發(fā)電廠輔機(jī)電動(dòng)機(jī)節(jié)能改造技術(shù)方案分析
摘 要:本文針對(duì)火力發(fā)電廠各種高低壓輔機(jī)電動(dòng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行工況，逐一進(jìn)行節(jié)能改造方案分析;指出了輔機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)速驅(qū)動(dòng)后的優(yōu)越性和具體實(shí)施方案。
關(guān)鍵詞:風(fēng)機(jī) 水泵 變頻調(diào)速 節(jié)能運(yùn)行
1 前 言
目前，在我國(guó)電源結(jié)構(gòu)中，火電裝機(jī)容量占74%，發(fā)電量占80%；水電裝機(jī)容量占25%，發(fā)電量占19%；核電僅占1%左右，因此火電機(jī)組及其輔機(jī)設(shè)備的節(jié)能改造工作是非常重要的?；痣姀S中的各類輔機(jī)設(shè)備中，風(fēng)機(jī)水泵類設(shè)備占了絕大部分，蘊(yùn)藏著巨大的節(jié)能潛力。由于火電機(jī)組調(diào)峰力度的加大，這些機(jī)組的負(fù)荷變化范圍很大，必須實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)水泵的流量。目前調(diào)節(jié)流量的方式多為節(jié)流閥調(diào)節(jié)，由于這種調(diào)節(jié)方式僅僅是改變了通道的通流阻抗，而電動(dòng)機(jī)的輸出功率并沒(méi)有多大改變，所以浪費(fèi)了大量的能源。隨著電力行業(yè)的改革不斷深化，廠網(wǎng)分家，競(jìng)價(jià)上網(wǎng)政策的逐步實(shí)施，降低廠用電率，降低發(fā)電成本，提高上網(wǎng)電價(jià)的競(jìng)爭(zhēng)力，已成為各火電廠努力追求的經(jīng)濟(jì)目標(biāo)，要求越來(lái)越迫切。風(fēng)機(jī)水泵類負(fù)載采用調(diào)速驅(qū)動(dòng)具有非?？捎^的節(jié)能效果，這已是共識(shí)。
另外，交流電機(jī)的直接起動(dòng)(尤其是高壓電機(jī))會(huì)產(chǎn)生巨大的電流沖擊和轉(zhuǎn)矩沖擊，在很短的起動(dòng)過(guò)程中，轉(zhuǎn)子籠型繞組及阻尼繞組將承受很高的熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力，致使籠條的端環(huán)斷裂。直接起動(dòng)時(shí)的大電流還會(huì)在定子繞組的端部產(chǎn)生很大的電磁力，使繞組端部振動(dòng)和變形，造成定子繞組絕緣的機(jī)械損傷和磨損，從而導(dǎo)致定子繞組絕緣擊穿。直接起動(dòng)時(shí)的大電流還會(huì)引起鐵芯振動(dòng)，使鐵芯松馳，引起電機(jī)發(fā)熱增加。在火力發(fā)電廠中，高壓大容量交流籠型異步電動(dòng)機(jī)的使用非常廣泛，由于直接起動(dòng)而造成的電動(dòng)機(jī)燒毀和轉(zhuǎn)子斷條事故屢屢發(fā)生，給機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行造成很大的威脅。因此大容量異步電動(dòng)機(jī)采用軟起動(dòng)方式，對(duì)于延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)的使用壽命，減少對(duì)電網(wǎng)的沖擊，保證機(jī)組正常運(yùn)行是非常必要的。由于電動(dòng)機(jī)的變頻軟起動(dòng)可提供高的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩并可做到平滑無(wú)沖擊，所以采用變頻器實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)的效果也是非常突擊的。同時(shí)，采用調(diào)速驅(qū)動(dòng)，還可以有效地減輕風(fēng)機(jī)水泵葉輪的磨損，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，降低運(yùn)行噪聲。還有運(yùn)行工藝對(duì)輔機(jī)設(shè)備的控制性能的改善也是十分迫切的，例如鍋爐風(fēng)機(jī)和給粉機(jī)的調(diào)速控制，可以大幅度地改善爐內(nèi)的燃燒工況，從而節(jié)煤、節(jié)水，并可節(jié)省這些物料的運(yùn)輸，處理能量等。工藝條件的改善可以創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益，已不再簡(jiǎn)單地局限在節(jié)能的范疇，人們會(huì)很快地認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)，并迅速行動(dòng)起來(lái)。
本文針對(duì)發(fā)電廠各種高低壓輔機(jī)電動(dòng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行工況，逐一地進(jìn)行節(jié)能改造方案分析。
2 風(fēng)機(jī)
風(fēng)機(jī)是火力發(fā)電廠重要的輔助設(shè)備之一，鍋爐的四大風(fēng)機(jī)(送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)或排粉風(fēng)機(jī)和煙氣再循環(huán)風(fēng)機(jī))的總耗電量約占機(jī)組發(fā)電量的2%左右。隨著火電機(jī)組容量的增大，電站鍋爐風(fēng)機(jī)的容量也在不斷增大，如國(guó)產(chǎn)200MW機(jī)組，風(fēng)機(jī)的總功率達(dá)7140kW(其中，送風(fēng)機(jī)二臺(tái)2500kW，引風(fēng)機(jī)二臺(tái)3200kW，排粉風(fēng)機(jī)總功率1440kW)，占機(jī)組容量的3%以上。因此，提高風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率對(duì)降低廠用電率具有重要的作用。
2.1 風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀況和節(jié)能效果
我國(guó)電站風(fēng)機(jī)已普遍采用了高效離心風(fēng)機(jī)，但實(shí)際運(yùn)行效率并不高，其主要原因之一是風(fēng)機(jī)的調(diào)速性能差，二是運(yùn)行點(diǎn)遠(yuǎn)離風(fēng)機(jī)的最高效率點(diǎn)。我國(guó)現(xiàn)行的火電設(shè)計(jì)規(guī)程SDJ-79規(guī)定，燃煤鍋爐的送、引風(fēng)機(jī)的風(fēng)量裕度分別為5%和5%~10%，風(fēng)壓裕度分別為10%和10%~15%。這是因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)過(guò)程中，很難準(zhǔn)確地計(jì)算出管網(wǎng)的阻力，并考慮到長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中可能發(fā)生的各種問(wèn)題，通?？偸前严到y(tǒng)的最大風(fēng)量和風(fēng)壓富裕量作為選擇風(fēng)機(jī)型號(hào)的設(shè)計(jì)值。但風(fēng)機(jī)的型號(hào)和系列是有限的，往往在選用不到合適的風(fēng)機(jī)型號(hào)時(shí)，只好往大機(jī)號(hào)上靠。這樣，電站鍋爐送、引風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和風(fēng)壓富裕度達(dá)20%~30%是比較常見(jiàn)的。
電站鍋爐風(fēng)機(jī)的風(fēng)量與風(fēng)壓的富裕度以及機(jī)組的調(diào)峰運(yùn)行導(dǎo)致風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工況點(diǎn)與設(shè)計(jì)高效點(diǎn)相偏離，從而使風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率大幅度下降。一般情況下，采用調(diào)節(jié)門調(diào)節(jié)的風(fēng)機(jī)，在兩者偏離10%時(shí)，效率下降8%左右；偏離20%時(shí)，效率下降20%左右；而偏離30%時(shí)，效率則下降30%以上，對(duì)于采用調(diào)節(jié)門調(diào)節(jié)風(fēng)量的風(fēng)機(jī)，這是一個(gè)固有的不可避免的問(wèn)題。可見(jiàn)，鍋爐送、引風(fēng)機(jī)的用電量中，很大一部分是因風(fēng)機(jī)的型號(hào)與管網(wǎng)系統(tǒng)的參數(shù)不匹配及調(diào)節(jié)方式不當(dāng)而被調(diào)節(jié)門消耗掉的。因此，改進(jìn)離心風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)方式是提高風(fēng)機(jī)效率，降低風(fēng)機(jī)耗電量的最有效途徑。
按照流體機(jī)械的相似定律，風(fēng)機(jī)、水泵的流量Q、壓頭(揚(yáng)程)H、軸功率P與轉(zhuǎn)速n之間有如下比例關(guān)系:
(1)
離心式風(fēng)機(jī)在變速調(diào)節(jié)的過(guò)程中，如果不考慮管道系統(tǒng)阻力R的影響，且風(fēng)壓H隨流量Q成平方規(guī)律變化，則風(fēng)機(jī)的效率可在一定的范圍內(nèi)保持最高效率不變(只有在負(fù)荷率低于80%時(shí)才略有下降)。圖1示出了離心式風(fēng)機(jī)不同調(diào)節(jié)方式耗電特性比較，圖2示出了采用調(diào)節(jié)門調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方式時(shí)，風(fēng)機(jī)的效率-流量曲線。
由圖2可知:在風(fēng)機(jī)的風(fēng)量由100%下降到50%時(shí)，變速調(diào)節(jié)與風(fēng)門調(diào)節(jié)方式相比，風(fēng)機(jī)的效率平均高出30%以上。因而，從節(jié)能的觀點(diǎn)看，變速調(diào)節(jié)方式為最佳調(diào)節(jié)方式。
2.2 風(fēng)機(jī)調(diào)速節(jié)能改造方案分析
(1) 對(duì)于常年帶滿負(fù)荷的機(jī)組，當(dāng)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量裕度在30%時(shí)，選用雙速電機(jī)最為經(jīng)濟(jì)，即使在滿負(fù)荷連續(xù)運(yùn)行工況下，電機(jī)也可在低速檔運(yùn)行，已可滿足風(fēng)量要求；當(dāng)風(fēng)量余度在20%左右時(shí)，則采用變頻調(diào)速、串級(jí)調(diào)度較為經(jīng)濟(jì)，而采用雙速電機(jī)和液力耦合器不能起到節(jié)電作用；當(dāng)風(fēng)量裕度在10%左右時(shí)，采用雙速電機(jī)和液力耦合器調(diào)速還不及調(diào)節(jié)門調(diào)節(jié)的經(jīng)濟(jì)性好，而采用變頻調(diào)速和串級(jí)調(diào)速與調(diào)節(jié)門調(diào)節(jié)的經(jīng)濟(jì)性相差不大，因而此時(shí)只要采用調(diào)節(jié)門調(diào)節(jié)即可，不必采用變速調(diào)節(jié)。
(2) 對(duì)于調(diào)峰機(jī)組和長(zhǎng)期處于低負(fù)荷運(yùn)行的機(jī)組，考慮到長(zhǎng)期運(yùn)行的安全可靠性、經(jīng)濟(jì)性和操作維護(hù)工作量等，變頻調(diào)速和串級(jí)調(diào)速比雙速電機(jī)及液力耦合器等調(diào)速方式具有更大的優(yōu)越性。因此，電廠在風(fēng)機(jī)節(jié)能改造時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇變頻調(diào)速和串級(jí)調(diào)速方案。
(3) 風(fēng)機(jī)的功率一般在1000~2000kW，在目前的功率器件耐壓條件下，采用高壓IGBT和IGCT的三電平中壓變頻器，是目前的最佳選擇方案。這種變頻器的功率器件不串不并，可靠性最高，逆變單元采用12只HV-IGBT或IGCT，使用的功率器件最少，成本最低，體積最小。輸入采用12脈沖整流器，網(wǎng)側(cè)諧波??；輸出采用LC濾波器，電流波形好，總的諧波畸變率THD<1%，適合于任何籠型異步電機(jī)，且不必"降額"使用。輸出電壓等級(jí)有2.3kV，3.3kV和4.16kV，對(duì)于我國(guó)的6kV電機(jī)，可將電機(jī)進(jìn)行Y/△改接，線電壓為3.47kV，考慮風(fēng)機(jī)一般均有設(shè)計(jì)余量，因此采用3.3kV的變頻器，完全能滿足要求。對(duì)于老設(shè)備的改造特別有利，是目前最為經(jīng)濟(jì)合理的改造方案。ABB公司的ACS1000和西門子公司的SIMOVERT MV屬這類變頻器。
3 水 泵
火力發(fā)電機(jī)組必須配備的水泵主要有鍋爐給水泵、循環(huán)水泵和凝結(jié)水泵，其次還有射水泵、低壓加熱器疏水泵、熱網(wǎng)水泵、冷卻水泵、灰漿泵、軸封水泵、除鹽水泵、清水泵、過(guò)濾器反洗泵、生活水泵、消防水泵和補(bǔ)給水泵等。這些水泵數(shù)量多，總裝機(jī)容量大:50MW火電機(jī)組的主要配套水泵的總裝機(jī)容量為6430kW，占機(jī)組容量的12.86%；100MW機(jī)組為10480kW，占10.48%；200MW機(jī)組為15450kW，占7.73%。100MW機(jī)組主要配套水泵的總耗電量約占全部廠用電量的70%左右。由此可見(jiàn)，水泵確實(shí)是火力發(fā)電廠中耗電量最大的一類輔機(jī)。因此，提高水泵的運(yùn)行效率，降低水泵的電耗對(duì)降低廠用電率具有舉足輕重的意義。
3.1 給水泵
與風(fēng)機(jī)一樣，由于設(shè)計(jì)中層層加碼，留有過(guò)大的富裕量，造成大馬拉小車現(xiàn)象之外，由于采用節(jié)流調(diào)節(jié)，為滿足生產(chǎn)工藝上的要求，造成更大的能源浪費(fèi)現(xiàn)象。一臺(tái)200MW發(fā)電機(jī)組的給水泵，其電動(dòng)機(jī)功率達(dá)5000kW，水泵的出口壓力為25.0MPa，而正常運(yùn)行時(shí)的汽包壓力為16.5MPa。水泵的出口壓力與正常的汽包壓力之間的差別如此之大(8.5MPa)的原因有兩個(gè):
(1) 考慮到鍋爐檢修以后打水壓試驗(yàn)的需要；
(2) 為給水調(diào)節(jié)閥前提供較大的壓力，以提高調(diào)節(jié)系統(tǒng)的反應(yīng)速度。
由以上分析可知，當(dāng)電動(dòng)機(jī)定速運(yùn)行時(shí)，為了維持汽包壓力在正常值，必須在給水管道上加裝給水調(diào)節(jié)閥，增加阻力，以至消耗大量的能源。若電機(jī)采用調(diào)速驅(qū)動(dòng)，則可用改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)滿足不同的壓力要求，節(jié)省了因閥門阻力引起的附加損耗，達(dá)到節(jié)能的目的。同時(shí)以調(diào)速方法改變壓力的響應(yīng)速度遠(yuǎn)比改變閥門開(kāi)度來(lái)得快，使鍋爐汽包水位自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的反應(yīng)加快，改善了鍋爐給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)的性能。
為了降低水泵的能耗，除了提高水泵本身的效率、降低管路系統(tǒng)阻力、合理配套并實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)調(diào)度外，采用調(diào)速驅(qū)動(dòng)是一種更加有效的途徑。因?yàn)榇蠖鄶?shù)水泵都需要根據(jù)主機(jī)負(fù)荷的變化調(diào)節(jié)流量，對(duì)調(diào)峰機(jī)組的水泵則尤其如此。根據(jù)目前我國(guó)電網(wǎng)的負(fù)荷情況，大多數(shù)125MW機(jī)組已參與調(diào)峰，為擴(kuò)大調(diào)峰能力甚至一些200MW機(jī)組也不得不參與調(diào)峰運(yùn)行。為這類調(diào)峰機(jī)組配套的各種水泵最好采用調(diào)速驅(qū)動(dòng)，以獲得最佳節(jié)能效果。例如，有一臺(tái)國(guó)產(chǎn)200MW機(jī)組配備三臺(tái)DG400-180型定速給水泵，當(dāng)主機(jī)負(fù)荷為180MW時(shí)運(yùn)行兩臺(tái)泵，調(diào)節(jié)閥的節(jié)流損失高達(dá)2.2MPa，僅此一項(xiàng)每年浪費(fèi)電能883.9萬(wàn)kW·h。如果改用一臺(tái)全容量調(diào)速給水泵則可以節(jié)省大量電能(表1)。由表1可見(jiàn)，當(dāng)主機(jī)采用定壓運(yùn)行方式時(shí)，可平均節(jié)電20%，當(dāng)主機(jī)采用定-滑-定運(yùn)行方式時(shí)可平均節(jié)電30%。以上是沒(méi)有考慮給水焓升變化的計(jì)算結(jié)果，如果考慮調(diào)速泵中給水焓升較小，則平均節(jié)電率將下降3%~5%。
從效率變化方面來(lái)看，節(jié)流調(diào)節(jié)法在工況改變時(shí)泵的效率曲線不變，因此隨著流量減小泵的效率下降比較快，而轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)法當(dāng)水泵轉(zhuǎn)速改變時(shí)，泵的效率曲線也相應(yīng)改變。因此，可以保證泵始終在高效區(qū)范圍內(nèi)運(yùn)行。
如果管路系統(tǒng)的靜揚(yáng)程H0=0(例如水平開(kāi)式供水的情況)，那么管路系統(tǒng)阻力曲線近似于相似拋物線，泵的運(yùn)行工況點(diǎn)近似于相似工況點(diǎn)。這樣，泵在變速運(yùn)行過(guò)程中性能參數(shù)的變化可用比例定律表示，由(1)式可得:
因此，用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)法調(diào)節(jié)流量可以大幅度節(jié)約電能。譬如流量下降到額定流量的80%，軸功率將下降到額定值的51%；如果流量下降到50%，那么軸功率可以大幅度地下降到13%。當(dāng)然，實(shí)際上還要考慮調(diào)速裝置的滑差損失等因素，即使如此節(jié)電效果也是十分可觀的。如果靜揚(yáng)程H0不太大，也可以近似用比例定律來(lái)估計(jì)調(diào)速節(jié)能的效果。
以上敘述了一臺(tái)泵單獨(dú)供水時(shí)調(diào)速節(jié)能的原理，火力發(fā)電廠中單泵供單爐的單元制給水系統(tǒng)就屬于這種情況。但是，單機(jī)容量100MW以下的火力發(fā)電廠基本上采用母管制給水系統(tǒng)，這種系統(tǒng)根據(jù)所需給水量的變化增減運(yùn)行泵的臺(tái)數(shù)，即所謂臺(tái)數(shù)調(diào)節(jié)法。
如果泵的臺(tái)數(shù)比較多，采用這種方法也可以使各泵的運(yùn)行工況點(diǎn)接近于高效區(qū)，所以運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性也比較好。有些給水系統(tǒng)還配備了流量大小不同的給水泵，根據(jù)負(fù)荷進(jìn)行大小泵搭配運(yùn)行，即所謂經(jīng)濟(jì)調(diào)度，這樣運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性會(huì)更好些。但是，為了最大限度地提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，最理想的方案還是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，因?yàn)榕_(tái)數(shù)調(diào)節(jié)法仍然存在一些節(jié)流損失，而且在變負(fù)荷時(shí)泵的運(yùn)行效率仍然有些降低，圖3表示采用臺(tái)數(shù)調(diào)節(jié)法與轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)法時(shí)泵軸功率的差異。
另外，與轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)法相比，臺(tái)數(shù)調(diào)節(jié)法不僅經(jīng)濟(jì)性差，而且安全性也差，因?yàn)樗仨毟鶕?jù)負(fù)荷經(jīng)常起動(dòng)和停泵，增加了不安全因素。
由于給水泵的功率大，一般在5000kW以上，采用變頻調(diào)速雖然性能優(yōu)越，但是成本太高，投資回收周期長(zhǎng)，在目前還不能滿足給水泵節(jié)能改造的要求，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，給水泵實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速也是完全可能的。目前300MW機(jī)組的給水泵一般采用小汽輪機(jī)調(diào)速驅(qū)動(dòng)，200MW及以下機(jī)組則大部分可采用液力耦合器調(diào)速。液力耦合器雖屬低效調(diào)速方式，但是即使在低轉(zhuǎn)速比時(shí)，相對(duì)節(jié)流調(diào)節(jié)而言，也有明顯的節(jié)能效果，并且因其投資少，見(jiàn)效快，資金回收周期短，在老機(jī)組和中小機(jī)組節(jié)能改造工程中，不失為一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的改造方案。
3.2 循環(huán)水泵
循環(huán)水泵是為火電機(jī)組凝汽器系統(tǒng)提供冷卻水的重要輔機(jī)設(shè)備，為大流量低揚(yáng)程軸流泵。一般小機(jī)組為母管制，大機(jī)組為單元制。其運(yùn)行方式為隨機(jī)組長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行。一般一臺(tái)機(jī)組為兩臺(tái)泵，冬天一臺(tái)泵運(yùn)行、夏天需兩臺(tái)泵運(yùn)行。為了運(yùn)行的可靠性，也有設(shè)計(jì)三臺(tái)泵的，一臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用，一臺(tái)檢修。
循環(huán)水泵目前大多采用動(dòng)葉可調(diào)的軸流泵，但是由于是定速運(yùn)行，因此很難適應(yīng)季節(jié)和負(fù)荷的變化，造成冷卻水的大量浪費(fèi)。若采用變頻調(diào)速改造，既可節(jié)能降耗，又提供了循環(huán)水的流量調(diào)節(jié)手段，使機(jī)組保持最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行狀態(tài)。
循環(huán)水泵的電機(jī)功率一般在2000~3000kW，采用中壓變頻器改造比較合適，考慮到其運(yùn)行方式，也為了節(jié)省改造經(jīng)費(fèi)，可采用一拖三方案，即用一臺(tái)變頻器分別拖動(dòng)機(jī)組的三臺(tái)循環(huán)水泵。冬季和低負(fù)荷時(shí)，一臺(tái)泵調(diào)速運(yùn)行；夏季和高負(fù)荷時(shí)，一臺(tái)泵定速運(yùn)行，一臺(tái)泵調(diào)速運(yùn)行。調(diào)速泵采集汽機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)壓力，大氣壓力，凝汽器真空及泵的出、入口水溫等信號(hào)經(jīng)控制系統(tǒng)處理后，給變頻器輸出4~20mA的速度給定指令信號(hào)，實(shí)現(xiàn)泵速自動(dòng)調(diào)節(jié)，確保循環(huán)水倍率，提高冷卻效果。
3.3 凝結(jié)水泵
凝結(jié)水泵屬中低壓冷水泵，其吸入側(cè)為真空狀態(tài)。一般一臺(tái)機(jī)組設(shè)計(jì)2臺(tái)泵，一臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用，每臺(tái)泵的出力均為110%額定流量；大機(jī)組采用3臺(tái)泵，二臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用，每臺(tái)泵的出力均為55%額定流量。目前存在的問(wèn)題是:
(1)由于凝結(jié)水泵定速運(yùn)行，靠出口電動(dòng)調(diào)節(jié)門的節(jié)流控制，節(jié)流量大，出口壓力高，經(jīng)常發(fā)生泵的格蘭大量漏水造成熱量和水量損失，地面污染，導(dǎo)致不能正常運(yùn)行甚至損壞泵。
(2)電動(dòng)調(diào)節(jié)門是電動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)，線性度差，存在調(diào)節(jié)滯后，調(diào)節(jié)品質(zhì)差的問(wèn)題影響了調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。經(jīng)常出現(xiàn)無(wú)水位運(yùn)行狀態(tài)，導(dǎo)致泵的嚴(yán)重汽蝕；因?yàn)槭橇⑹奖茫幂S向竄動(dòng)嚴(yán)重，電流晃動(dòng)大，軸承損壞，疏水管道振動(dòng)和泄露等故障，增加了泵的維護(hù)工作量，經(jīng)常要倒泵，影響機(jī)組安全運(yùn)行。
(3)由于采用定速泵出口門節(jié)流調(diào)節(jié)方式，無(wú)法穩(wěn)定控制凝汽器熱井水位，熱井水位時(shí)高時(shí)低，運(yùn)行人員操作頻繁，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
凝結(jié)水泵采用變頻調(diào)速改造，除了節(jié)能效果外，還可收到良好的工藝控制效果，提高機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平。凝結(jié)水泵的功率一般為500~1500kW，采用中壓變頻器較為合算。對(duì)凝結(jié)水泵進(jìn)行變頻改造，采用一拖一方案。要求正常情況下，一臺(tái)變頻泵運(yùn)行，另一臺(tái)變頻泵備用，當(dāng)一名變頻泵的開(kāi)關(guān)因故跳閘時(shí)，另一臺(tái)變頻泵的開(kāi)關(guān)自投，以確保機(jī)組安全運(yùn)行。
3.4 灰漿(渣)泵
灰漿(渣)泵是將煤在鍋爐中燃燒后沖到灰漿池中的灰漿、灰渣排到貯灰場(chǎng)的設(shè)備。一般兩臺(tái)機(jī)組共用，配置3臺(tái)泵，每臺(tái)泵的出力為110%額定流量。還要外加一臺(tái)清洗水泵，用來(lái)沖洗灰漿(渣)泵及管道的積灰。
其運(yùn)行方式是三臺(tái)泵輪流間斷運(yùn)行，因?yàn)槿绻骋慌_(tái)泵長(zhǎng)期不運(yùn)行的話，出口會(huì)被灰漿、灰渣堵死，再次開(kāi)泵時(shí)會(huì)造成電機(jī)過(guò)載而燒壞；另外若一臺(tái)泵開(kāi)著，時(shí)間不長(zhǎng)就會(huì)將灰漿池抽干，泵空轉(zhuǎn)引起汽蝕，而停泵若超過(guò)半個(gè)小時(shí)，灰漿池又會(huì)溢出，如再次開(kāi)啟才停運(yùn)的泵，則容易因?yàn)檫^(guò)熱而引起電機(jī)損壞。因而操作頻繁，泵和電機(jī)損壞嚴(yán)重。
因此，灰漿泵是發(fā)電廠中最需要進(jìn)行變頻改造的泵，而又是進(jìn)行變頻改造經(jīng)濟(jì)性最差的設(shè)備。因?yàn)?，灰漿泵的容量為300~500kW，為6kV高壓電機(jī)，若采用6kV高壓變頻器，沒(méi)有這個(gè)功率等級(jí)的設(shè)備，一般都在1000kW以上，設(shè)備的電流利用率低，投資高，不劃算。且灰漿泵的調(diào)速改造主要是改善工藝條件和延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，減少維修量，節(jié)能效益不大。
因此，可采用高-低-低方案，即用一臺(tái)變壓器將電壓6kV降為380V或690V，用380V(或690V)低壓變頻器，將6kV電機(jī)換成380V或690V電機(jī)，較為經(jīng)濟(jì)合理。為了進(jìn)一步節(jié)省投資，可采用“一拖三”方案，即用一套變頻調(diào)速裝置，輪流拖動(dòng)三臺(tái)泵運(yùn)行。由于灰漿泵為間斷運(yùn)行方式，泵的切換可采用“冷”切換的方式:停泵--切換--啟動(dòng)另一臺(tái)泵。
其它還有低加疏水泵，熱網(wǎng)水泵，清水泵，補(bǔ)給水泵和生活水泵等，均為低壓電機(jī)拖動(dòng)，可根據(jù)其運(yùn)行狀況設(shè)計(jì)合理的改造方案，這里不再一一贅述。
4 燃料制備系統(tǒng)
我國(guó)絕大部分火電廠是以煤為燃料的，在機(jī)組啟動(dòng)和穩(wěn)燃期間也用油燃料(輕油、重油)。燃料制備系統(tǒng)主要有卸煤輸煤設(shè)備，磨煤機(jī)、給煤機(jī)、給粉機(jī)、排粉機(jī)和供油泵等設(shè)備。
4.1 磨煤機(jī)
一般中間貯倉(cāng)式制粉系統(tǒng)只采用鋼球磨煤機(jī)，每臺(tái)機(jī)組配備2臺(tái)以上，出力儲(chǔ)備系數(shù)>1.15。磨煤機(jī)的控制根據(jù)粉倉(cāng)粉位信號(hào)采用臺(tái)數(shù)調(diào)節(jié)法，磨煤機(jī)不必采用變頻調(diào)速。若機(jī)組負(fù)荷變動(dòng)大，磨煤機(jī)起動(dòng)頻繁的話，則要解決的是磨煤機(jī)的起動(dòng)沖擊問(wèn)題，但是僅僅為了解決起動(dòng)問(wèn)題而采用高壓電機(jī)軟起動(dòng)器的話，也不夠經(jīng)濟(jì)，并且軟起動(dòng)器對(duì)于需要重載起動(dòng)的磨煤機(jī)也作用不大，這時(shí)可進(jìn)行給粉機(jī)的變頻改造以改善燃料控制手段；或增加粉倉(cāng)容量以減少磨煤機(jī)的起動(dòng)次數(shù)。
對(duì)于直吹式制粉系統(tǒng)，每臺(tái)鍋爐配備中速磨煤機(jī)或風(fēng)扇磨煤機(jī)4~8臺(tái)，其中必須有一臺(tái)備用。當(dāng)鍋爐帶額定負(fù)荷運(yùn)行，須6臺(tái)磨煤機(jī)工作時(shí)，允許有2臺(tái)備用；對(duì)于雙爐膛鍋爐，每個(gè)爐膛宜各設(shè)一臺(tái)備用磨煤機(jī)。直吹式制粉系統(tǒng)的燃料(煤粉)是靠排粉風(fēng)機(jī)(對(duì)于負(fù)壓送粉系統(tǒng))，或一次風(fēng)機(jī)(對(duì)于正壓送粉系統(tǒng))送入爐膛燃燒的，為了改善進(jìn)入爐膛的燃料的可控制性，可對(duì)排粉風(fēng)機(jī)或一次風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速改造，而磨煤機(jī)則根據(jù)鍋爐負(fù)荷需要采用臺(tái)數(shù)調(diào)節(jié)。
4.2 給粉機(jī)
對(duì)于中間貯倉(cāng)式制粉系統(tǒng)，燃料(煤粉)是通過(guò)給粉機(jī)送入爐膛的，改變給粉機(jī)的轉(zhuǎn)速即可改變給粉量。以前多采用滑差電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)整，存在許多問(wèn)題，現(xiàn)在均用變頻器來(lái)改變其轉(zhuǎn)速。給粉機(jī)都是3kW的小電機(jī)，每臺(tái)鍋爐8~16臺(tái)，實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速主要是改善控制工藝，配合風(fēng)量的變化改善鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)，有利于機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的投入，改善整個(gè)發(fā)電機(jī)組的控制性能。
4.3 給煤機(jī)
磨煤機(jī)所需的煤量是由給煤機(jī)輸送的。由于煤種及磨煤機(jī)工況隨時(shí)改變，給煤量也是要改變的。原來(lái)受技術(shù)條件的限制，給煤機(jī)存在調(diào)速不穩(wěn)定，下煤不均勻，造成磨煤機(jī)存煤量變化頻繁，導(dǎo)致磨煤機(jī)入口負(fù)壓，出口溫度大幅度波動(dòng)，不利于機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，跑粉、堵煤嚴(yán)重?，F(xiàn)在均用變頻器調(diào)節(jié)給煤機(jī)的轉(zhuǎn)速，改善了給煤的可控性，并作為制粉系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制的子系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)制粉系統(tǒng)自動(dòng)化，降低電耗創(chuàng)造了條件。
4.4 供油泵
供油泵是在機(jī)組開(kāi)、停機(jī)時(shí)或者低負(fù)荷時(shí)爐膛燃燒不穩(wěn)定時(shí)為鍋爐提供燃油的設(shè)備，一般兩臺(tái)機(jī)組共用一套燃油系統(tǒng)，配備三臺(tái)供油泵，一臺(tái)運(yùn)行、兩臺(tái)備用。機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，鍋爐的燃料是煤粉，理論上供油泵可以全部停運(yùn)。但是為了應(yīng)付由各種原因造成的鍋爐燃燒不穩(wěn)定的緊急情況，為確保機(jī)組安全運(yùn)行，規(guī)程規(guī)定要有一臺(tái)泵長(zhǎng)期運(yùn)行，以維持燃油的正常循環(huán)。這種運(yùn)行方式的缺點(diǎn)是:除了浪費(fèi)能源外，燃油長(zhǎng)期高速流動(dòng)，造成貯油罐溫度升高，特別是在盛夏高溫季節(jié)，油罐溫度可高達(dá)50℃，造成嚴(yán)重的安全隱患，供電管路長(zhǎng)期呈高壓狀態(tài)，管道閥門，活結(jié)等管件容易發(fā)生滲漏，增加了設(shè)備維護(hù)工作量，也影響了環(huán)境。若改用變頻調(diào)速，正常情況下讓油低速循環(huán)，就可免除上述隱患，又能在緊急情況時(shí)保證鍋爐的供油。供油泵為低壓電機(jī)，可采用低壓變頻器一拖三帶工頻旁路的方案，比較經(jīng)濟(jì)實(shí)用。
5 結(jié) 論
鑒于發(fā)電廠輔機(jī)電動(dòng)機(jī)調(diào)速節(jié)能的巨大經(jīng)濟(jì)潛力，和面對(duì)廠網(wǎng)分家，競(jìng)價(jià)上網(wǎng)的嚴(yán)峻形勢(shì)，發(fā)電廠輔機(jī)調(diào)速節(jié)能改造勢(shì)在必行。各種調(diào)速方式在性能指標(biāo)、節(jié)能效果、資金投入等方面各有其優(yōu)缺點(diǎn)，因此在采用何種調(diào)速方案進(jìn)行節(jié)能改造方面，也沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的章法。本文提出的一些改造方案，是根據(jù)一般電廠的情況提出的，僅供參考。各電廠應(yīng)根據(jù)本廠機(jī)組的具體情況，如負(fù)荷情況(是否調(diào)峰)，輔機(jī)電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)余量，場(chǎng)地位置，資金投入等情況全面考量，選擇適合本廠具體情況的節(jié)能改造方案。
考慮到發(fā)電廠生產(chǎn)的具體情況，在進(jìn)行節(jié)能改造時(shí)應(yīng)遵循以下幾個(gè)原則:
① 安全第一的原則 輔機(jī)電動(dòng)機(jī)作為發(fā)電廠的主要?jiǎng)恿υ?，可靠穩(wěn)定運(yùn)行是最基本的，安全是前提。
②節(jié)能降耗的原則 調(diào)速改造的目的是為了節(jié)能降耗，系統(tǒng)節(jié)能率越高越好，至少達(dá)到30%。其次是改善控制性能，提高機(jī)組整體效益。
③ 投資回收期短的原則 節(jié)能改造，要求低投入，高回報(bào)，要求調(diào)速改造工程的投資回收期盡可能的短，最長(zhǎng)不能超過(guò)五年。這對(duì)發(fā)電廠節(jié)能改造是個(gè)苛刻的要求，因?yàn)榘l(fā)電廠的上網(wǎng)電價(jià)要比一般工礦企業(yè)的電價(jià)低許多，一般為50%左右。因此在發(fā)電廠進(jìn)行節(jié)能改造時(shí)更要講求經(jīng)濟(jì)性。
④ 系統(tǒng)改動(dòng)最小的原則 改造工程應(yīng)盡可能避免更換原有電機(jī)，減少系統(tǒng)的改動(dòng)。但是為了改善電源結(jié)構(gòu)，消除原有系統(tǒng)的不合理因素或設(shè)備選型嚴(yán)重不當(dāng)?shù)仍?，也可進(jìn)行較大的改造，總之應(yīng)遵循經(jīng)濟(jì)合理的原則。
⑤ 空間適宜的原則 改造工程應(yīng)根據(jù)原系統(tǒng)安裝空間允許的原則考慮，既要滿足設(shè)備對(duì)環(huán)境的要求，又要盡可能安裝在現(xiàn)有的廠房，機(jī)房或控制室等建筑物內(nèi)，避免增加土建工程。
對(duì)于隨機(jī)組長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行的重要設(shè)備，如送、引風(fēng)機(jī)，進(jìn)行變頻調(diào)速節(jié)能改造時(shí)，都要采用一施一方案，即一臺(tái)設(shè)備配置一臺(tái)110%容量的變頻器，并且要設(shè)計(jì)工頻旁路系統(tǒng)，當(dāng)變頻器故障時(shí)將設(shè)備切換到電網(wǎng)運(yùn)行。為了避免因設(shè)備的切換影響機(jī)組安全運(yùn)行，還要設(shè)計(jì)同步切換(Bypass)控制功能，實(shí)現(xiàn)真正的平穩(wěn)無(wú)擾動(dòng)切換。對(duì)于可以間歇工作的設(shè)備，如灰漿(渣)泵等，為了降低改造成本，可以采用“一拖N”方案，但必須采用“冷”切換方式，以保證變頻器和拖動(dòng)設(shè)備的安全。
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