永磁调速技术在电厂锅炉吸风机中的应用

高庆坤，印胜伟

中国石化仪征化纤股份有限公司热电中心，江苏 仪征 211900

表1 3种调速方式特性比较

表2 永磁调速改造前后对比

表3 永磁调速器技术规范

表4 2#炉和5#炉吸风机运行状况对比

一、概况

中国石化某自备电厂有6台自然循环、四角切圆燃烧、冂型露天布置的固态排渣高温高压煤粉炉，其中1#～5#炉为HG220/100-10型，6#炉为HG220/100-YM型。单台锅炉额定负荷220t/h，额定压力9.8MPa，额定温度540℃。每炉配1台静电除尘器，6炉共设2座烟囱，每3炉合用1座180m烟囱向空排放。已建有石灰石-石膏湿法烟气脱硫装置，其中1#炉为1炉1塔，2#～3#炉为2炉1塔，4#～6#炉为3炉1塔。

按照国家环保部在2011年7月29日发布的《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）的规定，自2014年7月1日起，现有火力发电锅炉大气污染物NOx排放浓度限值执行200mg/m3，重点地区执行100mg/m3的大气污染物特别排放限值。由于该厂地处长江中下游三角洲地区，已被划定为重点地区，为确保2014年7月1日起锅炉达标排放，目前该厂正在采用选择性催化剂还原（SCR）技术进行烟气脱硝改造。

二、吸风机调速技术选择

1.常见风机调速技术比较

当前风机调速技术主要包括液力耦合调速、变频调速和永磁调速技术3种，其特性对比如表1所示。

从表1可以看出永磁调速技术具有高可靠性、故障少、结构简单、易于安装、调节精度高和使用寿命长等优势。

2.永磁调速技术的业绩

图1 永磁调速器结构

该厂2011年7月利用小修机会对4#炉甲侧排粉机进行过永磁调速改造，改造后，永磁导体温度为71～78℃（满足＜120℃的要求）、永磁轴承温度为45～50℃（满足＜80℃的要求），性能效果如表2所示。

2012年5月底，永磁生产厂商又对该排粉机永磁铜导体进行了优化更换，更换后该排粉机电耗降至96.41kW·h，平均每小时节电22.09kW·h，节电率达18.64%。截至2013年底该永磁调速器无故障运行近两年半，便利了运行人员的操控，减轻了系统振动，降低了排粉机转速，减少了叶轮磨损，同时还极大的节约了电耗。该厂在进行5#炉吸风机改造时，优化选择了永磁调速技术作为吸风机调速方式。

三、吸风机永磁调速改造

1.永磁调速技术的工作原理

图2 单机冷却水结构

永磁调速器（图1）由导体转子、永磁转子和调节器3部分组成。永磁转子在导体转子内，其间由空气隙分开，并随各自安装的旋转轴独立转动；调节器调节永磁转子与导体转子在轴线水平方向的相对位置，以改变导体转子与永磁转子之间相互作用的面积，实现改变导体转子与永磁转子之间传递转矩的大小。导体转子安装在输入轴上，永磁转子安装在输出轴上，当导体转子转动时，导体转子与永磁转子产生相对运动，永磁场在导体转子上产生涡流，同时涡流又产生感应磁场与永磁场相互作用，从而带动永磁转子沿与导体转子相同的方向转动，结果是将输入轴的转矩传递到输出轴上；输出转矩的大小与相互作用的面积相关，作用面积越大，扭矩越大，反之亦然。永磁转子在调节器作用下，沿轴向往返移动时，永磁转子与导体转子之间的相互作用面积发生变化。作用面积大，传递的扭矩大，转速高；作用面积小，传递的扭矩小，转速低；永磁转子与导体转子完全脱开，作用面积为零，永磁转子转速为零，即负载转速为零。

2.改造情况

2013年8月该厂开始对2#炉进行脱硝除尘改造，在对2#炉2台吸风机改造时只加大了功率及风压，而调速方式仍沿用挡板调速方式。改造后吸风机耗电率从2.97kW·h/t上升到了5.68kW·h/t，极大地增加了吸风机电耗。因此，在其后进行的5#炉2台吸风机改造时，采用了永磁调速技术，改造后吸风机型号及配套电机与2#炉一致，新增了永磁调速器，其技术规范如表3所示。

3.永磁调速器冷却水系统

为及时将永磁调速器涡流产生的热量散发，该厂吸风机永磁调速器采用的是水冷式永磁调速器（图2），冷却水源取自永磁调速器冷却水母管，调速器冷却水母管的水源共分为两路，一路取自于脱硫回水母管，另一路取自吸风机侧工业水管，两路水源连接管道上均装有止回阀，以防止不同水源系统串接。

由于回水杂质较多，在回水进入永磁冷却水母管系统前需要进行过滤，因此，加装了手动反冲洗滤水器。

在滤水器前后分别设置了一个隔绝门，同时滤水器设置有旁路，正常运行时旁路门全关，滤水器前后隔绝门全开；吸风机正常运行过程中连接工业水管道的电磁阀关闭；DCS画面中设置有电磁阀联锁保护，正常运行时需投入此保护，当永磁调速冷却水母管压力低于0.02MPa时，电磁阀打开，此时运行人员需对永磁调速冷却水系统进行检查，查出导致冷却水母管压力低的原因后及时消除缺陷，待缺陷消除、冷却水母管压力稳定后，手动关闭电磁阀，切换过程中无需将电磁阀联锁保护切除。

4.改造后效果

2013年12月底该厂完成了对5#炉的脱硝除尘改造及配套吸风机改造调试工作，改造后与2#炉吸风机运行状况进行了对比，具体情况如表4所示。

从运行状况可以看出，采用永磁调速技术的吸风机与挡板调速方式的吸风机相比，在200t/h负荷下，电流下降了9.75A，在210t/h负荷下，电流下降了7.65A，在220t/h负荷下，电流下降了8.9A。

四、效益

改造后2#炉吸风机耗电率5.68kW·h/t，5#炉吸风机耗电率为4.79kW·h/t，采用永磁调速技术的吸风机与未采用永磁调速技术的吸风机相比，可降低耗电率0.89kW·h/t，正常情况下5#炉每年运行约300d，供汽量为200t/h，全年可供汽200t/h×24h/d×300d=1 440 000t，可节省电量0.89kW·h/t×1 440 000t=1 281 600kW·h，电价按0.45元/kW·h计，全年可以节省电费约57.67万元。

五、结语

一般情况下，吸风机在实际运行中都存在着一定的负载裕量，其负载随锅炉负荷的变动而在裕量范围内自动调节。实践证明，应用永磁调速节能技术对吸风机实施改造，降低了吸风机用电量，减少了设备维护费用，改善了锅炉运行工况，并且能够简便、可靠、安全稳定的调速运行。因此，永磁调速技术在电厂辅机的自动调节与节能方面具有广泛的广应用前景。

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