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
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,達到提效節(jié)能的目的。
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)前機組滿負荷(600MW)運行的需要,則可以將風(fēng)機馬達極對數(shù)增加一級,將轉(zhuǎn)速從597rpm降為497rpm。改造后馬達和風(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)速降低以后低負荷時靜葉的最低開度比當(dāng)前運行工況大,更加遠離失速區(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負荷的需要。
圖3 引風(fēng)機降速后性能曲線
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)。
3.1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。
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。