焦作电厂送风机液体电阻调速改造及节能分析

杜林生

摘 要：本文简述了液体电阻调速特点、液体电阻调速改造方案，分析了改造过后的安全效益以及节能效益。

关键词：液体电阻；调速改造；节能分析

中图焦作电厂装机容量6×220MW。每台炉配两台送风机，单台送风机电机功率1600kW，只能在一种速度下运行、通过调节入口挡板来调节送风的大小。在设计的时候，为了能够保证送风机的正常、稳定投入运行，在选择送风机的容量时存在有较大的余量，当发电机组在220MW状态运行时，送风机的挡板的位置在60%开度左右的位置，当发电负荷比较小的情况下，送风机的挡板的位置的开度会更小，挡板的节流损失增大、风机的使用效率较低，其消耗的电能对厂用电影响较大，特别是近年来，焦作电厂作为电网的调峰电厂运行后，情况尤为突出。另外，改变发电机的负荷大小只有通过不断的启动和停运送风机机和不断的调节挡板的开度来完成，造成了送风机和其挡板的可靠性能下降，这样既增加了送风机维护的难度，又给发电机的安全稳定运行带来了不小的影响，为此，决定对送风机进行节能改造。

因为送风机的进风量与电机的转速成正比，而送风机的功耗与风机转速的3次方成正比，所以将送风机电机由只能在一种速度下运行改为可以调节速度的运行方式，是节约能源、减低送风机的损耗、从而降低发电厂的厂用电率的最有效的途径。

焦作电厂曾经对#6炉送风机进行了变频调速改造，变频调速虽然节能效果明显，但大功率变频装置故障率高，投运率低。从节能和可靠性两方面考虑，决定对#2炉送风机进行液体电阻调速改造。

一、送风机液体电阻调速器的原理和特点

液阻调速在电厂主要可以用在大中型绕线式高压交流异步电机拖动的送风机、给水泵的起动与速度调节，在运行中改变了电动机转子回路中所串连的电阻，来调节电动机的转速。

液阻调速的原理：

三相异步电机的转差率：

s=（n1–n）/n1

同步转速n1=60f/p

通过计算可以得到电动机的转速：

n=60f/p（1–s）

（其中n：电动机的实际转速；n1：电机同步转速；p：电机的极对数；f：所接电源频率。）

通过公式可以看出来，只要改变了电动机的转差率s就可以改变电机转速n。

由于转差率s与绕线式电机转子线圈中串入的电阻成正比，转子回路接入的电阻不一样，其对应的转差率也不一样，接入的电阻越大，电机实际转速就越低；接入的电阻越小，电机实际的转速就越高；接入的电阻为零的时候，电动机的速度就达到了全速，这就是液阻调速法的基本原理。转子电阻的改变是通过传动装置平滑地改变动极板与静极板之间的距离来改变在转子中串接电阻的大小使电机的速度发生改变。液体电阻因为通过转子电流而产生的热量，只需要加装能使液体进行循环的强制泵，流经换热器進行散热即可。

液阻调速的特点：

1 与其它改变电动机的调速方案相比较，液阻调速可靠性能更高，且运行维护的费用更低（其维护工作主要是四年更换一次电机电刷、两年补充一次导电液。电刷价格目前约为350元左右一套，电解质免费提供，导电液用水为软水，由电厂自备）。

2 和电动机的变频调速方案相比较，投入的资金更少。

3 除了可以使电动的调速更加的灵活外，在电动机启动时也可以改变电动机的启动性能，且启动的效果还非常不错。

4 因为转子回路串入的是纯电阻，所以不会像变频调速产生谐波，不会对电网造成一点污染。

5 送风机流量的调节基本上为线性，易于实现与DCS的联接，实现机炉协同系统投运。

6 布置液体电阻所需地方较小、安装起来也很方便。因为是用水来冷却，所以对布置环境没有什么特殊的要求，特别适合于发电厂的送风机、给水泵类的节能改造。

7 液阻调速器用于绕线式电机改造比较方便，鼠笼式电机使用还须要先将鼠笼式转子改造成绕线式转子才能够使用本方法。

8 由于串入电动机转子的电阻会发热，液体电阻调速的效率介于液力耦合器调速和变频调速之间。

二、实施方案

针对焦作电厂的实际状况，送风机节能改造方案需要两个步骤：

1 第一步将送风电机的鼠笼式转子先更换成绕线式的转子。

2 第二步将液阻调速器通过开关柜和集电环电刷接入到送风机的转子回路中，通过控制电缆引到电厂控制室，接入DCS中，进行远方的控制。

改造过后的送风机应该达到的指标为：

（1）送风机的速度调节可以连续，速度的调节范围为50%～100%。

（2）送风机可可以平滑起动，起动电流应该满足小于额定电流的1.3倍的要求。

（3）在送风机连续起动5～10次中，没有严格的启停间隔限制，利于消缺和试验。

（4）调速器对外联锁信号的设置符合电厂对控制部分的要求。

3 电机液阻调速器组成及工作原理

（1）电机液阻调速器组成：液体电阻箱、伺服电机、升降架、传动丝杆、散热器、液体泵。电阻箱内有电阻液、动机板、静极板。

（2）工作原理：电动机转子回路串入液阻调速器，通过计算机指令，当需要增加转速或降低转速时，伺服电机通过带动传动丝杆，丝杆带动升降架来调节动极板与静极板之间的距离，电阻值随之而改变，从而可以改变电动机的速度。液体电阻由于转子电流通过而发热而产生热量，造成液阻调速器中液体温度升高，液体泵带动液体流动，经过散热器形成循环，保证电阻器液体温度在允许范围内运行。

2012年3月，焦作电厂对#2炉两台送风机进行了液体电阻调速改造。

三、改造过后的安全效益分析

1 减小了送风机在起动时的大电流冲击

液阻调速器在送风机启动时能起到一定的作用，可以将送风机的起动电流限制在额定电流的1.3倍以下，同时还能够使多次的起动，这样就能够消除大的起动电流对送风机和它的传动系统和主机的冲击应力，日常的维护保养费用也可以降下来。

2 延长了送风机的使用寿命

再送风机上采用液体调速器后，送风机的的加减速特性曲线发生了变化，轴承上没有应力负载的作用，这样就延长了送风机的轴承寿命。另外，送风机叶片的磨损也有减少，送风机叶片等的寿命也延长了，从而整个送风机改造过后的寿命有了整体的增加。

3 送风机现场的噪音降低和振动减小

送风机的旋转噪声和涡流噪声，与叶轮圆周速度的6～10次方成正比，降低送风机的转速就能大幅度降低送风机在转动时产生的噪音。同时还减小了送风管道的振动，风压波动减小。

四、节能效益分析

1 根据DCS历史数据分析

（1）时间选取

为了避免人员抄表误差，采用较长时间段（5天）數据分析，液体电阻调速运行时间段、全速运行时间段均为两台送风机运行，平均负荷尽量相近。根据以上条件，#2炉送风机液体电阻调速运行时间选取2012年6月19日至23日，#2炉送风机全速运行时间选取2012年7月22日至26日。

（2）数据分析

#2炉送风机液体电阻调速运行期间，每班平均电量141.74万kW·h，平均负荷177.2MW，送风机平均耗电量1.2876万kW·h，送风电量占发电量比值0.90354%。

#2炉送风机全速运行期间，每班平均电量135.89万kW·h，平均负荷169.9MW，送风机耗电量1.2706万kW·h，送风电量占发电量比值0.93310%。

送风机采用液体电阻调速厂用电率降低0.0296%。

#2机组每天发电量按140万kW·h× 3=420万kW·h计算，送风机采用液体电阻调速每天节电1243千瓦时，扣除冷却电机耗电量5.5kW×24h=132kW·h，实际节电约1110kW·h。

2012年8月，进行了#2炉送风机液体电阻调速节能效果专项试验。由于条件限制，试验只在160MW负荷下进行。保持吸风机、排粉机的运行工况和参数稳定，保持一次总风压、二次总风压、炉膛出口氧量基本不变。测量送风机全速运行和调速运行时的耗电量。试验数据表明，送风机采用液体电阻调速，一天节电约电量7000kW·h，厂用电率下降0.2%。按每度电0.33元计算，一天节约资金2310元，按每年运行300天算，一年节电210万kW·h电量，一年节约资金69.3万元，一年收回改造成本。

五、运行方式建议

由于低负荷时停运一台送风机节电效果最好，而且液体电阻调速风机启动特性好，便于较频繁地启动和停运，建议对于液体电阻调速的风机低负荷时停运一台运行，这种运行方式既能保证机组出力又能很好的节能性。

参考文献

[1]林永峰，王云峰.电厂锅炉送风机液体电阻调速技术应用研究[J].中国科技博览，2014（03）：636-637.分类号：TK223 文献标识码：A