摘要：闡述了電廠離心通風機的應用現狀，并根據流量調節(jié)用的幾種調速裝置的特點，對它們進行了經濟性分析，進一步指出了其節(jié)能的措施和最佳節(jié)能方法。
關鍵詞：離心式通風機  調節(jié)  節(jié)能
1 引言
    我國能源發(fā)展的戰(zhàn)略方針是：開發(fā)與節(jié)能并重。而近期則要把節(jié)能放在首位。這就要求發(fā)電廠在生產二次能源的過程中，要積極采取一切有效的措施，以降低自身的電力消耗。風機是電廠運行的主要設備，其耗電量約占電廠用電量的30 %。隨著用電量的不斷增長和能源問題的出現，電廠風機運行的經濟性越來越為人們所重視。因此，世界各國都在研究降低風機電耗的方法。

    降低風機電耗，主要是研究設計高效率的風機和采用最佳的流量調節(jié)方式。根據我國風機產品的實際情況和電廠風機的運行特點，風機節(jié)能應重點放在采用最佳的流量調節(jié)方式上。

2  電廠離心通風機應用現狀

    目前我國電廠所使用的風機，特別是近年來新投產的大機組中的風機，大多數采用了高效離心通風機，其最高效率均在80%以上。但實際運行效率并不高，原因有二：首先，我國現行火力設計規(guī)程SDJ-79規(guī)定，燃煤鍋爐送、引風機的風量富裕度分別為5%和5%~10%，風壓富裕度為10%和10%~15%。由于在設計過程中很難準確地計算出管網阻力，并考慮到長期運行過程中可能發(fā)生的各種問題，通常把系統(tǒng)的最大風量和風壓附加一部分作為風機選型的設計值。但可供選擇的風機型號和系列是有限的，如果選不到合適的風機，也只好往大機號上靠。實際上，電廠鍋爐送、引風機風量的富裕度達20%~30%是比較常見的，甚至更大。例如，閔行電廠8號爐，其送、引風機的風量富裕度分別為31%和17.3%，風壓富裕度分別為67.8%和48.4%；華東電網（蘇、皖、滬）10家電廠12.5萬kW以上機組共用離心通風機76臺（進行了葉輪切割和改型的有36臺），設計點的效率都在81%~85%之間（帶進氣室），其中已測試了41臺，效率大于70%的只有15臺，低于70%的有26臺，占被測風機的60%以上。這些風機的導向擋板開度大都在35%~60%；其次，隨著電網容量的不斷增大，大機組面臨參加調峰的問題，對于參加調峰的機組來說，與鍋爐配套的送、引風機還需周期性地在較長時間內處于更低的負荷下運行，造成大量節(jié)流損失。例如：北京石景山發(fā)電總廠京西電廠20萬kW機組有近1/3的時間帶10萬kW的負荷。

    電廠鍋爐用風機風量與風壓的富裕量以及機組調峰運行導致風機的運行工況點與設計工況點相偏離，致使電廠鍋爐用風機的使用效率低于其最高效率。即使采用了高效風機，運行狀況調查表明，風機運行效率低于70%的占50%，即高效風機低效運行。通常情況下，風機采用自帶調節(jié)門調節(jié)，但采用調節(jié)門調節(jié)時，風機的效率會下降。為了降低電廠風機的電耗，主要應提高風機在低負荷時的運行效率，采用最佳的風機調節(jié)方式，以達到節(jié)能的目的。

3  經濟性分析

    鑒于我國電廠風機的應用現狀，研究設計高效率的風機，再大幅度地提高風機本身的效率已不大可能。目前，研究和應用最佳的風機調節(jié)方式才是降低風機電耗的最有效途徑。

    風機的耗電量與轉速的立方成正比。一旦風機的轉速降低，其耗電量將以其立方的比例降低。例如：根據工藝要求，風機的風量下降到80% 則風機的轉速也下降到80% ，其風機軸功率則下降到額定功率的51% ；若風機的風量下降到50%，則風機的轉速也下降到50% ，其風機軸功率則下降到額定功率的l3% ，節(jié)電87% ；從節(jié)能角度看，以風機調速最為有利，調節(jié)范圍最大，其經濟性能也最佳。同時，采用變轉速調節(jié)后，可以降低風機的噪聲，減輕引風機葉輪的磨損，延長葉輪的使用壽命。所以，電廠風機的節(jié)能重點應放在風機的變轉速調節(jié)上。風機變轉速調節(jié)，需要通過變速裝置來實現。這里簡單介紹離心通風機的變速調節(jié)方式并粗略的進行技術經濟分析與比較。

3.1  經濟性評價方法

    采用“將來費用折算現值”的方法，對電廠離心通風機調節(jié)方案進行經濟性評價。所謂“將來費用折算現值”是指購買附加設備費、安裝費以及維持風機和附加設備在全部使用壽命期間運行所需的運行費、維修費的折算現值?？偓F值最低的方案為最優(yōu)方案?！皩碣M用折算現值”法，能比較全面而準確地反映各方案經濟性的優(yōu)劣，在電廠風機改造時可作為主要的參考依據。將來費用折算現值的計算公式為
   
        F=T·TE+T·（HD×DF+WX）·Y

式中  F——將來費用現值，萬元

    T——風機臺數

    TE——風機和附加裝置的總投資，萬元

    HD——系統(tǒng)年耗電量，萬kW·h/a

    DF——電費，元/kW·h；

    WX——風機和附加設備的年維修費，萬元/a

    Y——使用壽命，a

3.2  離心通風機幾種調速裝置的特點

    離心通風機調速裝置有：液力耦合器、電磁滑差調速電機、雙速電機、晶閘管串級調速裝置及變頻調速裝置。

    液力耦合器是利用液體的動能來傳遞功率的一種動力式傳動設備。安裝在電動機和風機之間，可以在電動機轉速不變的情況下，實現無級變速來改變風機的特性曲線和電動機的空載啟動。但液力耦合器在調速的過程中，存在著固有的滑差功率損失，所以傳動效率較低。液力耦合器裝置技術上比較成熟，在電廠風機中應用也較多，并取得了一定的節(jié)電效果，但不能盲目使用。經過調查得出，若風機的富裕量不是太大，那么節(jié)電效果就不明顯；若在鍋爐帶額定負荷時采用液力耦合器，不但不能省電，甚至還多耗電。

    電磁滑差調速電機能實現無級變速，速度調節(jié)平滑，無失控區(qū)能空載調速，轉速變化率?。黄淇刂圃O備也簡單，初投資低，維護方便，節(jié)電效果明顯。但在調速時其轉差功率會以發(fā)熱形式損耗掉，所以經濟效益較低。

    雙速電機是采用單繞組變極方法實現速度變換的，初投資低，使用時能使整機結構緊湊，可降低噪聲和節(jié)約能源，維護也簡單。但低速時的啟動力矩小，往往需先在高速下啟動，然后再切換到低速運行。運行人員不敢在運行中進行變速操作，開關的可靠性也差。

    晶閘管串級調速就是在轉子繞組回路中串接一個反電勢，通過改變轉差率來調節(jié)繞線式異步電動機轉速的一種調節(jié)方法，該裝置不僅可以對電機進行無級變速，而且在調速時還可將轉差功率轉化為機械能加到負載，或轉化為電能返回電網，因而系統(tǒng)效率較高。該裝置的初投資較高，調速裝置需進行維護，還得采用繞線式電機，增加了維修工作量。

     變頻調速是交流電動機調速的最新技術，是通過改變定子的供電電源頻率來改變旋轉磁場的同步轉速，從而改變轉子的轉速。對于交流電動機，轉速n與頻率f成正比，所以，連續(xù)調節(jié)電動機的頻率能改變電動機的轉速，鼠籠式三相異步電動機采用變頻方法可以實現無級變速。調節(jié)效率高、調速范圍大（電機可在0%～100%頻率轉速下運行），與其他調節(jié)裝置相比，性能最佳。當調速范圍在同步轉速的30%以上時，裝置本身的效率不低于90%。變頻調速不存在勵磁滑差損耗和擋板、閥門節(jié)流功率損耗，不存在轉差損耗，因此節(jié)能效果良好。

3.3   幾種變速調節(jié)的經濟性分析比較

    在對某電廠一臺鍋爐引風機進行改造設計時，采用“將來費用折算現值”法，對幾種調節(jié)方式的經濟性進行了比較分析，結果見表1。
                                                 表1  幾種調節(jié)方式的經濟性比較

  注: 效率值即風機的系統(tǒng)效率=風機效率×電動機效率×變速調節(jié)裝置效率。

    表中的節(jié)電量是年安全運行7000h,風機風量富裕量為10%計算的,負荷分別為100%、90%、80%和70%負荷的各為1/6時間，其余的時間為60%的負荷，電價按0.5元/kW·h計算。將來費用折算現值的計算公式：F=T·TE+T·（HD×DF+WX）·Y 。

    表中風機和附加設備的年維修費按投資的1.4%來計算，使用壽命為20年。

    由表1可見，3種交流變速裝置均可取得顯著的節(jié)電效果，其中變頻調速效果最佳，但變頻調速裝置費用較高，其綜合經濟指標——將來費用折算現值不及雙速電機和串級調速的低，將來費用折算現值越低就越說明該方案比較可行。研究降低變頻調速裝置費用的方法，使變頻調速在風機調節(jié)中得以推廣使用，從而節(jié)約更多的電力資源。

    變頻調速裝置還可以實現交流電機的“軟啟動”，降低了啟動電流，避免了大啟動電流對電網的沖擊和大啟動力矩對電動機的機械沖擊。電廠鍋爐引風機、一次風機長期在熱態(tài)下工作，其工作介質溫度200℃左右，往往在冷態(tài)下啟動，這樣啟動時的功率要比運行時大得多。一般情況下，在設計風機時選用電機容量大于或等于熱態(tài)參數選擇電機容量的1.3倍。如北京石景山電廠20萬kW機組配有5臺相同的一次風機，熱態(tài)下的驅動功率僅需380kW，原選用驅動電機500kW，現場啟動時間30~40s，后把驅動電機改為850kW。采用變頻調速裝置，利用該裝置的特點，只需按風機熱態(tài)參數選擇驅動電機容量就可以了，體現了明顯的節(jié)能效果。

4  結論

（1）常年帶負荷具有一定出力余量的電廠鍋爐離心通風機，特別是調峰機組的風機，采用變速調節(jié)經濟效益是值得肯定的。以選用效率高、性能好和節(jié)電效果好的變頻調速裝置最好；變頻調速技術用于風機控制能獲得良好的運行性能和顯著的節(jié)能效果。隨著電力電子技術、計算機控制技術的提高，變頻調速技術將會得到廣泛的應用。

（2）采用何種變速調節(jié)方式才能最大程度的節(jié)能，這需要具體問題具體分析來解決。電廠生產的重要性和特殊性要求風機的調速裝置不僅要有良好的經濟效益，而且要有足夠的安全可靠性。要進一步深入開展電廠離心通風機變速調節(jié)研究，先要通過實驗室的試驗研究，選出適合不同負荷類型的最佳調節(jié)方案，再通過工業(yè)性試驗，考察其安全可靠性和經濟性，進而完善調節(jié)系統(tǒng)，解決其對整體系統(tǒng)帶來的附加問題，使之能在電廠中廣泛采用，達到節(jié)電節(jié)能的目的。

參  考  文  獻

[1] 湯蘊繆,史乃,沈文豹.電機理論與運行 （上冊）.水利電力出版社，1983.

[2] 鄭文忠,張良斗.離心式風機采用變速調節(jié)試驗分析報告.華東電力試驗研究所,1984.

[3] 續(xù)魁昌.風機手冊.機械工業(yè)出版社，1999.

[4] 劉家鈺.電站風機改造與可靠性分析.中國電力出版社，2002.

[5] 王賀芩，鄒文華，等.風機變頻改造節(jié)能技術在火電廠的應用.中國電力，2002.

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