軸流風(fēng)機電機雙速節(jié)能改造可行性分析及效果評估

貴州黔西中水發(fā)電有限公司 石 峰

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軸流風(fēng)機電機雙速節(jié)能改造可行性分析及效果評估

貴州黔西中水發(fā)電有限公司 石 峰

0　概述

某電廠#5機組（600MW）鍋爐配兩臺靜葉可調(diào)軸流引風(fēng)機，并聯(lián)運行。

引風(fēng)機及配套電機基本參數(shù)：

引風(fēng)機型號　流量　風(fēng)壓　效 率　轉(zhuǎn)速AN37E6(V13+4o)　 560.3m3/s　 5547　 85.8%　 597r/min電動機型號　額定電壓　額定功率　極 數(shù)　轉(zhuǎn) 速YKK900-10　6000V　 3400kW　 10　 597r/min

圖1所示為改造前引風(fēng)機實際運行時的性能曲線圖。

圖1　改造前引風(fēng)機的運行性能曲線

#5機組投運以來，鍋爐引風(fēng)機運行穩(wěn)定，但運行效率低，600MW時#5爐引風(fēng)機A側(cè)效率75.4%、B側(cè)效率62.8%，450MW時A側(cè)效率65.4%、B側(cè)效率63.8%；300MW時A側(cè)效率41.3%、B側(cè)效率49.7%，造成引風(fēng)機效率低的原因主要是該型風(fēng)機與鍋爐煙氣系統(tǒng)阻力匹配不好，風(fēng)機選型太大而系統(tǒng)阻力較低，另外該型風(fēng)機在低負(fù)荷時靜葉調(diào)節(jié)經(jīng)濟性較差。因此，應(yīng)對引風(fēng)機進行節(jié)能改造，提高效率，有效減少電能消耗，達(dá)到提效節(jié)能的目的。

1　引風(fēng)機節(jié)能改造的方向

針對引風(fēng)機效率低問題，我們進行了全面分析，認(rèn)為主要改造方向有三種：一是對風(fēng)機本體進行改造，二是改為變頻調(diào)速驅(qū)動，三是電機改為近極數(shù)的單繞組雙速電動機，運行在低速。三種改造方案簡述如下：

（1）對風(fēng)機本體改造需改變風(fēng)機葉輪直徑才能滿足要求，葉輪、機殼均需改造，改造工作量大，工期長，費用高。

（2）針對引風(fēng)機進行變頻調(diào)節(jié)改造后的節(jié)電效果進行了計算。引風(fēng)機改用變頻調(diào)速的性能曲線見圖2，節(jié)電量估算見表1。

圖2　鍋爐引風(fēng)機調(diào)速性能曲線

從圖1可見，風(fēng)機未運行在最高效率區(qū)，從表1估算出的年節(jié)電量約336.4萬kWh，上網(wǎng)電價按0.37元/ kWh計，年節(jié)約經(jīng)費127.6萬元。兩臺變頻器改造約需750萬元，不考慮維護成本，至少6年才可回收投資改造成本。考慮到改為變頻調(diào)速以后，電氣故障點增加較多，發(fā)生電氣故障的幾率也大大增加。同時由于變頻器故障引起的負(fù)荷返航等故障造成的損失也大。同時，一旦今后安裝煙氣脫銷裝置，變頻改造的節(jié)電量將大打折扣。

表1　鍋爐引風(fēng)機變頻改造經(jīng)濟性估算

（3）考慮到目前引風(fēng)機出力過大，如果降一級轉(zhuǎn)速后能夠滿足當(dāng)前機組滿負(fù)荷(600MW)運行的需要，則可以將風(fēng)機馬達(dá)極對數(shù)增加一級，將轉(zhuǎn)速從597rpm降為497rpm。改造后馬達(dá)和風(fēng)機由于轉(zhuǎn)速降低，軸承承受的載荷將減輕，軸承壽命必將增加，同時，轉(zhuǎn)速降低以后低負(fù)荷時靜葉的最低開度比當(dāng)前運行工況大，更加遠(yuǎn)離失速區(qū)，對風(fēng)機的運行更加安全。該型風(fēng)機降速后的性能曲線如圖2所示。從圖3可見該型風(fēng)機降速后，目前可滿足機組600MW負(fù)荷需要，且有一定的裕量，平均運行效率可提高約8%(600MW)～20%(300MW)。但富裕量已經(jīng)較小，機組在BMCR工況運行（電負(fù)荷660MW）有困難。為穩(wěn)妥起見，可將電機改為雙速電機（597rpm// 497rpm），通常情況下都采用低速，個別特殊情況(例如需要作汽機VWO工況性能試驗時)才使用高速。

現(xiàn)引風(fēng)機配套電機功率為3400kW，改為雙速后，低速下的功率必須≥2000kW方能滿足機組帶600MW負(fù)荷的需要。

圖3　引風(fēng)機降速后性能曲線

2　風(fēng)機電機單繞組雙速改造技術(shù)方案

2.1單繞組雙速改造的設(shè)計思想

近年來，隨著科技進步，鼠籠型異步電動機調(diào)速方法很多，使用一套定子繞組僅靠改變其接線方式，不需變動其他設(shè)備，即可達(dá)到兩種速度。這種改造費用低，運行、維護方便，可靠性高。

實現(xiàn)單繞組雙速改造有兩種方法：反向法變極和換向法變極。本工程采用換向法變極，即在改造設(shè)計時以高轉(zhuǎn)速檔為基本極，進行對稱軸線優(yōu)化，實現(xiàn)低轉(zhuǎn)速檔的單繞組雙速功能；電機雙速改造同時，在機殼適當(dāng)部位，設(shè)置雙速切換的出線箱，分別為兩種不同極數(shù)的接線連接方式，切換時只須改變接線端子上的連接片即可，整個電氣系統(tǒng)可不必變動，改造后的雙速電機運行良好。

2.2電機參數(shù)

電機廠生產(chǎn)的原電機參數(shù)：

電機型號：YKK900-10； 額定功率：3400kW；

轉(zhuǎn)速：597r/min； 額定電壓：6KV；

額定電流：402A； 相數(shù)：3；

功率因數(shù)：0.847； 絕緣等級：F；

防護等級：IP55； 冷卻方式：空冷；

改造項目內(nèi)容：電機由10極改造為10/12極。

電機改造后的參數(shù)：

極數(shù)：12； 功率：2300kW；

轉(zhuǎn)速：495r/min； 電壓：6kV；

額定電流：325A； 其余參數(shù)不變。

2.3出線方式

電機出線用一只出線盒，分別為二種不同極數(shù)的接線連接方式，切換時只須改變接線端子上的連接片即可，整個電氣系統(tǒng)可不必變動，切換時必須停機。

表2

2.4運行方式

#5機組的兩臺風(fēng)機電機改為雙速后，兩臺風(fēng)機均在低速運行。雙速電機的高低速切換必須在引風(fēng)機停運情況下，通過改變定子線圈抽頭實現(xiàn)。

3　節(jié)能效益分析

3.1運行參數(shù)

#5爐引風(fēng)機電機雙速改造前后電耗對比表（見表2）。

3.2節(jié)能效果

（1）引風(fēng)機電機低速運行較高速運行日節(jié)電量：

（14730+19260+14120+11520+12220+11090+13980+ 13810+16440+13410）/10=14058kWh

節(jié)電率：

（0.193%＋0.24%＋0.16%＋0.13%＋0.134%＋0.124% ＋0.114%＋0.106%＋0.124%＋0.094%）/10=0.149%

（2）按年運行5700小時，年節(jié)電量：

14058×（5700/24）=333.8萬度

3.3節(jié)約費用

電費以0.3793元/kWH計算，年節(jié)約費用：

333.8×0.3793=126.6萬元

風(fēng)機電機改造后年節(jié)約費用126.6萬元。

4　結(jié)論

引風(fēng)機電機進行雙速改造后，運行狀況良好，節(jié)能效益明顯。改造有以下四個特點：

①節(jié)能效益明顯：按年運行5700小時計算，年節(jié)電量333.8萬度；電費以0.3793元/kWH計算，年節(jié)約費用126.6萬元；該項目降低本機組廠用電0.149個百分點。

②投資少，回收快。引風(fēng)機電機改造項目共投資88萬元，按節(jié)能效益計算，8個月內(nèi)即可收回投資。

③簡單易行、安全可靠。僅對電機定子進行改造，只增加一個接線箱，不涉及二次回路和其他設(shè)備，實施簡單，安全可靠。且改造后由于轉(zhuǎn)速的降低進一步提高了電機和風(fēng)機軸承的可靠性。