吸风机调速节能改造技术方案

吸风机调速节能改造技术方案2000年11月26日吸风机调速节能改造技术方案1项目概况热电厂的锅炉风机电机是6kv的高压电机，正常运行时电流20A,是全厂的耗用厂用电的大户，目前吸风机在运行时，经常需要调节风量。当锅炉负荷发生改变时，风量必然要跟着改变。我厂目前是通过调节风机挡板的开度，即改变风道阻力来调节风量，使得风机效率往往运行在最低点。如当风量减小到80%以下时，挡板开度一般都小于60%，而风机此时的效率只有40%~50%左右，我厂吸风机的挡板开度一般在30%~40%，此时风机的效率只有30%左右。大量电能消耗在风机内部。若改变风机转速，降低风压以减小风量，此时风机效率仍然在高效点运行，从而达到大大节约电能的目的。进行调速改造有着巨大的经济效益，具体效益估算如上所述。因此需要对吸风机调速改造进行投资。2改造技术方案的确定2.1常见的几种异步电机调速方式的比较：要风机调速节能，则拖动它的电动机必须能够调速。目前成熟的异步电机调速方式有电磁调速、液力偶合器调速、变极调速、变频调速、传统串级调速、内反馈串级调速等调速方式，现比较如下：2.1.1电磁调速电磁调速属低效无级调速方式，它由恒速电动机、电磁滑差离合器组成，电磁滑差离合器安装在恒速电动机和风机中间，通过调节电磁滑差离合器的励磁电流来改变电磁滑差离合器的转差以实现调速。优点：调速范围较大，调速平滑，无谐波污染，装置结构及控制线路简单、运行可靠、维护方便。缺点：轴向安装尺寸大，若电磁滑差离合器出现故障，必须停机处理，更重要的是存在滑差损耗，当转速调到额定转速的2/3时，该损耗最大，为电机额定功率的14.8%，因此其节能效果较差。2.1.2液力偶合器调速液力偶合器调速亦属低效无级调速方式，它由恒速电动机、液力偶合器组成，液力偶合器安装在恒速电动机和风机中间，通过调节液力偶合器内的油压来改变液力偶合器的转差以实现调速。优点：调速范围较大，调速平滑，无谐波污染，装置结构及控制线路简单、运行可靠、维护方便、可做成大容量。缺点：轴向安装尺寸大，若液力偶合器出现故障，必须停机处理，更重要的是也存在滑差损耗，当转速调到额定转速的2/3时，该损耗最大，为电机额定功率的14.8%，因此其节能效果较差。2.1.3变极调速这种调速方法是通过改变定子绕组的接线方式来改变鼠笼型电动机的极对数以实现调速的，国外称为PAM电机（POLEAMPLITIDEMODULATION）或称为极幅调制变速电机。在70年代大量推广采用，现已逐步淘汰。优点：具有较硬的机械特性，稳定性良好，无转差损耗，效率高，接线简单，控制方便，成本低廉。缺点：有级调速，级差较大，不能获得平滑调速。操作时，要在定子边用高压开关进行切换，若操作失误，将造成严重事故。变极电机也要进行特殊设计，定子接线复杂，电机的基本尺寸要放大，变极调速电机的价格为一般同容量电机的2.2~2.4倍。2.1.4变频调速变频调速是高效调速方式，其原理是通过电力半导体器件改变电动机定子的电源频率以实现调速。优点：调速范围大，一般可从0调到100%转速；调节精度高，可达±1%，不过由于电厂锅炉引、送风机的实际调速范围一般只需从额定转速调到70%转速运行就能满足调峰的需要；同时也没有调速精度的要求。缺点：变频调速器的容量都要大于电动机的容量，而且为满足在不同的频率下运行，电动机一般需要特殊设计，这种电动机比一般电动机贵得多，另外还要增加一台多绕组变压器，所以成本大大增加。尤其用于高压电机调速，其系统造价极高，由于设备投资回收期过长，因此从经济角度看，变频调速不适合以节能为目的的风机调速运行。而且变频调速是对定子边进行调节，电压高，操作要求高，维护复杂。若变频装置发生故障，该电机只有被迫停运，造成发电机组减负荷或被迫停运。2.1.5传统串级调速传统串级调速属高效调速方式，它将绕线型电动机部分转子能量取出以改变电动机转差率来实现调速，并将这部分能量经变换后通过逆变变压器回馈给电网来实现节能，如图2所示。装置容量与调速范围成正比，对于调速范围要求不高的风机调速来说，装置容量较小，投资较省。具有调速效率高，装置故障时可切换至全速运行，避免停产，缺点是功率因数较低，谐波污染较大。2.1.6内反馈串级调速内反馈串级调速是在传统串级调速基础上发展起来的，它在普通绕线型电动机的定子上与原定子绕组（称为主绕组）同槽嵌放一套绕组（称为调节绕组）而制造成内反馈串级调速电动机，将该电动机部分转子能量取出以改变电动机转差率来实现调速，并将这部分能量经变换后反馈给该电动机的调节绕组再利用以产生拖动转矩，使主绕组从电网吸收的能量大幅度下降来实现节能，如图3所示。优点：该调速方式具有传统串级调速的全部优点，而且由于没有逆变变压器和向电网馈电所需的高压操作柜，使整个系统的投资更少，体积更小；由于调节绕组的分布作用和短距作用，有效地抑制了谐波污染；由于在调节绕组侧增设了内补偿装置，而大大提高了功率因数；由于将能量反馈给电机本身再利用，而不是通过逆变变压器反馈给电网，能量循环路径短，而且没有变压器损耗，因此调速效率更高；若调速装置发生故障，能自动切除故障设备，并使电机全速正常运行，不会造成电机停止运行。缺点：调速精度与传统传统串级调速相当，不及变频调速；调速范围不能太大，若增大调速范围，将使调速装置容量增大，使系统成本增加；递减转矩特性，仅适合拖动风机水泵负载。对于风机调速运行，内反馈串级调速与变频调速同属高效无级调速方式，调速性能相近，但对于高压系统，变频调速装置极其昂贵，一般是相同容量内反馈串级调速系统（含内反馈串级调速电机）价格的3倍以上，变频调速系统的设备投资回收期为6~10年，而内反馈串级调速系统的设备投资回收期仅为1~2年。因此从技术性、经济性、可靠性三方面综合评价，选用具有优良性能价格比的内反馈串级调速系统作为火力发电厂送引风机调速运行的首选方案。2.2结合我厂的实际情况选择调速方案由上述分析可以看出对于风机调速方案的选择，选用具有优良性能价格比的内反馈串级调速系统作为火力发电厂送引风机调速运行的佳选方案，下面再结合我厂的实际情况进行分析：2.2.1我厂的吸风机为高压电机，如选用变频调速方案，高压变频电机的价格十分昂贵，投资过于巨大，投资回收期长。不宜选用。2.2.2我厂的吸风机风机和电机的基础是在整浇混凝土高台上，如选用液力偶合器类型的调速方案，由于液力偶合器的体积较大，安装时必须要重浇基础。而现场的位置比较拥挤，而且重浇基础所需时间长，基本上等于对整个吸风机全部进行拆装，工期长，土建和安装工程量巨大，工程费用高，虽然设备购置费用较低，但总的改造费用却并不低。由于调速改造必须安排在大修期间进行，工期有限，加上该方案节能效果相对较差，另外可靠性也稍差，有些电厂出现过调速失灵的故障。所以该方案并不太可取。综上所述，从技术性、经济性、可靠性和我厂实际情况四方面综合评价，选用具有优良性能价格比的内反馈串级调速系统作为火力发电厂送引风机调速运行的首选方案。3技术措施3．1主要设备或系统选型名称规格型号单位数量估计费用内反馈串级调速电机JRNT系列260kW、6kV4套80万元调速控制装置JC2-300A/500V4套80万元配套电缆及选件4套10万元3．2主要技术方案将四台吸风机电机JO-W89（260kW、6kV）改为内反馈串级调速电机JRNT系列（260kW、6kV）改造前后的电机安装尺寸相同，不用改变电机基础，原电机电缆和高压操作柜仍可使用，每台调速电机配一套调速控制装置JC2-300A/500V，每套调速控制装置由三面控制柜即变流柜、控制柜和补偿柜组成，尺寸为：变流柜（2000+290）高×1000厚×700宽，控制柜和补偿柜尺寸相同2000高×1000厚×500宽。额定转数为742r/min，最低转数为350r/min，每套系统基本报价为40万元（含内反馈串级调速电机和配套调速控制装置，不含选件、柜外电缆、安装施工、调试、培训、包装、运输等费用）。施工将配合各台炉大修进行。施工将采用热电工程公司承包的形式，车间技术人员进行施工质量监督。4项目投资4．1主要设备清单名称规格型号单位数量估计费用内反馈串级调速电机JRNT系列260kW、6kV4套60万元调速控制装置JC2-300A/500V4套60万元配套电缆及选件4套10万元4．2项目工程量A.电机拆JO-W89（260kW、6kV）4套；B.电机安装JRNT系列260kW、6kV4套；C.调速控制装置JC2-300A/500V）4套安装，包括变流柜（2000+290）高×1000厚×700宽，控制柜和补偿柜尺寸相同2000高×1000厚×500宽；D.动力电缆（50A，6000V）600米；E.控制电缆（300A/500V）600米；F.土建2立方米；G.调试；4．3项目工程预算（见附件）4．4项目总造价：138万元5效益测算和环保评估挡风板调节时：电机电流为20A，消耗功率为88.3kW，以年运行6000小时计算，两台炉吸风机年耗电量为212万kWh。公司内部电价0.21元/度计，电费78.52万元。采用调速离合器调速，耗电量约为挡板调节的35%，则每年可节约47万元。项目投资为：138万元项目投资回收期为：138/47=2.9年即，仅用2年零11个月就可收回全部部投资。5．3环境保护评估本项目的实施过程不会对环境造成污染，环保情况良好。提高风机效率及减少厂用电率，也会减少燃煤量，从而达到减少大气污染和环保的效果。另外，由于在施工期间将采取如下严密周全的安全措施:组织全体施工人员进行安全学习，进行防火教育、防污染教育，施工范围设临时施工范围设护栏，施工现场设专人监护，并配备一定数量的消防器材，对起重设施进行检查，严格审核起重方案，本项目安全情况良好。5．4项目投资回收年限项目投资为：138万元项目收益为：47万元/年项目投资回收期为：138/47=2.9年即，仅用2年零11个月就可收回全部部投资。