发电厂辅助电动机节能改造技术方案分析

1、发电厂辅助电动机节能改造技术方案分析 国家电力公司热工研究院 徐甫荣1 前 言 目前，在我国电源结构中，火电装机容量占74%，发电量占80%；水电装机容量占25%，发电量占19%；核电仅占1%左右，因此火电机组及其辅机设备的节能改造工作是非常重要的。火电厂中的各类辅机设备中，风机水泵类设备占了绝大部分，蕴藏着巨大的节能潜力。由于火电机组调峰力度的加大，这些机组的负荷变化范围很大，必须实时调节风机水泵的流量。目般前调节流量的方式多为节流豁阀调节，由于这种调节方式豁仅仅是改变了通道的通流阻豁抗，而电动机的输出功率并豁没有多大改变，所以浪费了豁大量的能源。随着电力行业豁的改革不断深化，厂网分家豁，竞

2、价上网政策的逐步实施豁，降低厂用电率，降低发电豁成本，提高上网电价的竞争豁力，已成为各火电厂努力追豁求的经济目标，要求越来越浇迫切。风机水泵类负载采用浇调速驱动具有非常可观的节浇能效果，这已是共识。浇另外，交流电机的直接浇起动(尤其是高压电机)会浇产生巨大的电流冲击和转矩浇冲击，在很短的起动过程中浇，转子笼型绕组及阻尼绕组浇将承受很高的热应力和机械海应力，致使笼条的端环断裂海。直接起动时的大电流还会海在定子绕组的端部产生很大海的电磁力，使绕组端部振动海和变形，造成定子绕组绝缘海的机械损伤和磨损，从而导海致定子绕组绝缘击穿。直接海起动时的大电流还会引起铁海芯振动，使铁芯松驰，引起海电机发热增加。

3、在火力发电海厂中，高压大容量交流笼型寒异步电动机的使用非常广泛纬，由于直接起动而造成的电纬动机烧毁和转子断条事故屡纬屡发生，给机组的安全经济纬运行造成很大的威胁。因此纬大容量异步电动机采用软起纬动方式，对于延长电动机的纬使用寿命，减少对电网的冲纬击，保证机组正常运行是非纬常必要的。由于电动机的变纬频软起动可提供高的起动转纬矩并可做到平滑无冲击，所馁以采用变频器实现软起动的馁效果也是非常突击的。同时馁，采用调速驱动，还可以有馁效地减轻风机水泵叶轮的磨馁损，延长设备使用寿命，降馁低运行噪声。还有运行工艺馁对辅机设备的控制性能的改馁善也是十分迫切的，例如锅馁炉风机和给粉机的调速控制馁，可以大幅度地改

4、善炉内的毛燃烧工况，从而节煤、节水毛，并可节省这些物料的运输毛，处理能量等。工艺条件的毛改善可以创造巨大的经济效毛益，已不再简单地局限在节毛能的范畴，人们会很快地认毛识到这一点，并迅速行动起毛来。 本文针对发电厂各毛种高低压辅机电动机的实际妹运行工况，逐一地进行节能妹改造方案分析。 2 风妹机 风机是火力发电妹厂重要的辅助设备之一，锅妹炉的四大风机(送风机、引妹风机、一次风机或排粉风机妹和烟气再循环风机)的总耗妹电量约占机组发电量的2%悯左右。随着火电机组容量的悯增大，电站锅炉风机的容量悯也在不断增大，如国产20悯0MW机组，风机的总功率悯达7140kW(其中，送悯风机二台2500kW，引悯风

5、机二台3200kW，排奢粉风机总功率1440kW奢)，占机组容量的3%以上奢。因此，提高风机的运行效奢率对降低厂用电率具有重要奢的作用。 2.1 风机奢的运行状况和节能效果奢 我国电站风机已普唆遍采用了高效离心风机，但唆实际运行效率并不高，其主唆要原因之一是风机的调速性唆能差，二是运行点远离风机唆的最高效率点。我国现行的唆火电设计规程SDJ-79唆规定，燃煤锅炉的送、引风唆机的风量裕度分别为5%和唆5%10%，风压裕度分侣别为10%和10%15侣%。这是因为在设计过程中侣，很难准确地计算出管网的侣阻力，并考虑到长期运行过侣程中可能发生的各种问题，侣通常总是把系统的最大风量侣和风压富裕量作为选择

6、风机侣型号的设计值。但风机的型侣号和系列是有限的，往往在侣选用不到合适的风机型号时确，只好往大机号上靠。这样确，电站锅炉送、引风机的风确量和风压富裕度达20%确30%是比较常见的。确电站锅炉风机的风量与风压确的富裕度以及机组的调峰运确行导致风机的运行工况点与确设计高效点相偏离，从而使确风机的运行效率大幅度下降嚏。一般情况下，采用调节门嚏调节的风机，在两者偏离1嚏0%时，效率下降8%左右嚏；偏离20%时，效率下降嚏20%左右；而偏离30%嚏时，效率则下降30%以上嚏，对于采用调节门调节风量嚏的风机，这是一个固有的不嚏可避免的问题。可见，锅炉前送、引风机的用电量中，很前大一部分是因风机的型号与前管

7、网系统的参数不匹配及调前节方式不当而被调节门消耗前掉的。因此，改进离心风机前的调节方式是提高风机效率前，降低风机耗电量的最有效前途径。 按照流前体机械的相似定律，风机、前水泵的流量Q、压头(扬程鹿)H、轴功率P与转速n之鹿间有如下比例关系: 鹿离心式风机在变速调鹿节的过程中，如果不考虑管鹿道系统阻力R的影响，且风鹿压H随流量Q成平方规律变裸化，则风机的效率可在一定裸的范围内保持最高效率不变裸(只有在负荷率低于80%裸时才略有下降)。图1示出裸了离心式风机不同调节方式裸耗电特性比较，图2示出了裸采用调节门调节和转速调节裸方式时，风机的效率-流量裸曲线。 由图2可知:在梨风机的风量由100%下降脂

8、到50%时，变速调节与风脂门调节方式相比，风机的效脂率平均高出30%以上。因脂而，从节能的观点看，变速脂调节方式为最佳调节方式。嗅 2.2 风机调速节能嗅改造方案分析 嗅(1)对于常年带满负荷嗅的机组，当风机的风量裕度嗅在30%时，选用双速电机嗅最为经济，即使在满负荷连嗅续运行工况下，电机也可在嗅低速档运行，已可满足风量嗅要求；当风量余度在20%嗅左右时，则采用变频调速、嗅串级调度较为经济，而采用嗅双速电机和液力耦合器不能嗅起到节电作用；当风量裕度嗅在10%左右时，采用双速嗅电机和液力耦合器调速还不嗅及调节门调节的经济性好，嗅而采用变频调速和串级调速嗅与调节门调节的经济性相差亚不大，因而此时只

9、要采用调亚节门调节即可，不必采用变亚速调节。 (2亚)对于调峰机组和长期处亚于低负荷运行的机组，考虑亚到长期运行的安全可靠性、亚经济性和操作维护工作量等亚，变频调速和串级调速比双亚速电机及液力耦合器等调速亚方式具有更大的优越性。因以此，电厂在风机节能改造时以，应优先选择变频调速和串以级调速方案。 以(3)风机的功率一般在以10002000kW，以在目前的功率器件耐压条件以下，采用高压IGBT和I瞻GCT的三电平中压变频器瞻，是目前的最佳选择方案。瞻这种变频器的功率器件不串瞻不并，可靠性最高，逆变单瞻元采用12只HV-IGB瞻T或IGCT，使用的功率瞻器件最少，成本最低，体积瞻最小。输入采用12

10、脉冲整瞻流器，网侧谐波小；输出采虚用LC滤波器，电流波形好虚，总的谐波畸变率虚1%，适合于任何笼型异步虚电机，且不必降额使用虚。输出电压等级有2.3k虚V，3.3kV和4.16须kV，对于我国的6kV电须机，可将电机进行Y/改须接，线电压为3.47kV须，考虑风机一般均有设计余须量，因此采用3.3kV的须变频器，完全能满足要求。须对于老设备的改造特别有利须，是目前最为经济合理的改锈造方案。ABB公司的AC锈S1000和西门子公司的锈SIMOVERT MV属锈这类变频器。 3 水锈泵 火力发电机组必锈须配备的水泵主要有锅炉给锈水泵、循环水泵和凝结水泵亚，其次还有射水泵、低压加亚热器疏水泵、热网水

11、泵、冷亚却水泵、灰浆泵、轴封水泵亚、除盐水泵、清水泵、过滤亚器反洗泵、生活水泵、消防亚水泵和补给水泵等。这些水亚泵数量多，总装机容量大:亚50MW火电机组的主要配亚套水泵的总装机容量为64亚30kW，占机组容量的1营2.86%；100MW机营组为10480kW，占1营0.48%；200MW机营组为15450kW，占7营.73%。100MW机组营主要配套水泵的总耗电量约营占全部厂用电量的70%左焉右。由此可见，水泵确实是焉火力发电厂中耗电量最大的焉一类辅机。因此，提高水泵焉的运行效率，降低水泵的电戌耗对降低厂用电率具有举足戌轻重的意义。 3.1戌给水泵 与风机一样戌，由于设计中层层加码，留戌有过

12、大的富裕量，造成大马戌拉小车现象之外，由于采用戌节流调节，为满足生产工艺睁上的要求，造成更大的能源睁浪费现象。一台200MW睁发电机组的给水泵，其电动睁机功率达5000kW，水睁泵的出口压力为25.0M睁Pa，而正常运行时的汽包睁压力为16.5MPa。水睁泵的出口压力与正常的汽包张压力之间的差别如此之大(张8.5MPa)的原因有两张个: (1)张考虑到锅炉检修以后打水压张试验的需要； 张(2)为给水调节阀前提张供较大的压力，以提高调节墟系统的反应速度。 墟由以上分析可知，当电墟动机定速运行时，为了维持墟汽包压力在正常值，必须在墟给水管道上加装给水调节阀墟，增加阻力，以至消耗大量墟的能源。若电机

13、采用调速驱墟动，则可用改变电动机的转墟速来满足不同的压力要求，墟节省了因阀门阻力引起的附穴加损耗，达到节能的目的。穴同时以调速方法改变压力的穴响应速度远比改变阀门开度穴来得快，使锅炉汽包水位自穴动调节系统的反应加快，改穴善了锅炉给水调节系统的性穴能。 为了降低穴水泵的能耗，除了提高水泵穴本身的效率、降低管路系统学阻力、合理配套并实现经济折调度外，采用调速驱动是一折种更加有效的途径。因为大折多数水泵都需要根据主机负折荷的变化调节流量，对调峰折机组的水泵则尤其如此。根折据目前我国电网的负荷情况折，大多数125MW机组已折参与调峰，为扩大调峰能力折甚至一些200MW机组也折不得不参与调峰运行。为这址

14、类调峰机组配套的各种水泵址最好采用调速驱动，以获得址最佳节能效果。例如，有一址台国产200MW机组配备址三台DG400-180型址定速给水泵，当主机负荷为址180MW时运行两台泵，址调节阀的节流损失高达2.址2MPa，仅此一项每年浪诌费电能883.9万kW诌h。如果改用一台全容量调诌速给水泵则可以节省大量电诌能(表1)。由表1可见，诌当主机采用定压运行方式时诌，可平均节电20%，当主诌机采用定-滑-定运行方式诌时可平均节电30%。以上愿是没有考虑给水焓升变化的愿计算结果，如果考虑调速泵愿中给水焓升较小，则平均节愿电率将下降3%5%。愿 从效率变化方面愿来看，节流调节法在工况改愿变时泵的效率曲线

15、不变，因愿此随着流量减小泵的效率下愿降比较快，而转速调节法当崩水泵转速改变时，泵的效率崩曲线也相应改变。因此，可崩以保证泵始终在高效区范围崩内运行。 如果崩管路系统的静扬程H0=0崩(例如水平开式供水的情况崩)，那么管路系统阻力曲线崩近似于相似抛物线，泵的运彼行工况点近似于相似工况点碱。这样，泵在变速运行过程碱中性能参数的变化可用比例碱定律表示，由(1)式可得碱: 因此，用转碱速调节法调节流量可以大幅碱度节约电能。譬如流量下降碱到额定流量的80%，轴功碱率将下降到额定值的51%毖；如果流量下降到50%，毖那么轴功率可以大幅度地下毖降到13%。当然，实际上毖还要考虑调速装置的滑差损毖失等因素，即

16、使如此节电效毖果也是十分可观的。如果静久扬程H0不太大，也可以近久似用比例定律来估计调速节久能的效果。 以久上叙述了一台泵单独供水时久调速节能的原理，火力发电久厂中单泵供单炉的单元制给久水系统就属于这种情况。但久是，单机容量100MW以久下的火力发电厂基本上采用久母管制给水系统，这种系统汇根据所需给水量的变化增减汇运行泵的台数，即所谓台数汇调节法。 如果汇泵的台数比较多，采用这种汇方法也可以使各泵的运行工汇况点接近于高效区，所以运汇行经济性也比较好。有些给汇水系统还配备了流量大小不汇同的给水泵，根据负荷进行汇大小泵搭配运行，即所谓经淮济调度，这样运行经济性会傣更好些。但是，为了最大限傣度地提高

17、运行经济性，最理傣想的方案还是转速调节，因傣为台数调节法仍然存在一些傣节流损失，而且在变负荷时傣泵的运行效率仍然有些降低傣，图3表示采用台数调节法傣与转速调节法时泵轴功率的傣差异。傣 另外，与转速调变节法相比，台数调节法不仅变经济性差，而且安全性也差变，因为它必须根据负荷经常变起动和停泵，增加了不安全变因素。 由于给变水泵的功率大，一般在50变00kW以上，采用变频调变速虽然性能优越，但是成本弓太高，投资回收周期长，在弓目前还不能满足给水泵节能弓改造的要求，随着电力电子弓技术的发展，给水泵实现变弓频调速也是完全可能的。目弓前300MW机组的给水泵弓一般采用小汽轮机调速驱动弓，200MW及以下机

18、组则弓大部分可采用液力耦合器调弓速。液力耦合器虽属低效调弓速方式，但是即使在低转速揪比时，相对节流调节而言，揪也有明显的节能效果，并且揪因其投资少，见效快，资金揪回收周期短，在老机组和中揪小机组节能改造工程中，不揪失为一种经济实用的改造方揪案。 3.2 循环水泵揪 循环水泵是为揪火电机组凝汽器系统提供冷揪却水的重要辅机设备，为大眷流量低扬程轴流泵。一般小眷机组为母管制，大机组为单眷元制。其运行方式为随机组眷长期连续运行。一般一台机眷组为两台泵，冬天一台泵运眷行、夏天需两台泵运行。为眷了运行的可靠性，也有设计眷三台泵的，一台运行，一台眷备用，一台检修。 眷循环水泵目前大多采用尝动叶可调的轴流泵，

19、但是由尝于是定速运行，因此很难适尝应季节和负荷的变化，造成尝冷却水的大量浪费。若采用尝变频调速改造，既可节能降尝耗，又提供了循环水的流量尝调节手段，使机组保持最经尝济的运行状态。 尝循环水泵的电机功率一般尝在20003000kW扣，采用中压变频器改造比较扣合适，考虑到其运行方式，扣也为了节省改造经费，可采扣用一拖三方案，即用一台变扣频器分别拖动机组的三台循扣环水泵。冬季和低负荷时，扣一台泵调速运行；夏季和高扣负荷时，一台泵定速运行，扣一台泵调速运行。调速泵采扣集汽机调节级压力，大气压扣力，凝汽器真空及泵的出、慈入口水温等信号经控制系统慈处理后，给变频器输出4慈20mA的速度给定指令信慈号，实现

20、泵速自动调节，确慈保循环水倍率，提高冷却效慈果。 3.3 凝结水泵慈 凝结水泵属中汉低压冷水泵，其吸入侧为真迪空状态。一般一台机组设计迪2台泵，一台运行，一台备迪用，每台泵的出力均为11迪0%额定流量；大机组采用迪3台泵，二台运行，一台备迪用，每台泵的出力均为55迪%额定流量。目前存在的问迪题是: (1)柯由于凝结水泵定速运行，靠柯出口电动调节门的节流控制柯，节流量大，出口压力高，柯经常发生泵的格兰大量漏水柯造成热量和水量损失，地面柯污染，导致不能正常运行甚柯至损坏泵。 (柯2)电动调节门是电动机械炽结构，线性度差，存在调节炽滞后，调节品质差的问题影炽响了调节系统的稳定性。经炽常出现无水位运行

21、状态，导炽致泵的严重汽蚀；因为是立炽式泵，水泵轴向窜动严重，炽电流晃动大，轴承损坏，疏炽水管道振动和泄露等故障，炽增加了泵的维护工作量，经炽常要倒泵，影响机组安全运炽行。 (3)由揩于采用定速泵出口门节流调揩节方式，无法稳定控制凝汽揩器热井水位，热井水位时高揩时低，运行人员操作频繁，揩严重影响机组的安全经济运揩行。 凝结水泵采用变频揩调速改造，除了节能效果外揩，还可收到良好的工艺控制揩效果，提高机组的安全经济揩运行水平。凝结水泵的功率揩一般为5001500k诲W，采用中压变频器较为合诲算。对凝结水泵进行变频改诲造，采用一拖一方案。要求诲正常情况下，一台变频泵运诲行，另一台变频泵备用，当诲一名变

22、频泵的开关因故跳闸诲时，另一台变频泵的开关自诲投，以确保机组安全运行。诲 3.4 灰浆(渣)泵诲 灰浆(渣)泵吵是将煤在锅炉中燃烧后冲到吵灰浆池中的灰浆、灰渣排到吵贮灰场的设备。一般两台机吵组共用，配置3台泵，每台吵泵的出力为110%额定流吵量。还要外加一台清洗水泵吵，用来冲洗灰浆(渣)泵及吵管道的积灰。 刺其运行方式是三台泵轮流间刺断运行，因为如果某一台泵刺长期不运行的话，出口会被刺灰浆、灰渣堵死，再次开泵刺时会造成电机过载而烧坏；刺另外若一台泵开着，时间不刺长就会将灰浆池抽干，泵空刺转引起汽蚀，而停泵若超过刺半个小时，灰浆池又会溢出刺，如再次开启才停运的泵，桂则容易因为过热而引起电机桂损坏

23、。因而操作频繁，泵和桂电机损坏严重。 桂因此，灰浆泵是发电厂中桂最需要进行变频改造的泵，桂而又是进行变频改造经济性桂最差的设备。因为，灰浆泵桂的容量为300500k桂W，为6kV高压电机，若膊采用6kV高压变频器，没膊有这个功率等级的设备，一膊般都在1000kW以上，膊设备的电流利用率低，投资膊高，不划算。且灰浆泵的调膊速改造主要是改善工艺条件膊和延长设备的使用寿命，减膊少维修量，节能效益不大。膊 因此，可采用侩高-低-低方案，即用一台侩变压器将电压6kV降为3侩80V或690V，用38侩0V(或690V)低压变侩频器，将6kV电机换成3侩80V或690V电机，较扮为经济合理。为了进一步节扮省

24、投资，可采用“一拖三”扮方案，即用一套变频调速装扮置，轮流拖动三台泵运行。扮由于灰浆泵为间断运行方式扮，泵的切换可采用“冷”切扮换的方式:停泵-切换-硷-启动另一台泵。 攻其它还有低加疏水泵，攻热网水泵，清水泵，补给水攻泵和生活水泵等，均为低压攻电机拖动，可根据其运行状攻况设计合理的改造方案，这攻里不再一一赘述。 4攻燃料制备系统 攻我国绝大部分火电厂是以煤傣为燃料的，在机组启动和稳傣燃期间也用油燃料(轻油、傣重油)。燃料制备系统主要傣有卸煤输煤设备，磨煤机、傣给煤机、给粉机、排粉机和傣供油泵等设备。 4.1傣磨煤机 一般傣中间贮仓式制粉系统只采用矢钢球磨煤机，每台机组配备矢2台以上，出力储备

25、系数矢1.15。磨煤机的控制根矢据粉仓粉位信号采用台数调矢节法，磨煤机不必采用变频矢调速。若机组负荷变动大，矢磨煤机起动频繁的话，则要矢解决的是磨煤机的起动冲击矢问题，但是仅仅为了解决起矢动问题而采用高压电机软起矢动器的话，也不够经济，并酋且软起动器对于需要重载起酋动的磨煤机也作用不大，这酋时可进行给粉机的变频改造酋以改善燃料控制手段；或增酋加粉仓容量以减少磨煤机的酋起动次数。 对酋于直吹式制粉系统，每台锅酋炉配备中速磨煤机或风扇磨酋煤机48台，其中必须有馁一台备用。当锅炉带额定负馁荷运行，须6台磨煤机工作馁时，允许有2台备用；对于馁双炉膛锅炉，每个炉膛宜各馁设一台备用磨煤机。直吹式馁制粉系统

26、的燃料(煤粉)是馁靠排粉风机(对于负压送粉馁系统)，或一次风机(对于呢正压送粉系统)送入炉膛燃淆烧的，为了改善进入炉膛的淆燃料的可控制性，可对排粉淆风机或一次风机进行变频调淆速改造，而磨煤机则根据锅淆炉负荷需要采用台数调节。淆 4.2 给粉机 淆对于中间贮仓式制粉淆系统，燃料(煤粉)是通过翔给粉机送入炉膛的，改变给翔粉机的转速即可改变给粉量翔。以前多采用滑差电机进行翔转速调整，存在许多问题，翔现在均用变频器来改变其转翔速。给粉机都是3kW的小翔电机，每台锅炉816台翔，实现变频调速主要是改善翔控制工艺，配合风量的变化翔改善锅炉燃烧控制系统的调西节品质，有利于机组协调控西制系统的投入，改善整个发

27、西电机组的控制性能。 4西.3给煤机 西磨煤机所需的煤量是由给煤西机输送的。由于煤种及磨煤西机工况随时改变，给煤量也西是要改变的。原来受技术条西件的限制，给煤机存在调速鹿不稳定，下煤不均匀，造成鹿磨煤机存煤量变化频繁，导鹿致磨煤机入口负压，出口温鹿度大幅度波动，不利于机组鹿安全经济运行，跑粉、堵煤鹿严重。现在均用变频器调节鹿给煤机的转速，改善了给煤鹿的可控性，并作为制粉系统鹿协调控制的子系统，为实现鹿制粉系统自动化，降低电耗鹿创造了条件。 4.4呛供油泵 供油泵呛是在机组开、停机时或者低呛负荷时炉膛燃烧不稳定时为呛锅炉提供燃油的设备，一般呛两台机组共用一套燃油系统呛，配备三台供油泵，一台运呛行

28、、两台备用。机组稳定运呛行时，锅炉的燃料是煤粉，呛理论上供油泵可以全部停运呛。但是为了应付由各种原因呛造成的锅炉燃烧不稳定的紧钳急情况，为确保机组安全运钳行，规程规定要有一台泵长钳期运行，以维持燃油的正常浅循环。这种运行方式的缺点浅是:除了浪费能源外，燃油浅长期高速流动，造成贮油罐浅温度升高，特别是在盛夏高浅温季节，油罐温度可高达5戊0，造成严重的安全隐患戊，供电管路长期呈高压状态戊，管道阀门，活结等管件容戊易发生渗漏，增加了设备维戊护工作量，也影响了环境。戊若改用变频调速，正常情况戊下让油低速循环，就可免除戊上述隐患，又能在紧急情况戊时保证锅炉的供油。供油泵戊为低压电机，可采用低压变戊频器一拖三带工频旁路的方聋案，比较经济实用。 5聋结 论 鉴于聋发电厂辅机电动机调速节能聋的巨大经济潜力，和面对厂聋网分家，竞价上网的严峻形聋势，发电厂辅机调速节能改聋造势在必行。各种调速方式聋在性能指标、节能效果、资聋金投入等方面各有其优缺点乔，因此在采用何种调速方案乔进行节能改造方面，也没有乔一个统一的章法。本文提出乔的一些改造方案，是根据一乔般电厂的情况提出的，仅供乔参考。各电厂应根据本厂机乔组的具体情况，如负荷情况乔(是否调峰)，辅机电动机乔设计余量，场地位置，资金乔投入等情况全面考量，选择乔适合本厂具体情况的节能改妹造方案。 考虑妹到发电厂生产的具体情况，妹在进行节