一、电厂锅炉离心风机的最佳调节方式

风机是 电厂锅炉的主 要辅助设备之一 , 其所消耗的 电量约占电厂 总发 电 量 的 2 ~ 3 % 。 随着用 电量 的不断增长 和能源 问题的 出现 , 电厂风机运行 的经 济性越来越为人们 所重视 。 因此, 世界 各国都在研究 降低风机 电耗 的方法 。 降低 风机电耗 , 主要是 研究设计高效 率 的风机型式和采用最 佳的流量调节方式 。 根 据 电厂风机的运行特点和我国的实际情况 , 我们认为目前的主 攻方 向应放在研究和应用 最佳调 节方式上 。 这一方面是因为, 我国 目 前电厂中所使 用的风机、 . 特别是近 年来新投 产的大机组 中的风机 , 绝大多数已是 高效风 机, 它们的最高效率均在80 一85 % 以上, 不 可能再大幅度地提高风机本身的效率; 另一 方面 更为主要的原因, 则是因为电厂风机的 设计 出力往往是其实际 运 行 出 力 的 120 一 130 % , 甚 至更大 , 从而导致风机的使用效率 大大地低 于其 最高效 率 。 此外对于调峰机组 来说, 风机还需在较长时间内处于更低的 负
荷下运行 。 然而电厂风机出力裕量 较大决定 于 电力生产的特点 , 因为电力的生产和消费 是同时进行的, 发电设备必须 保证长期连续 地运行 。 同时, 为确保发 电机的满 出力, 在 设计时 汽轮机的 出力必须 大于发 电 机 的 出 力; 锅炉出力必须 大于 汽轮机的 出力。 作为 锅炉的辅助设备 , 风机的 出力 又必 须大于锅 炉的 出力 。 为此 , 在火电厂 的设计规程 中规 定, 电厂风机的 出力必须在风机系统的最大 流量 和阻力的基础 上, 再增加 5 一 10 % 的裕 量 。 风机系统的最大流量和阻 力又 必须考虑 下列 因 素: 在机组的一个大修周 期 (一 般规 定为 3 年) 内, 因设备腐蚀等多方面的原因 而发生泄漏 所增 加的 风量和 因积灰 堵塞等原 因而增加的 阻力; 锅 炉燃 用煤种可能发生 的 变化所 引起 的风量和阻力的 变化; 并联运行 的风 机 (一 般为两台) 中有一 台发生了事故 或 故障需停下 来 维修时, 其余的风机还需保 证锅炉稳定燃烧 , 并使机组能带较大的负 荷。 对于两 台风机并联的系统 , 要求一 台风机能 带70 % 以上 的负荷 。 而现在设计大容量机组 时, 空气预热器的入 口 和除尘器的 出 口 , 基 本上 都只 与一台风机相 连 , 即一 台风机运行 时, 锅 炉风烟系统中阻力最大的两个设备一
预 热器 和除尘器不能完全实现并联运行 。 因 而当一台风机运行时 , 系统的阻力比两台并 联带 满 负荷时还 要大 。 由于上 述原因, 致使 电厂 风机的使用效 率大大地低 于其最 高效率 (如若是选型 不当, 富裕量过 大, 则使用效 率还要低) 。 即使采 用了 高效风 机 , 其运行 效率也是低 的 。 如对我国某地区50 M W 以上 机组锅 炉风机的运行状况调 查表 明 : 风机运 行效率 低于 70 % 的 占50 % , 低于 50 % 的 占 12 % 。 由此可知, 为了降低电厂 风 机 的 电 耗 , 主要 应提高风机在低 负荷时的运行效率 , 其唯一 途径 就 是要采用最佳的风 机 调 节 方 式 。 众所 周知, 风机采用变转速来调节工况 时, 其效率几乎不 变 ( 当负荷低于 80 % 时才 略有下降) 。 风机的流量随转速按一次方规 律下降 , 而风机的轴功率则按三次方规律下 降 。 因此, 离心风机采用 变转速调节的经济性 最好。 同时, 采用变转速调节后 , 还可降 低 风机的噪音, 减轻引 风机、 排粉机叶轮的 磨损 , 延长其使用寿命。 综上所述 , 电厂离心风机的最佳调节方 式是变转速调节 。
调速装置 。 但除液力藕合器外, 上述各种变 速装置还没 有大容量的系列 产品 。 在我国 电 厂 风机上 , 除调速型离合 器, 变频调速装置 外 , 上述 各种 调速方式均进行过初 步试 验和 应用。 此外, 近年来在对原有设备的改造中 , 采 用了重 绕定子绕组的方法 , 将原单速鼠笼 式 电机改成双速电机也取得了效益 。
二 、 几 种变转速调节装置在电 厂风机上的试验 与比较
风机采用 变转速调节 , 其效 率 几 乎 不 变 , 但需采 用变速装置 来实现 。 采 用变速 装 置 需增加投资 , 变速装置 本身也存在着损失 。 因此, 其 综合 效益和需采甩的最 佳 变 速 装 置 , 都需 要进 行实际 的试验与 比较 。 下面简 要介绍我国 电厂 中已进行过的几种变速调节 方式 的试验 情况 , 并进行粗略的技术经济分 析与比较 。 我国 已能批 量生产 的变速装置 有: 双 速 电动机 、 电磁滑差调速电机 、 液力耗合 器、 调速型离合 器、 可 控硅 串级调 速装置和变须
1 . 双速电机
双速电机在我国电厂风机 中, 已使用了 多年 。 但在80 年代以前 , 大多数双速电机均 未起到应有的作用 。 一个原因是 由于 其开关 的可靠性差 、 寿命短 、 且 低速时的 启动力矩 小, 而往往需要在高速下 启动 , 再切换至 低 速下运行 。 由于 开关的可 靠性 差, 运行人员 不敢在运 行中进行变速操 作 。 另一 个原因是 双速电机的极数选 择不 当, 大多数只需在低 速下运行 , 就能满足锅炉的最大负荷需要 , 无需变速 。 近 年来 , 单绕组双速电机的 可靠 性已有所提高 , 并在江 油、 闸北 、 金山等电 厂进 行了这样的改造与实验 , 均取得了不 同 程 度的节电效果 。 如 西南电力试验研究所 、 华中工学院和都江 电力修造厂, 将四川 江油 电厂 的一 台引风机 电机改成 双速电机后 , 其 耗电量比原档板调节降低 了20 ~ 30 % , 又如 在上 海金山热电厂一 台410 吨/ 时微 正压锅 炉 的送风机上的试验表明, 风机采用 双速调节 比采用进 口导叶调节提 高运行 效率 17 . 94 % , 风机平均耗电率下降0 . 334 度/ 吨汽 。 以 锅 炉 平均负荷35 0 吨/ 时 , 每年运行70 00 小时计 , 则每年可节 电8 1 . 8万度 。 双速 电机成 本较低 , 维护简单 。 经我们 进行技术分析 比较 [ ‘工后 认为 : 对于带基 本负 荷的机组 , 若风机富裕量为30 % 时 , 采用双 速电机是最佳的变速调节方式, 但对于 调 峰 机组来说 , 由于 少油开关的寿命短 (一 般开 关寿命为100 ~ 200 次) , 真空开关的可靠性还 有待进一步考验 , 故是否在调 峰机组上推广使用, 取决于 能适应频繁操作的电力开关的 可靠性 。
2 。 电磁调 速 电机
电磁调 速电机能实现无级 变速 。 其控制 设备简单 , 初投资较低, 维护也 容易 。 但 由 于调 速时, 其转差 功率 以发热形式损耗掉 , 因此经 济效益 较低 。 我们采用上 海先锋电机 厂 生产的JZ T T 一 91/ 6/ 4 型电磁调 速电机 , 在 下关电厂一台锅炉的引风机 (系子午加速 轴 流式风机) 上进行试 验表明 , 只有当风机运 行的风量与最大风量 之比Q/ Q。二< 0 . 6 时, 方能显示出其经济效益 。 用于 离心风机 , 则 当Q/ Q、 a 二< 0 . 85 时, 可显出其效益 。 但 此 型电机噪音高, 为适应 电厂风机的运行特点 在操作系统上也还需要进 行改进 I ‘] , 目前不 宜进行推广应用 。
3 . 液力藕合器
多。 如山东济宁电厂、 沾 化电厂、 黄台电广 安徽淮北电厂、 上海阂行电厂 、 金 山热电广 等均已采用 , 且取得了一定的节电效果 。 经 试验各厂 的节电情况如表 1 所示 。 表 1 中年节电量按每年运行700 0小时计 算, 锅 炉按平均负荷计 算, 电价按 65 元/ 千 度计算。 回收年限中未计利率和 因增加 冷却 水量的运行 费用 。 这里需要说明的是 , 以 上电厂均参与电 网的调峰, 一般有1邝时 间带较低负荷 。 如、 黄台电厂和 金山热电厂其锅炉负 荷 率 约 为
台 5 % , 因而上述电厂 的节电效果较显著 。 对 于带基 本负荷的机组 , 若风机的 富裕量不过 大 , 则采 用液力藕合 器的节电效果不明显 。 如上海阂行 电厂 。 又如黄台电厂 的运行人员 也反映 , 当锅炉带额定负荷时, 采用液力藕 合器不 但省电, 甚至还多耗电 。 因此, 在电 厂风机中并不是采用液力藕合器后 , 均能取 得经济效益的, 故不 能盲目扩大使用 。
液力祸合器也是实现无级调速 , 其经济 性 与电磁调速电机一样 , 转差功率也是 以发 热形式 损失掉 。 但该 装置 出现较早 , 技术上 比 较成熟 , 因而近年来在电厂风机中应用较

4 . 可控硅 串级调 速装置
可控 硅串级调速装置 , 不仅可以对电机 进行无 级变速 , 而且在调速时其 转差功 率可反回电网 , 因此经济效益较高 。 如上海杨树 浦电厂将西安整流器厂 生产的 K G A F 型 可 控硅 串级调速装置, 用于一 台容量 为 90 吨/ 时 锅炉的 引风机上 。 经试验表明, 当锅炉在 额定负荷90 吨/ 时时, 每小时可节电40 度; 当 锅炉负荷为70 吨/ 时时, 每小时可节电75 度。 又如山东辛店 电厂 在一台锅炉的送风机上采 用 串级调 速装置后 , 在低 负荷时可 取得年节 电量133 万度的效果。 即使在锅炉满负荷时, 也可 取得年节电量85 万 度的效益 。 串级调速装置的初投资较高 , 调 速装置 需进 行 维护, 又需采用绕线式 电机 , 因而增 加 了维修工 作量 。 对于老厂改造来说, 还需 将原 来的鼠笼式 电机更换掉 。 此外 , . 还存在
功率因素低的 问题, 对电网可能造成谐波污 染 。 因此 , 要在电厂风机上推广应用 , 还需 进一 步进行试验研究 。
5  变频调速装置
我国还没有大容量的变频调 速 装 置 产 品 , 且因其成 本高, 增 加设备较多 , 对维修 人员的要求也较高 。 因而 , 迄今我国电厂风 机还没有采用此型 变速装置 。 但是变频调速 是 交流电动机调速的最 新技术, 与其它 调 速 装置相 比 , 性能最佳, 因 此应积极加 以研究 和开发 。 表 2 为我们对 某电厂一 台锅炉引风机进 行 改造设计 时, 所做的几种 调节方式的 经济比较结果 。 由表可见: 三 种交流变速装置均 可取得显著的节电效果, 其 中又 以变频调速 为最佳 。 但由于变频调 速 装置费用 太高, 其 综合经 济指标一将来 费用折 算现值反而不如 串级调 速和双 速 电机 (将来费用折 算现值越 低越好) 。 因 此, 必须 抓 紧研究降低变频调 速装置 的成本 , 以利 今后推广 应用 。 表 2 中的节电量 是按 全年 运 行 700 0 小 时 、 风机风量富裕量为10 %计 算的 ; 负荷分配 为带 10 0 % 、 90 % 、 80 % 、 70 % 的负荷各为1/ 6 时 间, 其 余 1邝时 间带60 % 的负荷 。 电价按 50 元/ 千度计算 。 将来费用折 算现值的计算 公式为:
F E = T S x T E + T S x (H D x D F + W X ) 火 Y S式 中 FE 一 ‘:等来费用现值 (万元) , T S 一 风机台数; T E 一风机和 附加装置 的总投 资 (万 元) ; H D 一系统年耗电量 (万度/ 年) ; D F一电费 (元/ 度) , W X 一风机和附加设 备的年 维 修 费 (万元/ 年) , YS 一使用寿命 (年) ; 表中W X 是按 风机和附加设备费之 和的 1 . 4 % 来计算 的, 使用寿命取为20 年 。

三 、 采取积极措施推广应用 交流 调速装置
从前面 的分析可见 , 双 速电机 、 可控 硅 串级调 速装置和变频调速 装置 , 若用于 电厂 离心风机 , 只 要选 用合理都会取得显著的节电效果。 但就 目前我国 电厂的实际情况和我 们一年多来的工作体会, 认为要扩大这些调 速装置 , 还必须采取积极措施, 解决以下问 题 :
1 . 就这些装置本身来说, 还必须研究 解决成本高、 可靠性和对电网 的 污 染 等 问 题 。

2 。 从政 策上解决调 动 积极性的 问题 。 长期以来 , 上级 部 门对电厂 的安全 生产 很重 视 , 这是正确的 。 但对提高经济效益所 采取 的措施不 力, 比如安全 出了事 , 奖金 扣得厉 害; 而节 了电奖励却甚微 。 这不足以 补偿职 工为节电所付 出的劳动 。 何况要节 电就得采 用 新设备 、 新工 艺或新的操作方 式 , 这 些都 会有一定风险的 。 因此, 这种政策不利于调 动 电厂职工的 积极性 , 应予 以 改 变 。

3 。 对电厂 节电的经济效益 如何计算的 问题 。 过去各电厂在计 算节电 的经 济效益时 均是以节电数乘以发电成本进 行 核算的 。 这 样 , 节约同样的电量 , 电厂 的经 济效益 就 比 用电部门的经济效益低得多, 对节电装置 所 支付的投资费用 的偿 还年限就长得多, 这对 电厂采用先进 的节电技术和设备的积极性是 个阻碍 。 我们认为, 今后 在考核电厂节电效 益时, 至少应按供电成 本进行 计 算 才 较 合 理 , 因电厂节约了厂用 电就 等于可 以多向用 户供电 。

4 . 示范问题 。 目前由于交 流变速装置 的成本较高, 特 别是变频调 速装置 的成 本过 高 , 电厂在未看见其实际使 用效 果和可 靠性 的情况下 , 不可 能下决心大量投 资去购 买这 些装置, 并用于 发电设 备上 。 为此 , 我们 认 为应采 取两方面 的示范措施加 以解决 。 一 是 引进少 量先进的大型 变频调 速装置 , 用 于大 容量锅炉的风机上, 并积极组织进行消化吸 收 , 待取得实际 运行经验和效益后 , 召开 现 场 会加以宣 传, 引起 电厂重视 , 二是 由国家 投资或 货款 , 组织 研究设计和生产些适合 于 电厂风机的 中型变速装置 , 并在科研 部门的 协助下 , 在电厂风机上进行 试点 , 取得成功 经验后加 以推广应用 。 总之 , 电厂离心风机采用变速调节, 其经 济效益是肯定的 。 特别是对于调峰机组的 风机来说 , 选用效率高的可控硅串级调 速和 变频调 速装置最好 。 它们既可实现无级 调速 , 又因 操 作简单, 易于实现自动化 。 当调速装 置发生故障时, 还可 自动将电动机切换 至额 定 转速上运 转, 以 保证锅炉的安全 可靠运行。 也有利 于降低风机噪 音和 防磨损 , 因此值得 加 以 研究 推广 。 为此, 在经委和水电 部的支 持下 , 我们正在对此 两种调 速装置进 行模型 试验 , 以期找 出它们 与锅 炉运行操作的最好 配合 方式 , 并解决风机变速运行后可能出现 的诸如扭 振等问题 。