心風(fēng)機(jī) , 只 要選 用合理都會(huì)取得顯著的節(jié)電效果。 但就 目前我國 電廠的實(shí)際情況和我 們一年多來的工作體會(huì), 認(rèn)為要擴(kuò)大這些調(diào) 速裝置 , 還必須采取積極措施, 解決以下問 題 :
1 . 就這些裝置本身來說, 還必須研究 解決成本高、 可靠性和對電網(wǎng) 的 污 染 等 問 題 。

2 。 從政 策上解決調(diào) 動(dòng) 積極性的 問題 。 長期以來 , 上級 部 門對電廠 的安全 生產(chǎn) 很重 視 , 這是正確的 。 但對提高經(jīng)濟(jì)效益所 采取 的措施不 力, 比如安全 出了事 , 獎(jiǎng)金 扣得厲 害; 而節(jié) 了電獎(jiǎng)勵(lì)卻甚微 。 這不足以 補(bǔ)償職 工為節(jié)電所付 出的勞動(dòng) 。 何況要節(jié) 電就得采 用 新設(shè)備 、 新工 藝或新的操作方 式 , 這 些都 會(huì)有一定風(fēng)險(xiǎn)的 。 因此, 這種政策不利于調(diào) 動(dòng) 電廠職工的 積極性 , 應(yīng)予 以 改 變 。

3 。 對電廠 節(jié)電的經(jīng)濟(jì)效益 如何計(jì)算的 問題 。 過去各電廠在計(jì) 算節(jié)電 的經(jīng) 濟(jì)效益時(shí) 均是以節(jié)電數(shù)乘以發(fā)電成本進(jìn) 行 核算的 。 這 樣 , 節(jié)約同樣的電量 , 電廠 的經(jīng) 濟(jì)效益 就 比 用電部門的經(jīng)濟(jì)效益低得多, 對節(jié)電裝置 所 支付的投資費(fèi)用 的償 還年限就長得多, 這對 電廠采用先進(jìn) 的節(jié)電技術(shù)和設(shè)備的積極性是 個(gè)阻礙 。 我們認(rèn)為, 今后 在考核電廠節(jié)電效 益時(shí), 至少應(yīng)按供電成 本進(jìn)行 計(jì) 算 才 較 合 理 , 因電廠節(jié)約了廠用 電就 等于可 以多向用 戶供電 。

4 . 示范問題 。 目前由于交 流變速裝置 的成本較高, 特 別是變頻調(diào) 速裝置 的成 本過 高 , 電廠在未看見其實(shí)際使 用效 果和可 靠性 的情況下 , 不可 能下決心大量投 資去購 買這 些裝置, 并用于 發(fā)電設(shè) 備上 。 為此 , 我們 認(rèn) 為應(yīng)采 取兩方面 的示范措施加 以解決 。 一 是 引進(jìn)少 量先進(jìn)的大型 變頻調(diào) 速裝置 , 用 于大 容量鍋爐的風(fēng)機(jī)上, 并積極組織進(jìn)行消化吸 收 , 待取得實(shí)際 運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和效益后 , 召開 現(xiàn) 場 會(huì)加以宣 傳, 引起 電廠重視 , 二是 由國家 投資或 貨款 , 組織 研究設(shè)計(jì)和生產(chǎn)些適合 于 電廠風(fēng)機(jī)的 中型變速裝置 , 并在科研 部門的 協(xié)助下 , 在電廠風(fēng)機(jī)上進(jìn)行 試點(diǎn) , 取得成功 經(jīng)驗(yàn)后加 以推廣應(yīng)用 。 總之 , 電廠離心風(fēng)機(jī)采用變速調(diào)節(jié), 其經(jīng) 濟(jì)效益是肯定的 。 特別是對于調(diào)峰機(jī)組的 風(fēng)機(jī)來說 , 選用效率高的可控硅串級調(diào) 速和 變頻調(diào) 速裝置最好 。 它們既可實(shí)現(xiàn)無級 調(diào)速 , 又因 操 作簡單, 易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化 。 當(dāng)調(diào)速裝 置發(fā)生故障時(shí), 還可 自動(dòng)將電動(dòng)機(jī)切換 至額 定 轉(zhuǎn)速上運(yùn) 轉(zhuǎn), 以 保證鍋爐的安全 可靠運(yùn)行。 也有利 于降低風(fēng)機(jī)噪 音和 防磨損 , 因此值得 加 以 研究 推廣 。 為此, 在經(jīng)委和水電 部的支 持下 , 我們正在對此 兩種調(diào) 速裝置進(jìn) 行模型 試驗(yàn) , 以期找 出它們 與鍋 爐運(yùn)行操作的最好 配合 方式 , 并解決風(fēng)機(jī)變速運(yùn)行后可能出現(xiàn) 的諸如扭 振等問題 。