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。目前调节流量的方式多为节流阀调节,由于这种调节方式仅仅是改变了通道的通流阻抗,而电动机的输出功率并没有多大改变,所以浪费了大量的能源。随着电力行业的改革不断深化,厂网分家,竞价上网政策的逐步实施,降低厂用电率,降低发电成本,提高上网电价的竞争力,已成为各火电厂努力追求的经济目标,要求越来越迫切。风机水泵类负载采用调速驱动具有非常可观的节能效果,这已是共识。
另 外,交流电机的直接起动(尤其是YKK高压电机)会产生巨大的电流冲击和转矩冲击,在很短的起动过程中,转子笼型绕组及阻尼绕组将承受很高的热应力和机械应力,致使笼条的端环断裂。直接起动时的大电流还会在定子绕组的端部产生很大的电磁力,使绕组端部振动和变形,造成定子绕组绝缘的机械损伤和磨损,从而导致定子绕组绝缘击穿。直接起动时的大电流还会引起铁芯振动,使铁芯松驰,引起电机发热增加。在火力发电厂中,高压大容量交流笼型异步电动机的使用非常广泛,由于直接起动而造成的电动机烧毁和转子断条事故屡屡发生,给机组的安全经济运行造成很大的威胁。因此大容量异步电动机采用软起动方式,对于延长电动机的使用寿命,减少对电网的冲击,保证机组正常运行是非常必要的。由于电动机的变频软起动可提供高的起动转矩并可做到平滑无冲击,所以采用变频器实现软起动的效果也是非常突击的。同时,采用调速驱动,还可以有效地减轻风机水泵叶轮的磨损,延长设备使用寿命,降低运行噪声。还有运行工艺对辅机设备的控制性能的改善也是十分迫切的,例如锅炉风机和给粉机的调速控制,可以大幅度地改善炉内的燃烧工况,从而节煤、节水,并可节省这些物料的运输,处理能量等。工艺条件的改善可以创造巨大的经济效益,已不再简单地局限在节能的范畴,人们会很快地认识到这一点,并迅速行动起来。
本文针对发电厂各种高低压辅机电动机的实际运行工况,逐一地进行节能改造方案分析。
鉴于发电厂辅机电动机调速节能的巨大经济潜力,和面对厂网分家,竞价上网的严峻形势,发电厂辅机调速节能改造势在必行。各种调速方式在性能指标、节能效果、资金投入等方面各有其优缺点,因此在采用何种调速方案进行节能改造方面,也没有一个统一的章法。本文提出的一些改造方案,是根据一般电厂的情况提出的,仅供参考。各电厂应根据本厂机组的具体情况,如负荷情况(是否调峰),辅机电动机设计余量,场地位置,资金投入等情况全面考量,选择适合本厂具体情况的节能改造方案。
考虑到发电厂生产的具体情况,在进行节能改造时应遵循以下几个原则:
① 安全第一的原则 辅机电动机作为发电厂的主要动力源,可靠稳定运行是最基本的,安全是前提。
②节能降耗的原则 调速改造的目的是为了节能降耗,系统节能率越高越好,至少达到30%。其次是改善控制性能,提高机组整体效益。
③ 投资回收期短的原则 节能改造,要求低投入,高回报,要求调速改造工程的投资回收期尽可能的短,最长不能超过五年。这对发电厂节能改造是个苛刻的要求,因为发电厂的上网电价要比一般工矿企业的电价低许多,一般为50%左右。因此在发电厂进行节能改造时更要讲求经济性。
④ 系统改动最小的原则 改造工程应尽可能避免更换原有电机,减少系统的改动。但是为了改善电源结构,消除原有系统的不合理因素或设备选型严重不当等原因,也可进行较大的改造,总之应遵循经济合理的原则。
⑤ 空间适宜的原则 改造工程应根据原系统安装空间允许的原则考虑,既要满足设备对环境的要求,又要尽可能安装在现有的厂房,机房或控制室等建筑物内,避免增加土建工程。
对于随机组长期连续运行的重要设备,如送、引风机,进行变频调速节能改造时,都要采用一施一方案,即一台设备配置一台110%容量的变频器,并且要设计工频旁路系统,当变频器故障时将设备切换到电网运行。为了避免因设备的切换影响机组安全运行,还要设计同步切换(Bypass)控制功能,实现真正的平稳无扰动切换。对于可以间歇工作的设备,如灰浆(渣)泵等,为了降低改造成本,可以采用“一拖N”方案,但必须采用“冷”切换方式,以保证变频器和拖动设备的安全