電廠泵與風(fēng)機(jī)的節(jié)能研究

1、電廠泵與風(fēng)機(jī)的節(jié)能研究      一、前言能源工業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，對(duì)于社會(huì)、經(jīng)濟(jì)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(jì)環(huán)境下，中國能源工業(yè)面臨經(jīng)濟(jì)增長與環(huán)境保護(hù)的雙重壓力。而且，受資金、技術(shù)、能源價(jià)格等因素的影響，中國能源利用效率比發(fā)達(dá)國家低很多，只及發(fā)達(dá)國家的50%左右，90%以上的能源在開采、加工轉(zhuǎn)換、儲(chǔ)運(yùn)和終端利用過程中損失和浪費(fèi)。由此可見，對(duì)能源的有效利用在我國已經(jīng)非常迫切?；痣姀S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(fēng)機(jī)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”

2、的現(xiàn)象，同時(shí)由于這些設(shè)備長期連續(xù)運(yùn)行和常常處于低負(fù)荷及變負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，運(yùn)行工況點(diǎn)偏離高效點(diǎn)，運(yùn)行效率降低，大量的能源在終端利用中被白白地浪費(fèi)掉。因此，對(duì)電廠泵與風(fēng)機(jī)進(jìn)行節(jié)能研究有著突出重要的意義。二、我國發(fā)電廠泵與風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀況及節(jié)能潛力分析火力發(fā)電廠中運(yùn)行的泵與風(fēng)機(jī)種類繁多，數(shù)量多，總裝機(jī)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(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，尤其是大功率的泵與風(fēng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)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(dòng)給水泵，液力耦合器及雙速電機(jī)外，其它水泵和風(fēng)機(jī)基本上都采用定速驅(qū)動(dòng)。這種定速驅(qū)動(dòng)的泵，由于采用出口

3、閥，風(fēng)機(jī)則采用入口風(fēng)門調(diào)節(jié)流量，都存在嚴(yán)重的節(jié)流損耗。尤其在機(jī)組變負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，由于水泵和風(fēng)機(jī)的運(yùn)行偏離高效點(diǎn)，使運(yùn)行效率降低。有資料顯示：我國50MW以上機(jī)組鍋爐風(fēng)機(jī)運(yùn)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的泵、風(fēng)機(jī)類機(jī)械在運(yùn)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(fèi)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(jī)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(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)，其性能實(shí)

4、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(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行情況偏離最優(yōu)運(yùn)行區(qū)，運(yùn)行效率低，能耗高。設(shè)計(jì)選型時(shí)加保險(xiǎn)系數(shù)，裕量過大，也會(huì)造成運(yùn)行工況偏離最優(yōu)區(qū)。三、火電廠泵與風(fēng)機(jī)節(jié)能改造的方法針對(duì)我國泵與風(fēng)機(jī)使用及運(yùn)行實(shí)際情況，下面從提高泵與風(fēng)機(jī)本身效率及與管網(wǎng)匹配程度兩方面對(duì)泵與風(fēng)機(jī)節(jié)能進(jìn)行研究。1減小泵與風(fēng)機(jī)內(nèi)部損失，提高泵與風(fēng)機(jī)效率。泵與風(fēng)機(jī)在把原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成流體的機(jī)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(jī)械損失、容積損失和流動(dòng)損失三部分。由于泵與風(fēng)機(jī)內(nèi)部流體運(yùn)動(dòng)的復(fù)

5、雜性，上述各種損失至今仍不能用理論方法計(jì)算出精確的結(jié)果，主要依靠試驗(yàn)方法測定，再由此總結(jié)出半經(jīng)驗(yàn)半理論的計(jì)算公式。要提高泵與風(fēng)機(jī)本身的效率，就要減少上述各種損失。（1）泵與風(fēng)機(jī)的機(jī)械效率主要取決于泵與風(fēng)機(jī)葉輪的幾何形狀，亦即決定于比轉(zhuǎn)速值，所以應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1）在選擇或設(shè)計(jì)揚(yáng)程(全壓)高的泵(風(fēng)機(jī))時(shí)，應(yīng)該選擇或設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速較高而葉輪直徑D2較小的這類泵(風(fēng)機(jī))，避免選用或設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速低而D2大的這類泵(風(fēng)機(jī))。2）在選擇或設(shè)計(jì)高揚(yáng)程(全壓)的低比轉(zhuǎn)速泵(風(fēng)機(jī))時(shí)，可采用多級(jí)的泵(風(fēng)機(jī))，或適當(dāng)增大葉輪葉片的出口安裝角 ，盡量避免采用大的D2來達(dá)到高揚(yáng)程(全壓)的目的。3）降低葉輪蓋板外表面和泵殼內(nèi)

6、表面的粗糙度，可以減小Pm3，從而使泵與風(fēng)機(jī)的效率提高。減小泵與風(fēng)機(jī)的容積損失、提高容積效率主要從兩方面著手：一是減小動(dòng)、靜間隙形成的泄漏流動(dòng)的過流截面；二是設(shè)法增加泄漏流道的流動(dòng)阻力。（2）為減少泵與風(fēng)機(jī)內(nèi)部的流動(dòng)損失，提高流動(dòng)效率，在設(shè)計(jì)或改造泵與風(fēng)機(jī)時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：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(jìn)、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(kuò)大。5）流道表面應(yīng)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(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)；對(duì)選型不當(dāng)?shù)谋门c風(fēng)機(jī)

7、進(jìn)行技術(shù)改造。一臺(tái)泵與風(fēng)機(jī)是否節(jié)電取決于很多因素，除自身的效率外，還與管網(wǎng)設(shè)計(jì)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(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)的流量和揚(yáng)程(風(fēng)壓)應(yīng)與管網(wǎng)所需流量和揚(yáng)程(風(fēng)壓)相符，也就是說泵(風(fēng)機(jī))所產(chǎn)生的揚(yáng)程(全風(fēng)壓)應(yīng)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(fēng)機(jī)的流量通常是用調(diào)節(jié)門(風(fēng)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(fēng)機(jī)使用效率越低。風(fēng)機(jī)的高效率固然重要，但是如何提高泵與風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率更重要。而實(shí)現(xiàn)泵與風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)的額定參數(shù)大于實(shí)際運(yùn)行參數(shù)而造成運(yùn)行效率和可靠性降低，可以

8、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(duì)泵與風(fēng)機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造。我國現(xiàn)在使用的泵與風(fēng)機(jī)有許多模型效率指標(biāo)均不高，對(duì)這部分泵與風(fēng)機(jī)，可以用高效泵與風(fēng)機(jī)替換它，也可以設(shè)計(jì)模型效率高的葉輪更換原葉輪，達(dá)到節(jié)能的目的。在我國已有科研部門和高校對(duì)這方面進(jìn)行研究，并在實(shí)踐中取得很好的效果。已成功進(jìn)行技改的主要泵型有：沅江48P-35IIA、沅江48P-30、沅江48P-281C、沅江481-26II、48P-25、沅江481-22、沅江48P-201、沅江481-201C、湘江56-23A、48sh-22、32sh-19、32SA-19、24sh-19A、20SA-22、14ssh13、12SH

9、-6、黃河1200S24A、800S24、800S16I、500S35、300S58A、200S63A、KS2700-130等。3電機(jī)換級(jí)和泵與風(fēng)機(jī)降速。若泵與風(fēng)機(jī)揚(yáng)程或全壓富裕量達(dá)50%60%，則可將轉(zhuǎn)速降低一檔，以利節(jié)電。4泵與風(fēng)機(jī)調(diào)速節(jié)能。由于目前電網(wǎng)還缺少專門帶尖峰負(fù)荷的機(jī)組(例如壩庫式水電機(jī)組，抽水蓄能機(jī)組，燃?xì)廨啓C(jī)組等)，所以一般電網(wǎng)的尖峰負(fù)荷和低谷負(fù)荷都要求火電機(jī)組來承擔(dān)，火電機(jī)組不得不作調(diào)峰變負(fù)荷運(yùn)行。在機(jī)組變負(fù)荷運(yùn)行方式下，如果主要輔機(jī)采用高效可調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)取代常規(guī)的定速驅(qū)動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)都具有軟起動(dòng)功能，

10、可使電廠輔機(jī)實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)，避免了由于電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)引起的電網(wǎng)沖擊損失和機(jī)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(fēng)機(jī)的風(fēng)量與風(fēng)壓的富裕度以及機(jī)組的調(diào)峰運(yùn)行導(dǎo)致風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工況點(diǎn)與設(shè)計(jì)高效點(diǎn)相偏離，從而使風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率大幅度下降。一般情況下，采用風(fēng)門調(diào)節(jié)的風(fēng)機(jī)，在兩者偏離10時(shí)，效率下降8左右；偏離20時(shí)，效率下降20左右；而偏離30時(shí)，效率則下降30以上。對(duì)于采用風(fēng)門擋板調(diào)節(jié)風(fēng)量的風(fēng)機(jī)，這是一個(gè)固有的不可避免的問題。可見，鍋爐送、引風(fēng)機(jī)的用電量中，很大一部分是因風(fēng)機(jī)的型號(hào)與管網(wǎng)系統(tǒng)的參數(shù)不匹配及調(diào)節(jié)方式不當(dāng)而被調(diào)節(jié)門消耗掉的。因此，改進(jìn)離心風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)方式是提高風(fēng)機(jī)效率，

11、降低風(fēng)機(jī)耗電量的最有效途徑。 輔機(jī)采用調(diào)速驅(qū)動(dòng)后，機(jī)組的可控性提高了，響應(yīng)速度加快，控制精度也提高了。從而使整個(gè)機(jī)組的控制性能大大改善，不但改善了機(jī)組的運(yùn)行狀況，還可以大大節(jié)約燃料，進(jìn)一步節(jié)約能源。同時(shí)，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(dòng)性能。工藝條件的改善也能夠產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。泵與風(fēng)機(jī)一樣，除由于設(shè)計(jì)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(fèi)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(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)調(diào)度外，采用調(diào)速驅(qū)動(dòng)是一種更加有

12、效的途徑。因?yàn)榇蠖鄶?shù)水泵都需要根據(jù)主機(jī)負(fù)荷的變化調(diào)節(jié)流量，對(duì)調(diào)峰機(jī)組的水泵尤其如此。根據(jù)目前我國電網(wǎng)的負(fù)荷情況，大多數(shù)125MW機(jī)組已參與調(diào)峰，為擴(kuò)大調(diào)峰能力甚至一些200MW機(jī)組也不得不參與調(diào)峰運(yùn)行。所以為這類調(diào)峰機(jī)組配套的各種水泵最好采用調(diào)速驅(qū)動(dòng)，以獲得最佳節(jié)能效果。對(duì)鍋爐給水泵來說，節(jié)流損失的大小還與負(fù)荷和汽輪機(jī)的運(yùn)行方式有關(guān)。在同一種運(yùn)行方式下負(fù)荷越小節(jié)流損失越大；在負(fù)荷相同時(shí)采用滑壓運(yùn)行方式的節(jié)流損失比采用定壓運(yùn)行方式還大。因此，對(duì)調(diào)峰和滑壓運(yùn)行機(jī)組，采用調(diào)速給水泵的節(jié)電效果尤為顯著。以上對(duì)泵與風(fēng)機(jī)節(jié)能改造的不同方法進(jìn)行分析，其實(shí)遠(yuǎn)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

13、途徑去實(shí)現(xiàn)(如采用液力偶合器、變頻器、汽動(dòng)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(shí)際應(yīng)用中應(yīng)視具體情況具體分析，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)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。四、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(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使得三維紊流的數(shù)值模擬實(shí)用化，計(jì)算機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)更為有效，性能預(yù)估更準(zhǔn)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(fēng)機(jī)模型試驗(yàn)技術(shù)不斷提高，為新型泵與風(fēng)機(jī)的研制提供了強(qiáng)有力的手段。性能測試精度接近水輪機(jī)模型試驗(yàn)水平，對(duì)效率測試的總誤差可達(dá)0.3%。泵與風(fēng)機(jī)內(nèi)部流場的觀測手段更

14、加先進(jìn)。泵與風(fēng)機(jī)空化性能不斷改善，大型水泵的運(yùn)行安全性能 普遍受到重視。在強(qiáng)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(dòng)等）及檢修工作量（設(shè)備壽命，尤其是葉輪的壽命）等指標(biāo)正在成為設(shè)備選擇的重要指標(biāo)。    3對(duì)泵與風(fēng)機(jī)性能要求更高，大型（1000KW以上）和年運(yùn)行時(shí)間較長的中型泵與風(fēng)機(jī)一般采用針對(duì)性設(shè)計(jì)和制造的方法，要求“量體裁衣”（即按現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行揚(yáng)程或風(fēng)壓和用戶所需流量進(jìn)行專門設(shè)計(jì)），較少套用定型產(chǎn)品，使得泵與現(xiàn)機(jī)性能與實(shí)際使用情況更好地吻合，從而取得最優(yōu)的運(yùn)行效果。    4采用新的加工工藝，質(zhì)量要求更高。型線的準(zhǔn)確性及表面加工質(zhì)量大大提高，產(chǎn)品的銷售由價(jià)格主導(dǎo)轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)量和性能主導(dǎo)。五、結(jié)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(yīng)充