姜超 何立建 徐文俊

摘要：永磁調(diào)速是目前最先進(jìn)的非機(jī)械聯(lián)接調(diào)速節(jié)能技術(shù)，本文對(duì)繞組式永磁耦合調(diào)速器的結(jié)構(gòu)、調(diào)速原理和在一次風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用做了簡(jiǎn)單闡述。分析了某300MW火力發(fā)電廠系統(tǒng)中的一次風(fēng)機(jī)進(jìn)行永磁改造后的調(diào)節(jié)特性，與采用工頻調(diào)速的方式進(jìn)行對(duì)比，并對(duì)其應(yīng)用及經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了分析。試驗(yàn)結(jié)果表明永磁調(diào)速節(jié)能效果明顯，在大功率電機(jī)永磁改造方面具有廣闊前景。

關(guān)鍵詞：繞組式永磁耦合調(diào)速器;永磁調(diào)速;電機(jī)

引言：一次風(fēng)機(jī)是火力發(fā)電廠風(fēng)煙系統(tǒng)中的重要輔機(jī)，用于提供一定壓力、一定流量的一次風(fēng)，將煤粉干燥并送入噴燃器，并提供煤粉揮發(fā)份燃燒所需氧量。因此對(duì)一次風(fēng)機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造是大勢(shì)所趨，也有利于節(jié)能減排。本文采用繞組永磁耦合調(diào)速器對(duì)一次風(fēng)機(jī)的節(jié)能效果進(jìn)行試驗(yàn)研究，產(chǎn)品為江蘇磁谷JIANGSU·CHINA公司生產(chǎn)的YOTQ―D系列永磁耦合調(diào)速器，具有運(yùn)行工況穩(wěn)定，運(yùn)行振動(dòng)、溫升低，操作簡(jiǎn)便，調(diào)速精準(zhǔn)，電機(jī)啟動(dòng)電流小，低速性能更好，生產(chǎn)成本低，節(jié)電率高等優(yōu)點(diǎn)。

1 系統(tǒng)概況

某廠風(fēng)煙系統(tǒng)由煙氣系統(tǒng)、二次風(fēng)系統(tǒng)、一次風(fēng)系統(tǒng)、密封風(fēng)系統(tǒng)及冷卻風(fēng)系統(tǒng)組成。爐膛中產(chǎn)生的煙氣流過后煙井后，通過煙道進(jìn)入空預(yù)器煙氣倉(cāng)，在預(yù)熱器中利用煙氣余熱使一、二次風(fēng)得到預(yù)熱。從空預(yù)器出來的煙氣通過靜電除塵器和引風(fēng)機(jī)（再經(jīng)脫硫）排至煙囪，在預(yù)熱器進(jìn)口煙道上裝有電動(dòng)隔絕擋板。在直吹式制粉系統(tǒng)中，一次風(fēng)機(jī)提供一次風(fēng)，從風(fēng)機(jī)出來分為兩路，一路經(jīng)過空預(yù)器產(chǎn)生熱一次風(fēng)，一路不經(jīng)過空預(yù)器產(chǎn)生冷一次風(fēng)。其中，熱一次風(fēng)為磨煤機(jī)提供干燥出力和通風(fēng)出力，將磨煤機(jī)磨好的煤粉干燥后攜帶煤粉進(jìn)入到鍋爐燃燒器。冷一次風(fēng)與熱一次風(fēng)在磨煤機(jī)的入口處進(jìn)行混合，調(diào)節(jié)磨煤機(jī)進(jìn)出/溫度，同時(shí)也是磨煤機(jī)通風(fēng)出力的一部分。

2 繞組式永磁耦合調(diào)速改造實(shí)驗(yàn)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行要求和技術(shù)改造標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)一臺(tái)機(jī)組下的一組一次風(fēng)機(jī)進(jìn)行繞組式永磁耦合調(diào)速改造，并與同等設(shè)計(jì)負(fù)荷的另一臺(tái)機(jī)組下的一組工頻運(yùn)行的一次風(fēng)機(jī)進(jìn)行同工況對(duì)比和分析。用YOTQ―D系列永磁耦合調(diào)速器代替電動(dòng)機(jī)和風(fēng)機(jī)之間的剛性聯(lián)軸器，一次風(fēng)機(jī)改造。當(dāng)不同工況下的實(shí)際風(fēng)量與需求風(fēng)量所對(duì)應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速產(chǎn)生偏差時(shí)，繞組永磁調(diào)速系統(tǒng)則根據(jù)永磁外轉(zhuǎn)子與繞組內(nèi)轉(zhuǎn)子的速度差，利用繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)來傳遞扭矩，起到軟離合的作用。

此外，工頻運(yùn)行的一次風(fēng)機(jī)由于工作效率低下，轉(zhuǎn)差功率損耗變成設(shè)備溫升，不僅維護(hù)量大而且一般需要配備單獨(dú)的冷卻系統(tǒng)，多通過水或油等介質(zhì)對(duì)聯(lián)軸器、軸承等部件進(jìn)行冷卻。與此相比，永磁耦合調(diào)速器將此轉(zhuǎn)差功率損耗轉(zhuǎn)變成電能引出再利用反饋回供電端，一舉徹底解決轉(zhuǎn)差損耗導(dǎo)致的設(shè)備溫升問題，不僅高效節(jié)能也無需散額外配備熱冷卻系統(tǒng)。

2.1 一次風(fēng)機(jī)繞組式永磁耦合調(diào)速器實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

表1 為一次風(fēng)機(jī)繞組式永磁耦合調(diào)速系統(tǒng)在變工況下，風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開度、流量、轉(zhuǎn)速等參數(shù)時(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)?？梢钥闯隼美@組電流產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)與原永磁場(chǎng)的非接觸傳動(dòng)，可以改變一次風(fēng)機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)而改變流量，實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)。隨著負(fù)荷變化，繞組中感應(yīng)電流隨之變化，風(fēng)機(jī)流量近似比例上升，電機(jī)電流、功率、軸承及線圈溫度也隨之增加。進(jìn)一步分析，因?yàn)槔@組式永磁耦合調(diào)速系統(tǒng)不需要通過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)擋板開度改變流量，因此動(dòng)葉開度在有限區(qū)間變化，風(fēng)機(jī)出口壓力變化小，證明了繞組式永磁耦合器在調(diào)速過程中，節(jié)流損失減少，電機(jī)功率損耗降低，節(jié)能效果提高。根據(jù)風(fēng)機(jī)運(yùn)行特性曲線可以看出繞組式永磁耦合調(diào)速器的調(diào)節(jié)特性線性度好，可以滿足各工況下的生產(chǎn)需求。

2.2 一次風(fēng)機(jī)繞組式永磁耦合調(diào)速器對(duì)比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

為比較一次風(fēng)機(jī)在采用繞組式永磁耦合調(diào)速系統(tǒng)和在工頻運(yùn)轉(zhuǎn)下的節(jié)能效果，現(xiàn)分別對(duì)同設(shè)計(jì)負(fù)荷下的兩組一次風(fēng)機(jī)進(jìn)行流量、電機(jī)功耗、調(diào)節(jié)性能進(jìn)行實(shí)際運(yùn)行參數(shù)分析。

表2為相同風(fēng)機(jī)流量工況下，工頻電機(jī)的各種運(yùn)行參數(shù)。根據(jù)GB12497《三相異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行》強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施監(jiān)督指南中的公式計(jì)算風(fēng)機(jī)節(jié)能量：

Q1/Q2=N1/N2? ? ? ③? 流量變化與轉(zhuǎn)速變化成正比

H1/H2=（N1/N2）2? ? ④? 壓力變化與轉(zhuǎn)速變化的平方成正比

P1/P2=（N1/N2）3? ? ?⑤? 功率變化與轉(zhuǎn)速變化的立方成正比

根據(jù)計(jì)算公式③④⑤，通過計(jì)算可得出：故當(dāng)流量下降到額定的50%時(shí)，轉(zhuǎn)速應(yīng)下降到額定轉(zhuǎn)速的50%，降速后的風(fēng)機(jī)所需要的的軸功率為P1=P額定*（1/2）三次方。通過比較表1和表2可以看出繞組式永磁耦合調(diào)速系統(tǒng)比工頻運(yùn)轉(zhuǎn)的電機(jī)更節(jié)能。縱觀兩組一次風(fēng)機(jī)流量由90Km3/h增長(zhǎng)至140Km3/h，永磁調(diào)速器風(fēng)機(jī)出口壓力變化幅度較工頻風(fēng)機(jī)更為平穩(wěn)，并且各類負(fù)荷工況下，前者的流量都較大。這說明一次風(fēng)機(jī)在采用永磁調(diào)速裝置后可以更好地滿足鍋爐燃燒的風(fēng)量需求，并且節(jié)流損失小，能耗低。

繞組式永磁耦合調(diào)速相較于工頻有以下技術(shù)優(yōu)勢(shì)：（1）系統(tǒng)節(jié)電率比高，可以將轉(zhuǎn)差功率引出反饋回供電端;（2）調(diào)速器主機(jī)與永磁電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)相仿，無機(jī)械動(dòng)作，非接觸傳動(dòng)，沒有摩擦和磨損的軟性傳動(dòng)，隔離振動(dòng)和噪聲，可靠性高;（3）多動(dòng)力單元驅(qū)動(dòng)，自動(dòng)均衡負(fù)載，調(diào)速范圍廣，尤其負(fù)載低速運(yùn)行時(shí)，可保持額定轉(zhuǎn)矩運(yùn)行。

2.3 改造前后節(jié)能經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)分析

如圖1 所示，采用針對(duì)繞組式永磁耦合調(diào)速后，風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率提高明顯。以運(yùn)行中流量為100 Km3/h為例來分析一次風(fēng)機(jī)改造前后的節(jié)能效果，可以看出永磁調(diào)速后節(jié)能效果明顯，節(jié)電率約為30%。按照電網(wǎng)全年平均運(yùn)行時(shí)間240天計(jì)算，年節(jié)電量為164*24*240=944640KW·h，以電價(jià)0.7元/KW·h，年節(jié)約電費(fèi)為0.7*944640=661248元（約66.1萬(wàn)元人民幣）。考慮到采用永磁調(diào)速后減少了一次風(fēng)機(jī)的振動(dòng)，減少了系統(tǒng)的維護(hù)工作量，延長(zhǎng)了軸承和密封件的壽命等因素，效益遠(yuǎn)大于上述數(shù)據(jù)。

結(jié)論：該電廠一次風(fēng)機(jī)系統(tǒng)采用了繞組式永磁耦合調(diào)速器后，運(yùn)行工況良好，經(jīng)第三方性能檢測(cè)節(jié)電率可達(dá)47.45%，與2011年該風(fēng)機(jī)設(shè)施的變頻調(diào)速改造比較，比變頻節(jié)電率高12.53% ，達(dá)到了預(yù)期效果。永磁調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于電機(jī)的調(diào)速和節(jié)能前景廣闊，具有節(jié)電率高、維護(hù)成本低、低速性能更好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。