浅议电厂风机和给水泵的运行方式及节能.doc

全国化工热工设计技术中心站年会论文集 143.
浅议电厂风机和给水泵的运行方式及节能
李世文
(中国石化兰州设计院 兰州市 730060）
[内容摘要] 电厂的鼓、引风机和给水泵有不同的运行方式，但不同的运行方式，其能耗或节能效果大不相同。本文主要论述了电厂风机和给水泵的不同运行方式，以及利用风机和给水泵自身固有特点来实现节能的方法。并以某实际工程设计时的选型计算数据来说明调速驱动风机所得到的节能效果，加深读者对文章内容的理解。
[关 键 词] 运行方式 调速驱动 节流 节能 投资 效益
一. 概论
随着现代电厂机组的大型化，锅炉运行的安全性愈来愈重要。锅炉能否安全运行，不但关系自身的安全，而且对外界用户也非常重要。尤其是企业的自备热电站，它的热用户有时是庞大而复杂的系统(如石油化工企业)，电站锅炉能否安全、灵活运行，对其热用户的安全性和经济效益至关重要。
其次，在缺乏水电调峰的地区，一些电厂又担任着电网调峰的任务，这就需要锅炉能够滑压运行，具有足够灵活的负荷适应性。而热电站又必须不断调节锅炉负荷，以适应用户对蒸汽需求的变化。锅炉负荷的变化就必须调节辅机的运行。
为了锅炉能安全长期运行，灵活适应外界要求，除锅炉本身质量外，鼓、引风机和给水泵的运行方式也有着非常重要的作用；另一方面，鼓、引风机和给水泵的运行方式不同，对电厂的基建投资、运行维修费用、自身能耗与电厂经济性有着很大的影响。
在电厂中，自身能耗占其运行成本的相当比例，而鼓、引风机和给水泵的功率在电厂自身能耗中所占比例很大。因此，选择合理的运行方式，使其适应锅炉负荷变化的需要，尽可能减少因节流而引起的能量损失，降低生产成本，对电厂来说至关重要。
二. 鼓、引风机和给水泵的运行方式
(一). 锅炉给水泵的运行方式
锅炉给水系统概括地分为单元制和母管制。
1.如果锅炉负荷频繁变化，单元制系统的锅炉给水泵最好是常用泵选择调速驱动的泵，而备用泵选择固定转速的泵。
2. 母管制系统的给水调节比较灵活，可用调节阀来达到流量分配，但存在节流损失。如果其中一台锅炉的负荷变化频繁，则最好有一台常用泵选择调速驱动的泵，而其余泵选择固定转速的泵。
配备调速驱动的泵，不但能灵活地调节流量，跟随锅炉负荷变化，而且能有效地节约能源，消除节流损失。
(二). 鼓、引风机的运行方式
鼓、引风机的选型与运行方式的选择对锅炉的燃烧稳定性和热负荷变化有着决定作用，也对锅炉的安全性有着重要影响。
鼓、引风机的运行方式主要有以下几种。
1. 风机一开一备，按锅炉所需的鼓、引风量选型，配备电机，互为联锁。这种方式运行简单，但设备选型大，投资高，运行不灵活。当一台风机出现故障时，另一台风机不能迅速达到额定风量，很容易引起炉膛熄火，或炉膛超压，且对锅炉的冲击太大，锅炉的运行安全性很差。锅炉的负荷变化时，鼓、引风机不能有效满足需要，否则会产生节流损失。
2. 两台风机同时开，不设备用，各按总风量的50%选型，配备电机。当一台风机出现故障时，另一台风机能以50%总风量运行。这种运行方式比较灵活，设备选型小，投资少。但锅炉负荷从100%突降到50% ，负荷变化太大，需从自动操作改为手动操作，锅炉运行安全性差，对蒸汽外网及汽轮机等冲击太大，不能保证锅炉及其它系统长期连续运行。锅炉的负荷变化时，鼓、引风机也不能有效满足需要，否则会产生节流损失。
3. 风机按总风量的70%选型，配备电机。（这种方式尤适于无烟煤或贫煤等低质、低挥发分的煤）。正常工况时，两台风机全开，不设备用，用节流的方法来达到与总风量的匹配。当一台风机出现故障时，另一台风机能以70%总风量运行。这种方式运行也较灵活，设备选型适中，投资相对较少。一台风机停运时，锅炉负荷从100%降到70% ，负荷变化相对较小，仍可自动操作，锅炉运行安全性有所提高。这种方式可用节流来满足锅炉负荷的变化，但将产生很大的节流损失。
4. 风机按总风量的80%选型，配备电机，再配以调速装置。正常工况时，两台风机按总风量的50%同时运行（即50%总风量作为每台风机的正常风量，亦即风机最高效率点的风量），不设备用。与前三种方式相比，这种方式运行灵活，设备选型适中，但由于增加了调速装置，总投资不一定节省。然而调速装置能达到无级调速的目的，能够满足各种风量的需求，适应锅炉负荷的变化（锅炉负荷可从100%平稳变到40%，甚至更低），并且避
免了如方式三那样的大马拉小车的缺点，有效地节约了电能。当一台风机出现故障时，另一台风机能迅速调到其最大风量，锅炉在80%负荷运行，锅炉负荷变化小，安全性提高，对蒸汽外网及汽机等系统冲击较小，可保证锅炉长期连续运行。
三. 调速节能方式简述
根据风机和水泵自身的固有特点，调速运行是其节能的最有效途径。用以驱动风机和水泵的调速装置大体上归纳为机械的和电气的两大类。
1. 机械调速装置有液力偶合器、液粘调速离合器（目前在应用中尚有些问题）、汽轮机（对工作环境要求严格，系统复杂）。
2. 电气调速装置包括变极调速、串级调速、变频调速、变电压调速、调电阻调速和电磁滑差调速电机等六种。其中性能最好，应用面最广的为变频调速。

四. 风机和给水泵运行方式的改变为什么能达到节能目的
调速方式驱动风机和水泵，是如何达到节约能源的目的呢？众所周知，离心式风机和水泵的流量、扬程（风压）、功率都与转速有关，其关系如下。
Q1/Q2=n1/n2 H1/H2=(n1/n2)2 N1/N2=(n1/n2)3
Q_______风机或水泵的风量(流量) m3/h
H_______风机或水泵的风压(扬程) Pa
n_______风机或水泵的转速 转/分
N_______风机或水泵的轴功率 kW
加入调速装置后，当需要改变流量时，用设定的信号去改变风机或水泵的转速，从而达到流量的改变，这时风机或水泵的轴功率也大幅度改变。例如，当流量要降低1/2时，则将转速降低1/2，那么功率就降到原值的（1/2）3=1/8，即节省了7/8。这样就避免了用节流的方式来改变流量，而引起的节流损失。使原动机的输出功率随流量变化而变化，消除了大马拉小车的缺点，节约了能源。
五. 投资和节能效益比较
下面为某240t/h锅炉配套的鼓、引风机的投资和节能效益分析比较。
序
号
风机正常运
行方式
一开一备运行(单台风机按100%锅炉总风量运行)
两台同时运行(单台风机按 50%锅炉总风量运行)
两台同时运行(单台风机按 50%锅炉总风量运行)
两台同时运行(单台风机按 50%锅炉总风量运行)

1
单台风机配备电机所取的风量
按100%锅炉总风量选配单台风机的电机
按 80%锅炉总风量选配单台风机的电机
按 70%锅炉总风量选配单台风机的电机
按 50%锅炉总风量选配单台风机的电机

2
单台风机配备电机所取的最大风量Q(m3/h)
鼓风机：264200
鼓风机；211360
鼓风机：184940
鼓风机：132100
引风机：534270
引风机：427420
引风机：373990
引风机：267140

3
单台风机配
备电机所取
风压 P(Pa)
鼓风机：5520
鼓风机；4800
鼓风机：5050
鼓风机：5340
引风机：3550
引风机：2580
引风机：2800
引风机：3300
4
风机最大轴
功率N(kW)
鼓风机：533
鼓风机：370
鼓风机：340
鼓风机：260
引风机：693
引风机：400
引风机：380
引风机：322
5
风机转速
(转/分)
鼓风机：1450
鼓风机：1450
鼓风机：1450
鼓风机：1450
引风机：960
引风机：960
引风机：960
引风机：960

6
配电机功率
N(kW)
鼓风机配电机630
鼓风机配电机450
鼓风机配电机400
鼓风机配电机315
引风机配电机800
引风机配电机500
引风机配电机450
引风机配电机400

7
配电机型号
鼓风机配电机
YKK450-4/630
鼓风机配电机
YKK400-4/450
鼓风机配电机
YKK400-4/400
鼓风机配电机
YKK400-4/315
引风机配电机
YKK560-6/800
引风机配电机
YKK450-6/500
引风机配电机
YKK450-6/450
引风机配电机
YKK450-6/400

8
电机转速
(转/分)
鼓风机配电机
n=1480
鼓风机配电机
n=1480
鼓风机配电机
n=1480
鼓风机配电机
n=1480
引风机配电机
n=990
引风机配电机
n=990
引风机配电机
n=990
引风机配电机
n=990

9
正常运行时
电机的输出
功率N(kW)
鼓风机配电机630
鼓风机配电机315
鼓风机配电机400
鼓风机配电机315
引风机配电机800
引风机配电机400
引风机配电机450
引风机配电机400

10
正常运行时
电机的转速
(转/分)
鼓风机配电机
n=1480
鼓风机配电机
n=1290
鼓风机配电机
n=1480
鼓风机配电机
n=1480
引风机配电机
n=990
引风机配电机
n=890
引风机配电机
n=990
引风机配电机
n=990

11
风机正常运
行有无调速
鼓风机：无
鼓风机：有
鼓风机：无
鼓风机：无
引风机：无
引风机：有
引风机：无
引风机：无

12
锅炉变负荷
时风量调节
方式
鼓风机：节流
鼓风机：调速
鼓风机：节流
鼓风机：节流
引风机：节流
引风机：调速
引风机：节流
引风机：节流

13
各种设备的
投资(万元)
鼓风机：2X8.5
鼓风机：2X6.5
鼓风机：2X5.3
鼓风机：2X4.5
引风机：2X9.4
引风机：2X8.0
引风机：2X6.8
引风机：2X5.5
电 机：4X18.0
电 机：4X14.0
电 机：4X12.5
电 机：4X11.0

14
能耗或节能
(kW)
锅炉正常负荷时,风机无能耗;锅炉非正常负荷时,风机有节流损失。
锅炉正常负荷时,风机有节能。
鼓风机：135
引风机：100
锅炉正常负荷时,风机有节流损失.
鼓风机：85
引风机：50
锅炉正常负荷时,风机无能耗;锅炉非正常负荷时,风机有节流损失。
15
正常运行时
设备利用率
50%
100%
100%
100%

16
总投资与能
耗(节能)的
分析比较
正常运行时,一套设备闲置,不但设备投资高,而且利用率低,投资效益最低。
正常运行时,无设备闲置, 利用率高, 投资效益高,设备投资有时高于方式一。但节约大量电能,总效益高,且具有长期节能效益。
正常运行时,无设备闲置, 利用率高,设备投资较低,投资效益较高。但节流引起很大能耗,总效益最低。
正常运行时,无设备闲置, 利用率高,设备投资最低,投资效益最高。但节流引起能耗,总效益低下。
由上表的分析比较可以看出，从设备利用率、投资效益、节能效果来说，表中的第二种运行方式相对合理。它能够有效地收回因调速装置而增加的设备投资，而且将得到长期的经济效益。
六. 结束语
在资源日趋减少的今天，为了企业能有效降低运行成本，提高生产效益，就要不断强化生产管理，尽可能采用比较合理的生产方式，利用一切有效途径来实现节能的目的。综上所述，风机和水泵运行方式的不同，其能耗(或节能)效果大不相同。因此，在设计过程中，应尽量合理选择风机和水泵的运行方式，达到节能的目的，提高生产效益。