電機永磁調速技術應用分析

康 宇，王會平，鐘建清，劉進海

（陜西榆林能源集團楊伙盤煤電有限公司，陜西榆林 719316）

1 背景

電廠項目風機及水泵流量通常都以最大需求進行設計，采取閥門、風門擋板等形式調整流量?？涩F實運用中，流量隨著各類因素改變，通常相比最大流量要小很多。運用調節擋板或者閥門來調整流量，本質是以變化管網的阻力大小而變化流量，不僅存在節流損失，而且會讓風機水泵的運轉點難以達到最佳效率點，從而耗損能量。在機組變負荷運行的情況下采取可調速系統，能夠極大的降低節流耗損，實現節能的效果。其中，凝泵、輔機循環水泵、漿液循環泵等泵類設備調速需求大，調速節能效果好。

2 3 種調速技術簡介

液力偶合器調速：屬于低效調速形式，調速的范圍局限，高速丟轉約5%～10%，低速轉差損耗較大,最高能夠達到額定功率的30%以上,調速的過程中綜合效率較低，通常工況下效率為60%～70%。另外還存在精度低、啟動電流大、不適合改造、維護復雜、耗資大等缺點，現在應用愈來愈少。

高壓變頻器調速：現今運用較為普及且比較先進的技術，采取電力電子技術以達成對電機速度展開調節，能夠有效的依據現實工況進行自動控制，能夠達到較為高效的節能效果?？墒枪ぷ髦谐霈F諧波，且其電子組件眾多及易老化，一旦某些重要元器件出現故障，則會影響整體的使用性能。另外，電容器相對而言比較“嬌貴”，對溫度、粉塵、溫度等比較敏感，平時需要專業人員維護，隨著使用年限的增加，后期使用維護費用會逐年增高。整體來看，變頻器的使用壽命一般為10 年左右。

永磁傳動與調速器：永磁驅動技術為專門針對風機及泵類離心負載調速節能的調速技術。其有著高效節能、可在惡劣環境下應用、延長系統使用期等特征。同時，調節范圍廣、響應速度快、設備結構簡單、后期維護成本低，能夠在-10～﹢50℃環境溫度的條件下長期運用。

3 技術經濟對比

永磁調速器、變頻器、液力偶合器對比見表1。

表1 永磁調速器、變頻器、液力偶合器對比表

小結：對比發現，液力耦合調速方式相對落后，應用較少。變頻調速方式效率高、響應快、節能效果好、技術成熟，但維護量大，對電機運行壽命影響大，易損電子元件多，維護費用高，操作繁瑣。永磁調速節能率較高，結構簡單、運行維護量很小、占地面積小、環境適應性好，但技術處在推廣期，設備一次性投入較高（與進口變頻器費用相當）、大功率負荷應用業績少，行業標準及規范尚不全面，廠家技術參差不齊，用戶反饋好壞不一，頭部效應較為明顯等。

4 具體負荷的應用分析

經調研交流，永磁調速在離心泵類負荷應用反饋較好，此次報告著重比選凝結水泵的應用情況分析及漿液循環泵的配置方案對比。

4.1 凝泵變頻與永磁調速對比

以2000 kW 高壓電機為列，對永磁調速與高壓變頻器的投資和使用費用做如下對比（表2、表3、表4）：

表2 初期投資造價表 萬元

表3 年均使用成本分析表 萬元

表4 10 年綜合使用成本分析表 萬元

分析來看，永磁調速裝置長期使用成本較變頻調速裝置略低，二者節能效果相當。

4.2 漿液循環泵的應用分析

燃煤電廠脫硫系統運行費用中電耗是最大的費用，針對脫硫系統運行的優化研究，對提高火電廠運行的經濟性意義重大。漿液循環泵作為石灰石－石膏濕法煙氣脫硫系統的最主要設備之一，其耗電量約占整個脫硫系統的65%～75%左右，漿液循環泵的節能降耗具有重大的意義。根據需求，針對幾種漿液循環泵的配置方案進行比較論證。

4.2.1 方案一：普通異步電機+減速機+漿液泵

此種方式應用最為廣泛。該方案中電機采用普通高壓異步電動機（4 極電機），通過減速機降速（變速至400～600 r/min）帶動漿液泵，泵為大流量、低揚程耐磨耐腐蝕泵。

優點：系統結構簡單可靠，傳動效率高，系統內部組件均為成熟產品，使用維護方便。

缺點：①電機采用直接啟動方式，對系統沖擊大，易造成減速機斷齒、軸承磨損嚴重、聯軸節損壞等，維護工作量大；②系統一直保持恒速運行，當工況發生變化時，只能通過啟停漿液泵的數量來滿足，缺少其他調整手段，無法按實際要求進行實時精準調節，造成大量的能耗浪費，同時影響吸收塔中漿液的穩定性。

4.2.2 方案二：普通異步電機+永磁調速器+減速機+漿液泵

此方案為在方案一的基礎上，在電機和減速機之間加裝永磁調速器而來，電機、減速機、漿液泵同方案一，仍采用原來的設備。

優點：①大功率永磁調速器作為近些年來新開發的一項突破性新技術，選用磁力非接觸傳遞扭矩，其技術先進、可靠，有大量成熟的案例可供借鑒；②可實時精準調節負載的轉速，滿足工藝要求的同時，達到降速節能的目的，其節能效果顯著，從大量過往的案例來看，其節能率可達25%～40%；③設備之間由原來的硬聯接改為非接觸性的軟聯接，解決安裝對心問題，降低設備振動；其緩沖啟動特性可減少沖擊，提高電機與負載的可靠性，減少維護工作量；④永磁傳動為純機械調速，具有高可靠性，在潮濕、粉塵大等惡劣環境下應用時其使用價值愈明顯，使用壽命長（整體壽命可達25 年以上），日常運行時免維護；⑤永磁調速器自身不耗電，不產生高次諧波，低速運行時不造成電機發熱。

缺點：①加裝永磁調速器后，由于永磁調速器需占用一定場地，系統整體軸間長度要加大1.3 m 左右。改造項目需考慮安裝空間，對電機進行后移，但對于新建項目來說不存在此問題；②雖然永磁調速器日常運行時無需維護，但每6～8 年根據需要對永磁調速器內部的標準軸承進行更換；③該調速器需裝在電機和減速機之間，在泵無調速要求時，反而會降低電能利用效率（電機到泵行程變長）；④永磁調速器可在－10～＋50 ℃環境溫度條件下長期使用，但我公司為3 塔合一，根據榆能橫山煤電記錄，塔內夏季溫度最高可達58 ℃，大部分白天溫度約為55 ℃，所以已超出永磁調速器正常運行溫度；⑤永磁調速器降低漿液循環泵轉速后，泵出口壓力同時降低，噴淋層噴嘴均有最低壓力要求，設置永磁調速器后，對應噴淋層噴嘴需設計不同型式、壓力及流量，與其他噴淋層噴嘴存在差異，噴嘴不能互為備用。

5 結論及意見

永磁調速作為目前世界上新興的電機調速節能技術，技術理論支撐充分，具有結構特點簡單、系統簡潔、節能效果突出、后期維護便利的特點。國家《節能減排“十二五”規劃》中明確提出了電機系統節能。采取節能電動機、風機、水泵及變壓器等更新并裁減落伍耗電的設備，對電機系統進行變頻調速、永磁調速、無功補償等節能改造，完善系統運行及控制，提升系統整體的運行效率。同時永磁調速技術雖未大規模推廣，大規模應用受價格等因素影響尚未成熟，但已有越來越多的大功率電機應用業績，用戶反響較好。

結合電廠實際運行工況，建議漿液循環泵在保證脫硫效率的前提下，確保機組長周期安全穩定運行，且節約投資，采用普通異步電機+減速機+漿液泵。凝結水泵保證安全可靠運行的同時，提高電機運行效率，降低運行成本。采用1 臺永磁調速運行，1 臺工頻運行的方案。