永磁調(diào)速技術(shù)在電廠鍋爐吸風(fēng)機中的應(yīng)用

高慶坤，印勝偉

中國石化儀征化纖股份有限公司熱電中心，江蘇 儀征 211900

表1 3種調(diào)速方式特性比較

表2 永磁調(diào)速改造前后對比

表3 永磁調(diào)速器技術(shù)規(guī)范

表4 2#爐和5#爐吸風(fēng)機運行狀況對比

一、概況

中國石化某自備電廠有6臺自然循環(huán)、四角切圓燃燒、冂型露天布置的固態(tài)排渣高溫高壓煤粉爐，其中1#～5#爐為HG220/100-10型，6#爐為HG220/100-YM型。單臺鍋爐額定負(fù)荷220t/h，額定壓力9.8MPa，額定溫度540℃。每爐配1臺靜電除塵器，6爐共設(shè)2座煙囪，每3爐合用1座180m煙囪向空排放。已建有石灰石-石膏濕法煙氣脫硫裝置，其中1#爐為1爐1塔，2#～3#爐為2爐1塔，4#～6#爐為3爐1塔。

按照國家環(huán)保部在2011年7月29日發(fā)布的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011）的規(guī)定，自2014年7月1日起，現(xiàn)有火力發(fā)電鍋爐大氣污染物NOx排放濃度限值執(zhí)行200mg/m3，重點地區(qū)執(zhí)行100mg/m3的大氣污染物特別排放限值。由于該廠地處長江中下游三角洲地區(qū)，已被劃定為重點地區(qū)，為確保2014年7月1日起鍋爐達(dá)標(biāo)排放，目前該廠正在采用選擇性催化劑還原（SCR）技術(shù)進(jìn)行煙氣脫硝改造。

二、吸風(fēng)機調(diào)速技術(shù)選擇

1.常見風(fēng)機調(diào)速技術(shù)比較

當(dāng)前風(fēng)機調(diào)速技術(shù)主要包括液力耦合調(diào)速、變頻調(diào)速和永磁調(diào)速技術(shù)3種，其特性對比如表1所示。

從表1可以看出永磁調(diào)速技術(shù)具有高可靠性、故障少、結(jié)構(gòu)簡單、易于安裝、調(diào)節(jié)精度高和使用壽命長等優(yōu)勢。

2.永磁調(diào)速技術(shù)的業(yè)績

圖1 永磁調(diào)速器結(jié)構(gòu)

該廠2011年7月利用小修機會對4#爐甲側(cè)排粉機進(jìn)行過永磁調(diào)速改造，改造后，永磁導(dǎo)體溫度為71～78℃（滿足＜120℃的要求）、永磁軸承溫度為45～50℃（滿足＜80℃的要求），性能效果如表2所示。

2012年5月底，永磁生產(chǎn)廠商又對該排粉機永磁銅導(dǎo)體進(jìn)行了優(yōu)化更換，更換后該排粉機電耗降至96.41kW·h，平均每小時節(jié)電22.09kW·h，節(jié)電率達(dá)18.64%。截至2013年底該永磁調(diào)速器無故障運行近兩年半，便利了運行人員的操控，減輕了系統(tǒng)振動，降低了排粉機轉(zhuǎn)速，減少了葉輪磨損，同時還極大的節(jié)約了電耗。該廠在進(jìn)行5#爐吸風(fēng)機改造時，優(yōu)化選擇了永磁調(diào)速技術(shù)作為吸風(fēng)機調(diào)速方式。

三、吸風(fēng)機永磁調(diào)速改造

1.永磁調(diào)速技術(shù)的工作原理

圖2 單機冷卻水結(jié)構(gòu)

永磁調(diào)速器（圖1）由導(dǎo)體轉(zhuǎn)子、永磁轉(zhuǎn)子和調(diào)節(jié)器3部分組成。永磁轉(zhuǎn)子在導(dǎo)體轉(zhuǎn)子內(nèi)，其間由空氣隙分開，并隨各自安裝的旋轉(zhuǎn)軸獨立轉(zhuǎn)動；調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)永磁轉(zhuǎn)子與導(dǎo)體轉(zhuǎn)子在軸線水平方向的相對位置，以改變導(dǎo)體轉(zhuǎn)子與永磁轉(zhuǎn)子之間相互作用的面積，實現(xiàn)改變導(dǎo)體轉(zhuǎn)子與永磁轉(zhuǎn)子之間傳遞轉(zhuǎn)矩的大小。導(dǎo)體轉(zhuǎn)子安裝在輸入軸上，永磁轉(zhuǎn)子安裝在輸出軸上，當(dāng)導(dǎo)體轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，導(dǎo)體轉(zhuǎn)子與永磁轉(zhuǎn)子產(chǎn)生相對運動，永磁場在導(dǎo)體轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生渦流，同時渦流又產(chǎn)生感應(yīng)磁場與永磁場相互作用，從而帶動永磁轉(zhuǎn)子沿與導(dǎo)體轉(zhuǎn)子相同的方向轉(zhuǎn)動，結(jié)果是將輸入軸的轉(zhuǎn)矩傳遞到輸出軸上；輸出轉(zhuǎn)矩的大小與相互作用的面積相關(guān)，作用面積越大，扭矩越大，反之亦然。永磁轉(zhuǎn)子在調(diào)節(jié)器作用下，沿軸向往返移動時，永磁轉(zhuǎn)子與導(dǎo)體轉(zhuǎn)子之間的相互作用面積發(fā)生變化。作用面積大，傳遞的扭矩大，轉(zhuǎn)速高；作用面積小，傳遞的扭矩小，轉(zhuǎn)速低；永磁轉(zhuǎn)子與導(dǎo)體轉(zhuǎn)子完全脫開，作用面積為零，永磁轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為零，即負(fù)載轉(zhuǎn)速為零。

2.改造情況

2013年8月該廠開始對2#爐進(jìn)行脫硝除塵改造，在對2#爐2臺吸風(fēng)機改造時只加大了功率及風(fēng)壓，而調(diào)速方式仍沿用擋板調(diào)速方式。改造后吸風(fēng)機耗電率從2.97kW·h/t上升到了5.68kW·h/t，極大地增加了吸風(fēng)機電耗。因此，在其后進(jìn)行的5#爐2臺吸風(fēng)機改造時，采用了永磁調(diào)速技術(shù)，改造后吸風(fēng)機型號及配套電機與2#爐一致，新增了永磁調(diào)速器，其技術(shù)規(guī)范如表3所示。

3.永磁調(diào)速器冷卻水系統(tǒng)

為及時將永磁調(diào)速器渦流產(chǎn)生的熱量散發(fā)，該廠吸風(fēng)機永磁調(diào)速器采用的是水冷式永磁調(diào)速器（圖2），冷卻水源取自永磁調(diào)速器冷卻水母管，調(diào)速器冷卻水母管的水源共分為兩路，一路取自于脫硫回水母管，另一路取自吸風(fēng)機側(cè)工業(yè)水管，兩路水源連接管道上均裝有止回閥，以防止不同水源系統(tǒng)串接。

由于回水雜質(zhì)較多，在回水進(jìn)入永磁冷卻水母管系統(tǒng)前需要進(jìn)行過濾，因此，加裝了手動反沖洗濾水器。

在濾水器前后分別設(shè)置了一個隔絕門，同時濾水器設(shè)置有旁路，正常運行時旁路門全關(guān)，濾水器前后隔絕門全開；吸風(fēng)機正常運行過程中連接工業(yè)水管道的電磁閥關(guān)閉；DCS畫面中設(shè)置有電磁閥聯(lián)鎖保護(hù)，正常運行時需投入此保護(hù)，當(dāng)永磁調(diào)速冷卻水母管壓力低于0.02MPa時，電磁閥打開，此時運行人員需對永磁調(diào)速冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行檢查，查出導(dǎo)致冷卻水母管壓力低的原因后及時消除缺陷，待缺陷消除、冷卻水母管壓力穩(wěn)定后，手動關(guān)閉電磁閥，切換過程中無需將電磁閥聯(lián)鎖保護(hù)切除。

4.改造后效果

2013年12月底該廠完成了對5#爐的脫硝除塵改造及配套吸風(fēng)機改造調(diào)試工作，改造后與2#爐吸風(fēng)機運行狀況進(jìn)行了對比，具體情況如表4所示。

從運行狀況可以看出，采用永磁調(diào)速技術(shù)的吸風(fēng)機與擋板調(diào)速方式的吸風(fēng)機相比，在200t/h負(fù)荷下，電流下降了9.75A，在210t/h負(fù)荷下，電流下降了7.65A，在220t/h負(fù)荷下，電流下降了8.9A。

四、效益

改造后2#爐吸風(fēng)機耗電率5.68kW·h/t，5#爐吸風(fēng)機耗電率為4.79kW·h/t，采用永磁調(diào)速技術(shù)的吸風(fēng)機與未采用永磁調(diào)速技術(shù)的吸風(fēng)機相比，可降低耗電率0.89kW·h/t，正常情況下5#爐每年運行約300d，供汽量為200t/h，全年可供汽200t/h×24h/d×300d=1 440 000t，可節(jié)省電量0.89kW·h/t×1 440 000t=1 281 600kW·h，電價按0.45元/kW·h計，全年可以節(jié)省電費約57.67萬元。

五、結(jié)語

一般情況下，吸風(fēng)機在實際運行中都存在著一定的負(fù)載裕量，其負(fù)載隨鍋爐負(fù)荷的變動而在裕量范圍內(nèi)自動調(diào)節(jié)。實踐證明，應(yīng)用永磁調(diào)速節(jié)能技術(shù)對吸風(fēng)機實施改造，降低了吸風(fēng)機用電量，減少了設(shè)備維護(hù)費用，改善了鍋爐運行工況，并且能夠簡便、可靠、安全穩(wěn)定的調(diào)速運行。因此，永磁調(diào)速技術(shù)在電廠輔機的自動調(diào)節(jié)與節(jié)能方面具有廣泛的廣應(yīng)用前景。

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