电厂动力设备节能技术分析

2019-01-22

中国资源综合利用 2019年12期

（中国电建集团山东电力建设第一工程有限公司，济南 250102）

当前，新能源越来越多地应用到工业生产中，虽然我国大力发展风能、太阳能等新能源，但是煤炭、石油等不可再生资源仍在我国能源结构中占比较大。我国能源利用率较低，对资源的利用并不充分，与欧美国家相比，火力发电的能源消耗较大，加剧了我国资源的紧张。所以，节能减排势在必行。动力设备的节能技术研究是火力发电厂降低能耗的重要一环。电厂节能减排主要从发电机组的运行进行调控，最终达到最佳运行状态。本文将对电厂的发电方式进行分析，然后找出节能的有效措施。

1 电厂节能研究动态

随着经济、技术的发展，发电技术逐渐朝自动化方向发展，出现了大量自动化动力设备。目前，地球上的不可再生能源越来越少，节能降耗已经成为全球瞩目的问题，电厂节能降耗已经有大量的研究。电厂使用制粉工艺，以往耗费了大量能源[1]。

目前，火力发电厂节能减排措施主要有以下几点。一是节能基础管理，发电厂通过技术优化、完善节能管理机制等基础管理进行节能。二是节能型检修，通过电厂内设备的检修来完善设备，通过检修使设备处于最佳工作状态，降低故障率，提高设备的可靠性。三是燃料管理，使电厂燃料充分利用，保障能源不浪费。选用性能好的煤质，开展煤质性能研究，有利于充分利用基础能源，有利于开展节能工作。

火力发电厂的能源主要耗费在磨制煤炭工艺上，许多老旧电厂的磨制效率低，造成能耗过高。已有研究发现，优化机行性能，可以提高制粉效率。制粉常用的是高效离心风机，风机流量控制决定能耗的多少，通常风机能耗较大。风机节能是电厂动力设备节能的重要环节。凝结水泵是电厂中能耗较大的设备，该设备运行功率高，但是效率偏低，所以提高凝结水泵的使用效率是电厂动力设备节能的关键一环。此外，电动机需要消耗大量能源，在改变负荷工作时，需要调节电动机转速，电动机变负荷工作主要通过变频调速装置来实现。所以，本文对上述三种高耗能设备进行节能分析。

2 发电厂高效离心风机节能分析

目前，我国大多使用离心式风机，需要以80%的负荷工作，当需要调峰时，一台高效离心风机并不能满足工作要求。因此，人们需要在风机入口处调节流量，但是往往不能达到良好的效果[1-2]。根据压力和流量，人们应尽量选择与电厂适应的风机型号。在风机给锅炉提供空气时，燃烧会造成高温气体向引风机流动进而排入烟道。不同情况往往需要不同风量来提供稳定的风压。因此，在降低风机能耗时，最有效的方法就是调整风量。近年来，新型循环风机和排粉风机等高效风机取得了不错的应用效果[3]。

离心风机通过变频器进行控制，在没有变频器参与时，风机检查口呈关闭状，变频器会通过远程控制实现信号传输。信号传递后，系统进入自动检查阶段，2 s后，变频系统会将启动指令发送到处理端，完成风机启动，通过该启动方式，风机的打开度高达96%，风机效率大大提高。

3 凝结水泵节能技术分析

凝结水泵是低压力水泵的一种，通常,电厂使用两台凝结水泵，一用一备。凝结水泵在工作时通常会出现以下问题。首先，凝结水泵恒速工作，其主要利用电动门来调节流量，造成出口处水压过高，使水出现大量损失，甚至损坏水泵。其次，电动门为机械结构，在调节水泵时，有可能出现调节延缓的情况，无水会影响凝结泵的正常运行。凝结泵流量调节会影响热井水位变化，水位变化会对水泵造成损害[2-4]。综上，凝结泵的不当使用不仅会造成大量能源浪费，还有可能损坏水泵，所以应该对凝结水泵进行节能技术分析。

凝结水泵中，凝结器会通过凝结作用将水抽出，再通过加压设备送回加热系统。目前，凝结水泵节能改造主要应用变频技术。研究发现，变频技术可以显著提升凝结水泵运行效率。改造前，低负荷运行时，一台凝结设备工作，当高负荷运行时，备用凝结水泵启动。在两种负荷运行状态下，电厂可以通过加减水量的方法来控制水位，凝结水泵改造可以大大节约电量和水量。

4 电厂高压变频技术节能应用

4.1 变频技术工作原理

近年来，变频器在电厂中的应用越来越广泛，高压变频器分为电压型和电流型。变频技术通过控制电源频率来控制电机转速，它是目前改变电动机速度的最好办法。高压变频技术能够降低电动机工作电流，提高设备工作的稳定性。变频系统具有许多优点，目前电厂大多采用这种方式。如果凝结水泵和风机运用变频技术，就可以大大提高工作效率，节约大量能源。

4.2 变频调速优点

变频调速具有突出的优点。一是能够节约能源。传统调速方法通过调节风门开度来控制速度变化，存在许多缺点。例如，当流量较小时，风机和泵机仍然按照额定功率运行，消耗不必要的能源。变频系统的电机能够节约这部分的能量损失，提高工作效率。二是可以延长设备使用寿命。变频系统能够减少电网冲击，提高电动机寿命。变频器可以补偿电动机的无功功率，功率因数明显提高。三是能够保护电机。在发电功率单元出现意外时，变频系统能够使其旁路电路继续正常工作。此时，变频器能够在带电情况下进行功率单元变换，保证变频系统的可靠作用，然后平稳地调控电动机转速等参数。电动机会在变频器的调控下保障机组稳定安全工作。变频系统调控发电机具有其他方式无法比拟的优势，所以其被视为最有前景的调控方式并被广泛应用在各行业中。

4.3 变频器节能原理

在高压变频器调控发电机转速时，人们通常调控气动阀门来控制水流量的大小。在调节过程中，气动阀门有大量的能量损失，但是变频系统会分配设备的风量和水量，使转速达到要求。变频器通过设备的实时负荷来调整电机功率，然后调控电机转速，所以，当电动机处于低负荷状态时，变频器将会调控转速，降低设备能耗，提高动力设备工作效率和电厂经济效益。

4.4 高压变频器的节能方法

目前，调控电机转速的方法主要有串极调速、变频调速、阀门调节、外部耦合器调节和变极调节等。其中，串极调速利用转子电路的不同电动势来控制电动机速度。该方法拥有极高的调速性能，但是调速过程非常复杂，一般只适用于绕线式电机。外部偶和调节是另一种不常用的调节方式，此方法操作复杂，调节速率变化小。变频调速是大力发展的一种调速方式，该方法具有很高的传递速率，能够提升电机寿命和设备的稳定安全性[5]。在调节过程中，阀门调节方法消耗了过多的不必要能量，所以不被广泛应用，在调节速度时，摩擦力和阻力导致能量的大量损失。

此外，转子串电阻调速操作比较简单，成本较低，但是其调速幅度较小，能量消耗较多，不适宜广泛应用[6]。一些直接启动的电机采用软启动同样能够起到节能的作用。可是，软起动会产生极大的感应电流，电流会对电机和供电网产生冲击，在长时间冲击作用下，电机线路容易老化，严重影响电动机的安全性和使用时间[7]。在进行变频改造后，变频器能够提升电机中的电流，直至达到正常电流的大小，大大减少了启动给电机带来的冲击，延长电机的使用寿命。