燃煤電站磨煤機電機節(jié)能改造分析

孔祥軍 柳興軍

摘 ? 要：300MW級火電機組是目前電力網中運行的普遍機組，該型機組鍋爐燃燒系統(tǒng)通常設計配備4臺電壓等級為6kV的磨煤機，是鍋爐輔機系統(tǒng)中高耗能廠用電設備，且系統(tǒng)長期運行，故障頻繁，為降低能耗進而達到降低廠用電率，將磨煤機電機進行永磁同步電機改造，通過改造既達到了節(jié)能減排又降低了廠用電系統(tǒng)節(jié)電指標。

關鍵詞：火電 ?磨煤機電機 ?節(jié)能

中圖分類號：TM62 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）11（b）-0074-02

1 ?項目背景及概述

某火電公司1、2號爐B、C、D磨煤機電機，為YMPS500-6型，額定功率：500kW、額定電流：66.5A、功率因數(shù)：0.78、轉數(shù)：980r/min、防護等級IP54、絕緣等級：F級絕緣、Y接的高壓異步電動機。由于電機使用環(huán)境較差、頻繁啟動、運行周期長等原因，造成設備維護成本逐年加大;同時因該電機功率因數(shù)和效率都很低，因此能耗較高，作為長周期運行的高能耗設備，不利于節(jié)能降耗，同時事故頻繁，也不利于安全生產。為保證設備長周期安全穩(wěn)定運行，為降低能耗并進一步降低300MW機組的廠用電率，計劃將1、2號爐B、C、D磨煤機電機進行改造，改造為高效高壓永磁同步電機，達到節(jié)能減排的目標。

2 ?當前技術路線比較

將原異步電動機改造為永磁同步電動機，是當前較多電廠廣泛采用的比較成熟的方案，成功案例表明，設備運行穩(wěn)定，適合頻繁啟動，節(jié)能效果顯著，故障率低的特點。其僅將電機整體進行更換，不改變電氣連接方式，不擴占空間，未增加其他如變頻器、高壓柜等設備，優(yōu)勢較為明顯，投資成本低、未額外增加維護量、適合較差的運行條件及磨煤機頻繁啟動的特點。

3 ?可行性方案及特點

可行性改造方案是將原異步電動機改造為永磁同步電動機，不改變原有地基基礎和電氣連接方式，直接替換原異步電機，操作方便、可行。替換永磁同步電機可以提高電機效率，提高功率因數(shù)，降低電機運行電流、減少無功損耗，降低電機運行溫度，運行平穩(wěn)，減少電機維護量等特點。改造即可達到節(jié)能減排，降本增效的目的，同時還延長了電氣開關、電纜、控制柜等的壽命。

本項目涉及的高效高壓永磁同步電動機，兼有感應電動機和電勵磁同步電動機的特點，采用具有自主知識產權的新型轉子結構實現(xiàn)異步起動同步運行。電動機定子采用經適配性改進的三相異步電動機定子，轉子采用內嵌稀土永磁材料的實心結構。電動機起動時依靠定子旋轉磁場與籠型轉子相互作用產生的異步轉矩實現(xiàn)起動，運行時由轉子內嵌的永磁體提供磁場結合定子旋轉磁場維持電動機同步運行。

電機是以磁場為媒介進行電能與機械能相互轉換的電力機械。磁場可以由電流勵磁產生，也可以由磁體產生。高性能稀土永磁材料的出現(xiàn)，特別是高性能釹鐵硼永磁體產生的磁場，遠遠超過電流勵磁，因而可以制造出數(shù)千瓦的大中型電機。

稀土永磁電機最明顯的性能特點是輕型化、高性能化、高效節(jié)能。同時具有運行噪聲小、平穩(wěn)性好、過載能力大等特點。平均節(jié)電率高達10%以上。

與傳統(tǒng)的電勵磁電機相比，省掉了易損壞的集電環(huán)和電刷、且沒有勵磁損耗，稀土永磁電機具有損耗少、效率高、結構簡單、溫升低、噪聲小、節(jié)電效果明顯、運行可靠性高、體積功率密度大、易于維護等優(yōu)點，同時，由于降低了近99%無功功率，大大降低了對電網的沖擊和損害。按照國家電機能效提升計劃，每年節(jié)電量可達2～3個三峽電站年發(fā)電量，因此它的推廣應用將帶來巨大的社會效益和經濟效益。

綜上所述，永磁同步電動機具有如下特點：（1）高效率及電機的綜合損耗低。（2）功率因數(shù)高。（3）穩(wěn)定工作時運行電流低。（4）經濟運行頻帶寬。（5）溫升低，可靠性高。（6）起動轉矩大、起動性能好。

4 ?工程規(guī)模和主要內容

本工程主體為將1、2號爐B、C、D磨煤機異步電機共六臺更換為高效高壓永磁同步電動機。

在相同工況下與原異步電機相比有很大的節(jié)能效果，可滿足工況要求，并且更換電機時無需改變原電機的工位、地基基礎和控制操作系統(tǒng)，不影響原電機負載的工作運行狀態(tài)，所以不會影響正常生產運營。因此本方案可行，不存在安全風險。

5 ?項目投資估算/概算

設備費：永磁同步電動機6臺（合計2940000元）

施工費：原電動機拆除6臺（合計：12000元）

永磁同步電動機安裝、調試：6臺（合計：48000元）

總計：300萬元

6 ?項目總體預期效果

以單臺磨煤機異步電機改造實例分析：改造為TYCKK500-6 ?功率500kW的永磁同步電機，更換后電機運行效率96.6%，功率因數(shù)達到0.99，運行電流為20A，原異步電機運行電流為41A，電流降低48.8%，降低了電機運行溫度，減少電機故障率和維護量，運行穩(wěn)定可靠，達到了節(jié)能減排，降低廠用電的目的。

本機組B、C、D磨煤機電機運行電流在41A左右，運行工況基本相同。

節(jié)能效果估算

（1）節(jié)能技改節(jié)電量計算方式：

①有功功率計算公式為：P有=√3UIcosφ

注：P有1為技改前有功功率 ? ? P有2為技改后有功功率

②無功功率的計算公式為：PQ=√3UIsinφ

注：PQ1為技改前的無功功率 ? ?PQ2為技改后的無功功率

③無功功率引起電網有功功率損耗的計算公式為：

P無=PQ×KQ（KQ系數(shù)取 0.06）

注：P無1為技改前的功率損耗 ? P無2技改后的功率損耗

④綜合年節(jié)電量：

△P={（P有1-P有2）+（P無1-P無2）}×年運行時間（按5000h計算）。

⑤年節(jié)電費（元）P總=△P×電價

（2）按技改前、后磨煤機電機實際運行參數(shù)為依據(jù)進行計算：

技改前的異步電機有功功率：P有1=332.34kW

技改前的異步電機無功功率：PQ1=268.43kvar

技改前無功功率引起電網有功損耗：P無1=268.43×0.06=16.1kW

技改后的永磁電機有功功率： ?P有1=205.8kW

技改后的永磁電機無功功率： ?PQ1=29Kvar

技改后無功功率引起電網有功損耗：P無1=29×0.06=1.74kW

年綜合節(jié)電量：△P={（332.34-205.7）+（16.1-1.74）×5000/h=705000kW

電費按照1kWh=0.3749元計算，節(jié)電費705000×0.3749=264304.5元

由此永磁電機改造投資回收期為1.9年。

綜上，由于高壓永磁同步電機具有較高的功率因數(shù)和效率以及相對低的運行電流，改造后預計電機運行效率96.6%，功率因數(shù)達到0.99，運行電流降低48.8%以上，降低85%以上無功損耗，降低電機運行溫度，減少電機故障率和維護量，運行穩(wěn)定可靠，以達到節(jié)能降低廠用電，降本增效的目的。

7 ?結語

此改造項目操作簡單，風險性低，效果顯著，能夠達到節(jié)能減排的目的。高效高壓永磁同步電動機的廣泛應用，可以提高能效水平，具有良好的經濟和社會效益。

參考文獻

[1] 何濤，趙杰.磨煤機改裝永磁同步電動機節(jié)能效果分析[J].熱力發(fā)電，2017，46（3）：104-108.

[2] 夏季，彭鵬，華志剛，等.燃煤電廠分磨摻燒方式下磨煤機組合優(yōu)化模型及應用[J].中國電機工程學報，2011，31（29）：1-8.

[3] 黃勇，黃委.磨煤機電機軸承室改造[J].電機技術，2002（4）：30-31.