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一、電廠鍋爐離心風機的最佳調節方式

風機是 電廠鍋爐的主 要輔助設備之一 , 其所消耗的 電量約占電廠 總發 電 量 的 2 ~ 3 % 。 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 的風機型式和采用最 佳的流量調節方式 。 根 據 電廠風機的運行特點和我國的實際情況 , 我們認為目前的主 攻方 向應放在研究和應用 最佳調 節方式上 。 這一方面是因為, 我國 目 前電廠中所使 用的風機、 . 特別是近 年來新投 產的大機組 中的風機 , 絕大多數已是 高效風 機, 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機本身的效率; 另一 方面 更為主要的原因, 則是因為電廠風機的 設計 出力往往是其實際 運 行 出 力 的 120 一 130 % , 甚 至更大 , 從而導致風機的使用效率 大大地低 于其 最高效 率 。 此外對于調峰機組 來說, 風機還需在較長時間內處于更低的 負
荷下運行 。 然而電廠風機出力裕量 較大決定 于 電力生產的特點 , 因為電力的生產和消費 是同時進行的, 發電設備必須 保證長期連續 地運行 。 同時, 為確保發 電機的滿 出力, 在 設計時 汽輪機的 出力必須 大于發 電 機 的 出 力; 鍋爐出力必須 大于 汽輪機的 出力。 作為 鍋爐的輔助設備 , 風機的 出力 又必 須大于鍋 爐的 出力 。 為此 , 在火電廠 的設計規程 中規 定, 電廠風機的 出力必須在風機系統的最大 流量 和阻力的基礎 上, 再增加 5 一 10 % 的裕 量 。 風機系統的最大流量和阻 力又 必須考慮 下列 因 素: 在機組的一個大修周 期 (一 般規 定為 3 年) 內, 因設備腐蝕等多方面的原因 而發生泄漏 所增 加的 風量和 因積灰 堵塞等原 因而增加的 阻力; 鍋 爐燃 用煤種可能發生 的 變化所 引起 的風量和阻力的 變化; 并聯運行 的風 機 (一 般為兩臺) 中有一 臺發生了事故 或 故障需停下 來 維修時, 其余的風機還需保 證鍋爐穩定燃燒 , 并使機組能帶較大的負 荷。 對于兩 臺風機并聯的系統 , 要求一 臺風機能 帶70 % 以上 的負荷 。 而現在設計大容量機組 時, 空氣預熱器的入 口 和除塵器的 出 口 , 基 本上 都只 與一臺風機相 連 , 即一 臺風機運行 時, 鍋 爐風煙系統中阻力最大的兩個設備一
預 熱器 和除塵器不能完全實現并聯運行 。 因 而當一臺風機運行時 , 系統的阻力比兩臺并 聯帶 滿 負荷時還 要大 。 由于上 述原因, 致使 電廠 風機的使用效 率大大地低 于其最 高效率 (如若是選型 不當, 富裕量過 大, 則使用效 率還要低) 。 即使采 用了 高效風 機 , 其運行 效率也是低 的 。 如對我國某地區50 M W 以上 機組鍋 爐風機的運行狀況調 查表 明 : 風機運 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 機 的 電 耗 , 主要 應提高風機在低 負荷時的運行效率 , 其唯一 途徑 就 是要采用最佳的風 機 調 節 方 式 。 眾所 周知, 風機采用變轉速來調節工況 時, 其效率幾乎不 變 ( 當負荷低于 80 % 時才 略有下降) 。 風機的流量隨轉速按一次方規 律下降 , 而風機的軸功率則按三次方規律下 降 。 因此, 離心風機采用 變轉速調節的經濟性 最好。 同時, 采用變轉速調節后 , 還可降 低 風機的噪音, 減輕引 風機、 排粉機葉輪的 磨損 , 延長其使用壽命。 綜上所述 , 電廠離心風機的最佳調節方 式是變轉速調節 。
調速裝置 。 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 產品 。 在我國 電 廠 風機上 , 除調速型離合 器, 變頻調速裝置 外 , 上述 各種 調速方式均進行過初 步試 驗和 應用。 此外, 近年來在對原有設備的改造中 , 采 用了重 繞定子繞組的方法 , 將原單速鼠籠 式 電機改成雙速電機也取得了效益 。
二 、 幾 種變轉速調節裝置在電 廠風機上的試驗 與比較
風機采用 變轉速調節 , 其效 率 幾 乎 不 變 , 但需采 用變速裝置 來實現 。 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 行實際 的試驗與 比較 。 下面簡 要介紹我國 電廠 中已進行過的幾種變速調節 方式 的試驗 情況 , 并進行粗略的技術經濟分 析與比較 。 我國 已能批 量生產 的變速裝置 有: 雙 速 電動機 、 電磁滑差調速電機 、 液力耗合 器、 調速型離合 器、 可 控硅 串級調 速裝置和變須
1 . 雙速電機
雙速電機在我國電廠風機 中, 已使用了 多年 。 但在80 年代以前 , 大多數雙速電機均 未起到應有的作用 。 一個原因是 由于 其開關 的可靠性差 、 壽命短 、 且 低速時的 啟動力矩 小, 而往往需要在高速下 啟動 , 再切換至 低 速下運行 。 由于 開關的可 靠性 差, 運行人員 不敢在運 行中進行變速操 作 。 另一 個原因是 雙速電機的極數選 擇不 當, 大多數只需在低 速下運行 , 就能滿足鍋爐的最大負荷需要 , 無需變速 。 近 年來 , 單繞組雙速電機的 可靠 性已有所提高 , 并在江 油、 閘北 、 金山等電 廠進 行了這樣的改造與實驗 , 均取得了不 同 程 度的節電效果 。 如 西南電力試驗研究所 、 華中工學院和都江 電力修造廠, 將四川 江油 電廠 的一 臺引風機 電機改成 雙速電機后 , 其 耗電量比原檔板調節降低 了20 ~ 30 % , 又如 在上 海金山熱電廠一 臺410 噸/ 時微 正壓鍋 爐 的送風機上的試驗表明, 風機采用 雙速調節 比采用進 口導葉調節提 高運行 效率 17 . 94 % , 風機平均耗電率下降0 . 334 度/ 噸汽 。 以 鍋 爐 平均負荷35 0 噸/ 時 , 每年運行70 00 小時計 , 則每年可節 電8 1 . 8萬度 。 雙速 電機成 本較低 , 維護簡單 。 經我們 進行技術分析 比較 [ ‘工后 認為 : 對于帶基 本負 荷的機組 , 若風機富裕量為30 % 時 , 采用雙 速電機是最佳的變速調節方式, 但對于 調 峰 機組來說 , 由于 少油開關的壽命短 (一 般開 關壽命為100 ~ 200 次) , 真空開關的可靠性還 有待進一步考驗 , 故是否在調 峰機組上推廣使用, 取決于 能適應頻繁操作的電力開關的 可靠性 。
2 。 電磁調 速 電機
電磁調 速電機能實現無級 變速 。 其控制 設備簡單 , 初投資較低, 維護也 容易 。 但 由 于調 速時, 其轉差 功率 以發熱形式損耗掉 , 因此經 濟效益 較低 。 我們采用上 海先鋒電機 廠 生產的JZ T T 一 91/ 6/ 4 型電磁調 速電機 , 在 下關電廠一臺鍋爐的引風機 (系子午加速 軸 流式風機) 上進行試 驗表明 , 只有當風機運 行的風量與最大風量 之比Q/ Q。二< 0 . 6 時, 方能顯示出其經濟效益 。 用于 離心風機 , 則 當Q/ Q、 a 二< 0 . 85 時, 可顯出其效益 。 但 此 型電機噪音高, 為適應 電廠風機的運行特點 在操作系統上也還需要進 行改進 I ‘] , 目前不 宜進行推廣應用 。
3 . 液力藕合器
多。 如山東濟寧電廠、 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 , 且取得了一定的節電效果 。 經 試驗各廠 的節電情況如表 1 所示 。 表 1 中年節電量按每年運行700 0小時計 算, 鍋 爐按平均負荷計 算, 電價按 65 元/ 千 度計算。 回收年限中未計利率和 因增加 冷卻 水量的運行 費用 。 這里需要說明的是 , 以 上電廠均參與電 網的調峰, 一般有1鄺時 間帶較低負荷 。 如、 黃臺電廠和 金山熱電廠其鍋爐負 荷 率 約 為
臺 5 % , 因而上述電廠 的節電效果較顯著 。 對 于帶基 本負荷的機組 , 若風機的 富裕量不過 大 , 則采 用液力藕合 器的節電效果不明顯 。 如上海閡行 電廠 。 又如黃臺電廠 的運行人員 也反映 , 當鍋爐帶額定負荷時, 采用液力藕 合器不 但省電, 甚至還多耗電 。 因此, 在電 廠風機中并不是采用液力藕合器后 , 均能取 得經濟效益的, 故不 能盲目擴大使用 。
液力禍合器也是實現無級調速 , 其經濟 性 與電磁調速電機一樣 , 轉差功率也是 以發 熱形式 損失掉 。 但該 裝置 出現較早 , 技術上 比 較成熟 , 因而近年來在電廠風機中應用較

4 . 可控硅 串級調 速裝置
可控 硅串級調速裝置 , 不僅可以對電機 進行無 級變速 , 而且在調速時其 轉差功 率可反回電網 , 因此經濟效益較高 。 如上海楊樹 浦電廠將西安整流器廠 生產的 K G A F 型 可 控硅 串級調速裝置, 用于一 臺容量 為 90 噸/ 時 鍋爐的 引風機上 。 經試驗表明, 當鍋爐在 額定負荷90 噸/ 時時, 每小時可節電40 度; 當 鍋爐負荷為70 噸/ 時時, 每小時可節電75 度。 又如山東辛店 電廠 在一臺鍋爐的送風機上采 用 串級調 速裝置后 , 在低 負荷時可 取得年節 電量133 萬度的效果。 即使在鍋爐滿負荷時, 也可 取得年節電量85 萬 度的效益 。 串級調速裝置的初投資較高 , 調 速裝置 需進 行 維護, 又需采用繞線式 電機 , 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 電機更換掉 。 此外 , . 還存在
功率因素低的 問題, 對電網可能造成諧波污 染 。 因此 , 要在電廠風機上推廣應用 , 還需 進一 步進行試驗研究 。
5  變頻調速裝置
我國還沒有大容量的變頻調 速 裝 置 產 品 , 且因其成 本高, 增 加設備較多 , 對維修 人員的要求也較高 。 因而 , 迄今我國電廠風 機還沒有采用此型 變速裝置 。 但是變頻調速 是 交流電動機調速的最 新技術, 與其它 調 速 裝置相 比 , 性能最佳, 因 此應積極加 以研究 和開發 。 表 2 為我們對 某電廠一 臺鍋爐引風機進 行 改造設計 時, 所做的幾種 調節方式的 經濟比較結果 。 由表可見: 三 種交流變速裝置均 可取得顯著的節電效果, 其 中又 以變頻調速 為最佳 。 但由于變頻調 速 裝置費用 太高, 其 綜合經 濟指標一將來 費用折 算現值反而不如 串級調 速和雙 速 電機 (將來費用折 算現值越 低越好) 。 因 此, 必須 抓 緊研究降低變頻調 速裝置 的成本 , 以利 今后推廣 應用 。 表 2 中的節電量 是按 全年 運 行 700 0 小 時 、 風機風量富裕量為10 %計 算的 ; 負荷分配 為帶 10 0 % 、 90 % 、 80 % 、 70 % 的負荷各為1/ 6 時 間, 其 余 1鄺時 間帶60 % 的負荷 。 電價按 50 元/ 千度計算 。 將來費用折 算現值的計算 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 ‘:等來費用現值 (萬元) , T S 一 風機臺數; T E 一風機和 附加裝置 的總投 資 (萬 元) ; H D 一系統年耗電量 (萬度/ 年) ; D F一電費 (元/ 度) , W X 一風機和附加設 備的年 維 修 費 (萬元/ 年) , YS 一使用壽命 (年) ; 表中W X 是按 風機和附加設備費之 和的 1 . 4 % 來計算 的, 使用壽命取為20 年 。

三 、 采取積極措施推廣應用 交流 調速裝置
從前面 的分析可見 , 雙 速電機 、 可控 硅 串級調 速裝置和變頻調速 裝置 , 若用于 電廠 離心風機 , 只 要選 用合理都會取得顯著的節電效果。 但就 目前我國 電廠的實際情況和我 們一年多來的工作體會, 認為要擴大這些調 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 的 污 染 等 問 題 。

2 。 從政 策上解決調 動 積極性的 問題 。 長期以來 , 上級 部 門對電廠 的安全 生產 很重 視 , 這是正確的 。 但對提高經濟效益所 采取 的措施不 力, 比如安全 出了事 , 獎金 扣得厲 害; 而節 了電獎勵卻甚微 。 這不足以 補償職 工為節電所付 出的勞動 。 何況要節 電就得采 用 新設備 、 新工 藝或新的操作方 式 , 這 些都 會有一定風險的 。 因此, 這種政策不利于調 動 電廠職工的 積極性 , 應予 以 改 變 。

3 。 對電廠 節電的經濟效益 如何計算的 問題 。 過去各電廠在計 算節電 的經 濟效益時 均是以節電數乘以發電成本進 行 核算的 。 這 樣 , 節約同樣的電量 , 電廠 的經 濟效益 就 比 用電部門的經濟效益低得多, 對節電裝置 所 支付的投資費用 的償 還年限就長得多, 這對 電廠采用先進 的節電技術和設備的積極性是 個阻礙 。 我們認為, 今后 在考核電廠節電效 益時, 至少應按供電成 本進行 計 算 才 較 合 理 , 因電廠節約了廠用 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 速裝置 的成 本過 高 , 電廠在未看見其實際使 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 發電設 備上 。 為此 , 我們 認 為應采 取兩方面 的示范措施加 以解決 。 一 是 引進少 量先進的大型 變頻調 速裝置 , 用 于大 容量鍋爐的風機上, 并積極組織進行消化吸 收 , 待取得實際 運行經驗和效益后 , 召開 現 場 會加以宣 傳, 引起 電廠重視 , 二是 由國家 投資或 貨款 , 組織 研究設計和生產些適合 于 電廠風機的 中型變速裝置 , 并在科研 部門的 協助下 , 在電廠風機上進行 試點 , 取得成功 經驗后加 以推廣應用 。 總之 , 電廠離心風機采用變速調節, 其經 濟效益是肯定的 。 特別是對于調峰機組的 風機來說 , 選用效率高的可控硅串級調 速和 變頻調 速裝置最好 。 它們既可實現無級 調速 , 又因 操 作簡單, 易于實現自動化 。 當調速裝 置發生故障時, 還可 自動將電動機切換 至額 定 轉速上運 轉, 以 保證鍋爐的安全 可靠運行。 也有利 于降低風機噪 音和 防磨損 , 因此值得 加 以 研究 推廣 。 為此, 在經委和水電 部的支 持下 , 我們正在對此 兩種調 速裝置進 行模型 試驗 , 以期找 出它們 與鍋 爐運行操作的最好 配合 方式 , 并解決風機變速運行后可能出現 的諸如扭 振等問題 。