国内发电厂离心通风机的应用现状与经济分析

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简介：阐述了电厂离心通风机的应用现状，并根据流量调节用的几种调速装置的特点，对它们进行了经济性分析，进一步指出了其节能的措施和最佳节能方法。

　　1 引言

　　我国能源 发展的战略方针是：开发与节能并重。而近期则要把节能放在首位。这就要求发电厂在生产二次能源的过程中，要积极采取一切有效的措施，以降低自身的电力消 耗。风机是电厂运行的主要设备，其耗电量约占电厂用电量的30%.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和采用最佳的流量调节方式。根据我国风机产品的实际情况和电厂风机的运行特点，风机节能应重点放在采用最佳的流量调节方式上。

　　2 电厂离心通风机应用现状

　　目前我国电厂所使用的风机，特别是近年来新投产的大机组中的风机，大多数采用了高效离心通风机，其最高效率均在 80%以上。但实际运行效率并不高，原因有二：首先，我国现行火力设计规程SDJ-79规定，燃煤锅炉送、引风机的风量富裕度分别为5%和5%～10%， 风压富裕度为10%和10%～15%.由于在设计过程中很难准确地计算出管网阻力，并考虑到长期运行过程中可能发生的各种问题，通常把系统的最大风量和风 压附加一部分作为风机选型的设计值。但可供选择的风机型号和系列是有限的，如果选不到合适的风机，也只好往大机号上靠。实际上，电厂锅炉送、引风机风量的 富裕度达20%～30%是比较常见的，甚至更大。例如，闵行电厂8号炉，其送、引风机的风量富裕度分别为31%和7.3%，风压富裕度分别为67.8%和 48.4%；华东电网（苏、皖、沪）10家电厂12.5万kW以上机组共用离心通风机76台（进行了叶轮切割和改型的有36台），设计点的效率都在81% ～85%之间（带进气室），其中已测试了41台，效率大于70%的只有15台，低于70%的有26台，占被测风机的60%以上。这些风机的导向挡板开度大 都在35%～60%；其次，随着电网容量的不断增大，大机组面临参加调峰的问题，对于参加调峰的机组来说，与锅炉配套的送、引风机还需周期性地在较长时间 内处于更低的负荷下运行，造成大量节流损失。例如：北京石景山发电总厂京西电厂20万kW机组有近1/3的时间带10万kW的负荷。

　　电厂锅炉用风机风量与风压的富裕量以及机组调峰运行导致风机的运行工况点与设计工况点相偏离，致使电厂锅炉用风机的使用效率低于其最高效率。即使采用了 高效风机，运行状况调查表明，风机运行效率低于 70%的占50%，即高效风机低效运行。通常情况下，风机采用自带调节门调节，但采用调节门调节时，风机的效率会下降。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，采用最佳的风机调节方式，以达到节能的目的。

　　3、经济性分析

　　鉴于我国电厂风机的应用现状，研究设计高效率的风机，再大幅度地提高风机本身的效率已不大可能。目前，研究和应用最佳的风机调节方式才是降低风机电耗的最有效途径。

　　风机的耗电量与转速的立方成正比。一旦风机的转速降低，其耗电量将以其立方的比例降低。例如：根据工艺要求，风机的风量下降到 80% 则风机的转速也下降到80% ，其风机轴功率则下降到额定功率的51% ；若风机的风量下降到50%，则风机的转速也下降到50% ，其风机轴功率则下降到额定功率的l3% ，节电87% ；从节能角度看，以风机调速最为有利，调节范围最大，其经济性能也最佳。同时，采用变转速调节后，可以降低风机的噪声，减轻引风机叶轮的磨损，延长叶轮的 使用寿命。所以，电厂风机的节能重点应放在风机的变转速调节上。风机变转速调节，需要通过变速装置来实现。这里简单介绍离心通风机的变速调节方式并粗略的 进行技术经济分析与比较。

　　3.1 经济性评价方法

　　采用“将来费用折算现值”的方法，对电厂离心通风机调节方案进行 经济性评价。所谓“将来费用折算现值”是指购买附加设备费、安装费以及维持风机和附加设备在全部使用寿命期间运行所需的运行费、维修费的折算现值。总现值 最低的方案为最优方案。“将来费用折算现值”法，能比较全面而准确地反映各方案经济性的优劣，在电厂风机改造时可作为主要的参考依据。将来费用折算现值的 计算公式为 F = T · T E + T ·（ H D × D F + W X ）· Y式中 F ——将来费用现值，万元T ——风机台数T E ——风机和附加装置的总投资，万元H D ——系统年耗电量，万kW·h/a D F ——电费，元/kW·h W X ——风机和附加设备的年维修费，万元/a Y ——使用寿命，a

　　3.2 离心通风机几种调速装置的特点

　　离心通风机调速装置有：液力耦合器、电磁滑差调速电机、双速电机、晶闸管串级调速装置及变频调速装置。

　　液力耦合器是利用液体的动能来传递功率的一种动力式传动设备。安装在电动机和风机之间，可以在电动机转速不变的情况下，实现无级变速来改变风机的特性曲 线和电动机的空载启动。但液力耦合器在调速的过程中，存在着固有的滑差功率损失，所以传动效率较低。液力耦合器装置技术上比较成熟，在电厂风机中应用也较 多，并取得了一定的节电效果，但不能盲目使用。经过调查得出，若风机的富裕量不是太大，那么节电效果就不明显；若在锅炉带额定负荷时采用液力耦合器，不但 不能省电，甚至还多耗电。

　　电磁滑差调速电机能实现无级变速，速度调节平滑，无失控区能空载调速，转速变化率小；其控制设备也简单，初投资低，维护方便，节电效果明显。但在调速时其转差功率会以发热形式损耗掉，所以经济效益较低。

　　双速电机是采用单绕组变极方法实现速度变换的，初投资低，使用时能使整机结构紧凑，可降低噪声和节约能源，维护也简单。但低速时的启动力矩小，往往需先在高速下启动，然后再切换到低速运行。运行人员不敢在运行中进行变速操作，开关的可靠性也差。

　　晶闸管串级调速就是在转子绕组回路中串接一个反电势，通过改变转差率来调节绕线式异步电动机转速的一种调节方法，该装置不仅可以对电机进行无级变速，而且 在调速时还可将转差功率转化为机械能加到负载，或转化为电能返回电网，因而系统效率较高。该装置的初投资较高，调速装置需进行维护，还得采用绕线式电机， 增加了维修工作量。

　　变频调速是交流电动机调速的最新技术，是通过改变定子的供电电源频率来改变旋转磁场的同步转速，从而改变转子的转速。对于交流电动机，转速n与频率f成 正比，所以，连续调节电动机的频率能改变电动机的转速，鼠笼式三相异步电动机采用变频方法可以实现无级变速。调节效率高、调速范围大（电机可在0% ～100%频率转速下运行），与其他调节装置相比，性能最佳。当调速范围在同步转速的30%以上时，装置本身的效率不低于90%.变频调速不存在励磁滑差 损耗和挡板、阀门节流功率损耗，不存在转差损耗，因此节能效果良好。

　　3.3几种变速调节的经济性分析比较

　　在对某电厂一台锅炉引风机进行改造设计时，采用“将来费用 折算现值”法，对几种调节方式的经济性进行了比较分析，结果见表 1.

　　表 1 几种调节方式的经济性比较

　　
　　注 ： 效率值即风机的系统效率=风机效率×电动机效率×变速调节装置效率。

　　表中的节电量是年安全运行 7000h，风机风量富裕量为10%计算的，负荷分别为100%、90%、80%和70%负荷的各为1/6时间，其余的时间为60%的负荷，电价按0.5元/kW·h计算。将来费用折算现值的计算公式： F = T · T E + T ·（ H D × D F + W X ）· Y .表中风机和附加设备的年维修费按投资的 1.4%来计算，使用寿命为20年。

　　由表1可见，3种交流变速装置均可取得显著的节电效果，其中变频调速效果最佳，但变频调速装置费用较高，其综合经济指标——将来费用折算现值不及双速电 机和串级调速的低，将来费用折算现值越低就越说明该方案比较可行。研究降低变频调速装置费用的方法，使变频调速在风机调节中得以推广使用，从而节约更多的 电力资源。

　　变频调速装置还可以实现交流电机的“软启动”，降低了启动电流，避免了大启动电流对电网的冲击和大启动力矩对电动机的机 械冲击。电厂锅炉引风机、一次风机长期在热态下工作，其工作介质温度200℃左右，往往在冷态下启动，这样启动时的功率要比运行时大得多。一般情况下，在 设计风机时选用电机容量大于或等于热态参数选择电机容量的1.3倍。如北京石景山电厂20万kW机组配有5台相同的一次风机，热态下的驱动功率仅需 380kW，原选用驱动电机500kW，现场启动时间30～40s，后把驱动电机改为850kW.采用 变频调速装置，利用该装置的特点，只需按风机热态参数选择驱动电机容量就可以了，体现了明显的节能效果。

　　4 结论

　　（1） 常年带负荷具有一定出力余量的电厂锅炉离心通风机，特别是调峰机组的风机，采用变速调节经济效益是值得肯定的。以选用效率高、性能好和节电效果好的变频调 速装置最好；变频调速技术用于风机控制能获得良好的运行性能和显著的节能效果。随着电力电子技术、计算机控制技术的提高，变频调速技术将会得到广泛的应 用。

　　（2）采用何种变速调节方式才能最大程度的节能，这需要具体问题具体分析来解决。电厂生产的重要性和特殊性要求风机的调速装置不仅 要有良好的经济效益，而且要有足够的安全可靠性。要进一步深入开展电厂离心通风机变速调节研究，先要通过实验室的试验研究，选出适合不同负荷类型的最佳调 节方案，再通过工业性试验，考察其安全可靠性和经济性，进而完善调节系统，解决其对整体系统带来的附加问题，使之能在电厂中广泛采用，达到节电节能的目 的。

　　参 考 文 献

　　[1] 汤蕴缪，史乃，沈文豹.电机理论与运行 （上册）.水利电力出版社，1983.

　　[2] 郑文忠，张良斗.离心式风机采用变速调节试验分析报告.华东电力试验研究所，1984.

　　[3] 续魁昌.风机手册.机械工业出版社，1999.

　　[4] 刘家钰.电站风机改造与可靠性分析.中国电力出版社，2002.

　　[5] 王贺芩，邹文华，等.风机变频改造节能技术在火电厂的应用.中国电力，2002