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技術(shù)
中國節(jié)能網(wǎng)

淺析電廠泵與風機的節(jié)能

   2014-09-15 中國節(jié)能網(wǎng)4010
核心提示: 經(jīng)過對本課程的學習我從中了解到了泵與風機在國民生產(chǎn)中的重要性。因此我圍繞節(jié)能這一命題在電廠泵與風機的方面進行論述。隨著國家節(jié)能減排政策的推行企業(yè)紛紛響應號召制定
經(jīng)過對本課程的學習我從中了解到了泵與風機在國民生產(chǎn)中的重要性。因此我圍繞節(jié)能這一命題在電廠泵與風機的方面進行論述。隨著國家節(jié)能減排政策的推行企業(yè)紛紛響應號召制定了一系列以節(jié)水、節(jié)能、資源綜合利用和環(huán)境保護為重點的技術(shù)改造措施。此類項目的可行性研究報告工作重點是要論證節(jié)能減排的技術(shù)上和經(jīng)濟上的可行性 而經(jīng)濟上論證項目的可行性又成為項目可行的一個關(guān)鍵。

能源工業(yè)作為國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)對于社會、經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高都極為重要。在高速增長的經(jīng)濟環(huán)境下中國能源工業(yè)面臨經(jīng)濟增長與環(huán)境保護的雙重壓力。而且受資金、技術(shù)、能源價格等因素的影響中國能源利用效率比發(fā)達國家低很多只及發(fā)達國家的50%左右90%以上的能源在開采、加工轉(zhuǎn)換、儲運和終端利用過程中損失和浪費。由此可見對能源的有效利用在我國已經(jīng)非常迫切。

火電廠是最主要的能源消耗大戶在我國的二次能源結(jié)構(gòu)中約占74%。而在火力發(fā)電廠中泵與風機是最主要的耗電設(shè)備加上這些設(shè)備存在著“大馬拉小車”的現(xiàn)象同時由于這些設(shè)備長期連續(xù)運行和常常處于低負荷及變負荷運行狀態(tài)運行工況點偏離高效點運行效率降低大量的能源在終端利用中被白白地浪費掉。因此對電廠泵與風機進行節(jié)能研究有著突出重要的意義。

一、我國發(fā)電廠泵與風機運行狀況及節(jié)能潛力分析   火力發(fā)電廠中運行的泵與風機種類繁多數(shù)量多??傃b機容量大耗電量大約占全國火電發(fā)電量的6%。發(fā)電廠輔機的經(jīng)濟運行尤其是大功率的泵與風機的經(jīng)濟運行直接關(guān)系到廠用電率的高低而廠用電率的高低是影響供電煤耗和發(fā)電成本的主要因素之一。

目前我國火電廠中除少量采用汽動給水泵液力耦合器及雙速電機外其它水泵和風機基本上都采用定速驅(qū)動。這種定速驅(qū)動的泵由于采用出口閥風機則采用入口風門調(diào)節(jié)流量都存在嚴重的節(jié)流損耗。尤其在機組變負荷運行時由于水泵和風機的運行偏離高效點使運行效率降低。有資料顯示我國50MW以上機組鍋爐風機運行效率低于70的占一半以上低于50的占1/5左右。由于目前我國約2/3的風機類機械在運行中需要調(diào)節(jié)流量用閥門式擋板調(diào)節(jié)能源損失和浪費很大已經(jīng)到了非改不可的地步了。

造成這種現(xiàn)象的原因是多方面的主要是科研開發(fā)投入不足科研與生產(chǎn)缺乏有機的結(jié)合生產(chǎn)工藝落后型線誤差大過流表面粗糙。目前我國大多采用木模整體鑄造。由于中、高比轉(zhuǎn)速離心式泵與風機葉片扭曲造型起模困難造型誤差較大。目前我國使用的許多大型泵與風機其性能實測值與樣本給定值誤差較大這也是主要原因之一。
 
我國許多大中型泵與風機套用定型產(chǎn)品由于型譜是分檔而設(shè)間隔較大一般只能套用相近型產(chǎn)品造成泵與風機的實際運行情況偏離最優(yōu)運行區(qū)運行效率低能耗高。設(shè)計選型時加保險系數(shù)裕量過大也會造成運行工況偏離最優(yōu)區(qū)。

二、火電廠泵與風機節(jié)能改造的方法   針對我國泵與風機使用及運行實際情況下面從提高泵與風機本身效率及與管網(wǎng)匹配程度兩方面對泵與風機節(jié)能進行研究。

1.減小泵與風機內(nèi)部損失提高泵與風機效率。泵與風機在把原動機的機械能轉(zhuǎn)換成流體的機械能的過程中要產(chǎn)生各種能量損失這些損失按其性質(zhì)可分為機械損失、容積損失和流動損失三部分。由于泵與風機內(nèi)部流體運動的復雜性上述各種損失至今仍不能用理論方法計算出精確的結(jié)果主要依靠試驗方法測定再由此總結(jié)出半經(jīng)驗半理論的計算公式。要提高泵與風機本身的效率就要減少上述各種損失。

  (1)泵與風機的機械效率主要取決于泵與風機葉輪的幾何形狀亦即決定于比轉(zhuǎn)速值所以應注意以下幾點

1)在選擇或設(shè)計揚程(全壓)高的泵(風機)時應該選擇或設(shè)計轉(zhuǎn)速較高而葉輪直徑D2較小的這類泵(風機)避免選用或設(shè)計轉(zhuǎn)速低而D2大的這類泵(風機)。

2)在選擇或設(shè)計高揚程(全壓)的低比轉(zhuǎn)速泵(風機)時可采用多級的泵(風機)或適當增大葉輪葉片的出口安裝角盡量避免采用大的D2來達到高揚程(全壓)的目的。

   3)降低葉輪蓋板外表面和泵殼內(nèi)表面的粗糙度可以減小△Pm3從而使泵與風機的效率提高。

   減小泵與風機的容積損失、提高容積效率主要從兩方面著手一是減小動、靜間隙形成的泄漏流動的過流截面二是設(shè)法增加泄漏流道的流動阻力。

   (2)為減少泵與風機內(nèi)部的流動損失提高流動效率在設(shè)計或改造泵與風機時應注意以下幾點:

1)合理確定過流部件各部位的流速值。

2)在流道內(nèi)要盡量避免或減少出現(xiàn)脫流。

3)要合理選擇各過流部件的進、出口角度以減少流體的沖擊損失。

4)過流通道變化要盡可能地平緩在流道內(nèi)要避免有尖角、突然轉(zhuǎn)彎和擴

大。

5)流道表面應盡量做到光滑和光潔避免有粘砂、飛邊、毛刺等鑄造缺陷。

2.正確選定泵與風機的設(shè)計參數(shù)對選型不當?shù)谋门c風機進行技術(shù)改造。一臺泵與風機是否節(jié)電決于很多因素除自身的效率外還與管網(wǎng)設(shè)計是否合理、阻力大小及與管網(wǎng)是否匹配良好等因素有關(guān)。所謂匹配指的是泵與風機設(shè)計的流量和揚程(風壓)應與管網(wǎng)所需流量和揚程(風壓)相符也就是說泵(風機)

所產(chǎn)生的揚程(全風壓)應能克服管網(wǎng)阻力的前提下滿足管網(wǎng)流量的需要。離心式泵與風機的流量通常是用調(diào)節(jié)門(風門或閥門)來調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)門關(guān)得越小節(jié)流損失越大泵與風機使用效率越低。風機的高效率固然重要但是如何提高泵與風機的運行效率更重要。而實現(xiàn)泵與風機和管網(wǎng)合理地匹配是節(jié)能降耗最有效的途徑。
 
為了減輕或防止因泵與風機的額定參數(shù)大于實際運行參數(shù)而造成運行效率和可靠性降低可以根據(jù)不同情況分別采用切割葉片及更換高效葉輪兩種方法對泵與風機進行技術(shù)改造。我國現(xiàn)在使用的泵與風機有許多模型效率指標均不高對這部分泵與風機可以用高效泵與風機替換它也可以設(shè)計模型效率高的葉輪更換原葉輪達到節(jié)能的目的。在我國已有科研部門和高校對這方面進行研究并在實踐中取得很好的效果。
 
3.電機換級和泵與風機降速。若泵與風機揚程或全壓富裕量達50%60%則可將轉(zhuǎn)速降低一檔以利節(jié)電。

4.泵與風機調(diào)速節(jié)能。由于目前電網(wǎng)還缺少專門帶尖峰負荷的機組(例如庫式水電機組抽水蓄能機組燃氣輪機組等)所以一般電網(wǎng)的尖峰負荷和低谷負荷都要求火電機組來承擔火電機組不得不作調(diào)峰變負荷運行。在機組變負荷運行方式下如果主要輔機采用高效可調(diào)速驅(qū)動系統(tǒng)取代常規(guī)的定速驅(qū)動系統(tǒng)無疑可節(jié)約大量的節(jié)流損失節(jié)電效果顯著潛力巨大。除此之外由于可調(diào)速驅(qū)動系統(tǒng)都具有軟起動功能可使電廠輔機實現(xiàn)軟起動避免了由于電動機直接起動引起的電網(wǎng)沖擊損失和機械沖擊從而可以防止與此有關(guān)的一系列事故的發(fā)生。
 
電站鍋爐風機的風量與風壓的富裕度以及機組的調(diào)峰運行導致風機的運行工況點與設(shè)計高效點相偏離從而使風機的運行效率大幅度下降。一般情況下采用風門調(diào)節(jié)的風機在兩者偏離10%時效率下降8%左右偏離20%時效率下降20%左右而偏離30%時效率則下降30%以上。對于采用風門擋板調(diào)節(jié)風量的風機這是一個固有的不可避免的問題??梢婂仩t送、引風機的用電量中很大一部分是因風機的型號與管網(wǎng)系統(tǒng)的參數(shù)不匹配及調(diào)節(jié)方式不當而被調(diào)節(jié)門消耗掉的。因此改進離心風機的調(diào)節(jié)方式是提高風機效率降低風機耗電量的最有效途徑。輔機采用調(diào)速驅(qū)動后機組的可控性提高了響應速度加快控制精度也提高了。從而使整個機組的控制性能大大改善不但改善了機組的運行狀況還可以大大節(jié)約燃料進一步節(jié)約能源。同時采用變速調(diào)節(jié)以后可以有效地減輕葉輪和軸承的磨損延長設(shè)備使用壽命降低噪聲大大改善起動性能。工藝條件的改善也能夠產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。

泵與風機一樣除由于設(shè)計中層層加碼留有過大的富裕量造成大馬拉小車的現(xiàn)象之外還由于為滿足生產(chǎn)工藝上的要求采用節(jié)流調(diào)節(jié)造成更大的能源浪費現(xiàn)象。為了降低水泵的能耗除了提高水泵本身的效率降低管路系統(tǒng)阻力合理配套并實現(xiàn)經(jīng)濟調(diào)度外采用調(diào)速驅(qū)動是一種更加有效的途徑。因為大多數(shù)水泵都需要根據(jù)主機負荷的變化調(diào)節(jié)流量對調(diào)峰機組的水泵尤其如此。根據(jù)目前我國電網(wǎng)的負荷情況大多數(shù)125MW機組已參與調(diào)峰為擴大調(diào)峰能力甚至一些200MW機組也不得不參與調(diào)峰運行。所以為這類調(diào)峰機組配套的各種水泵最好采用調(diào)速驅(qū)動以獲得最佳節(jié)能效果。

對鍋爐給水泵來說節(jié)流損失的大小還與負荷和汽輪機的運行方式有關(guān)。在同一種運行方式下負荷越小節(jié)流損失越大在負荷相同時采用滑壓運行方式的節(jié)流損失比采用定壓運行方式還大。因此對調(diào)峰和滑壓運行機組采用調(diào)速給水泵的節(jié)電效果尤為顯著。

以上對泵與風機節(jié)能改造的不同方法進行分析其實遠不止上述的幾種方法就調(diào)速節(jié)能而言就可以通過很多種途徑去實現(xiàn)(如采用液力偶合器、變頻器、汽動給水泵、交流調(diào)速等)采用不同的調(diào)速裝置有不同的效果。在實際應用中應視具體情況具體分析通過技術(shù)經(jīng)濟分析選用最優(yōu)的改造方法這樣才能收到節(jié)能降耗的效果。

三、國內(nèi)外發(fā)展趨勢
目前,國內(nèi)外發(fā)展趨勢主要往以下幾方面發(fā)展

1.計算機技術(shù)的發(fā)展使得三維紊流的數(shù)值模擬實用化計算機優(yōu)化設(shè)計更為有效性能預估更準確產(chǎn)品的更新?lián)Q代加快新的水力模型不斷取代舊模型。
 
2.泵與風機模型試驗技術(shù)不斷提高為新型泵與風機的研制提供了強有力的手段。性能測試精度接近水輪機模型試驗水平對效率測試的總誤差可達0.3%。泵與風機內(nèi)部流場的觀測手段更加先進。泵與風機空化性能不斷改善大型水泵的運行安全性能 普遍受到重視。在強調(diào)以人為本的今天現(xiàn)場工作環(huán)境設(shè)備的噪聲和振動等及檢修工作量設(shè)備壽命尤其是葉輪的壽命等指標正在成為設(shè)備選擇的重要指標。
 
3.對泵與風機性能要求更高大型1000KW以上和年運行時間較長的中型泵與風機一般采用針對性設(shè)計和制造的方法要求“量體裁衣”即按現(xiàn)場實際運行揚程或風壓和用戶所需流量進行專門設(shè)計較少套用定型產(chǎn)品使得泵與現(xiàn)機性能與實際使用情況更好地吻合從而取得最優(yōu)的運行效果。

4.采用新的加工工藝質(zhì)量要求更高。型線的準確性及表面加工質(zhì)量大大提高產(chǎn)品的銷售由價格主導轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)量和性能主導。

結(jié)束語

現(xiàn)代科技迅猛發(fā)展國際間技術(shù)交流日益頻繁技術(shù)及產(chǎn)品更新?lián)Q代比較快制造廠及科研單位應充分利用我國加入WTO這一歷史機遇加強國際間的交流合作在充分利用、吸收、消化國外先進技術(shù)的同時加大國科研力量的投入開發(fā)國產(chǎn)化的高質(zhì)量的節(jié)能型泵與風機類產(chǎn)品。
 
 
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