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1、电厂泵与风机的节能研究摘要： 文章对我国火力发电厂目前泵与风机的使用情况（耗能）进行了分析，并且描述了目前我国发电厂泵与风机的节能潜力，提出了泵与风机节能技术改造的方法及国内外的发展趋势。关键词 ： 火力发电厂 泵与风机 节能 技术改造一、 前言能源工业作为国民经济的基础，对于社会、经济的发展和人民生活水平的提高都极为重要。在高速增长的经济环境下，中国能源工业面临经济增长与环境保护的双重压力。而且，受资金、技术、能源价格等因素的影响，中国能源利用效率比发达国家低很多，只及发达国家的50%左右，90%以上的能源在开采、加工转换、储运和终端利用过程中损失和浪费。由此可见，对能源的有效利用在我国已经
2、非常迫切。火电厂是最主要的能源消耗大户，在我国的二次能源结构中，约占74%。而在火力发电厂中，泵与风机是最主要的耗电设备，加上这些设备存在着大马拉小车的现象，同时由于这些设备长期连续运行和经常处于低负荷及变负荷运行状态，运行工况点偏离高效点，运行效率降低，大量的能源在终端利用中被白白地浪费掉。因此，对电厂泵与风机进行节能研究有着突出重要的意义。二、我国发电厂泵与风机节能潜力分析 火力发电厂中运行的泵与风机种类繁多，数量多，总装机容量大，耗电量大，约占全国火电发电量的6%。发电厂辅机的经济运行，尤其是大功率的泵与风机的经济运行，直接关系到厂用电率的高低，而厂用电率的高低是影响供电煤耗和发电成本的
3、要素之一。1.运行方式的分析对大容员单元制机组，有些大力发电厂每台机组配置了三台50容量的锅炉给水泵，一般在高负荷时两台运行一台备用。当机组负荷变化时，通过改变结水泵的运行方式以适应变负荷的要求。如图所示M点是主机全负荷时流量点，这时并联运行的两台泵都处于全负荷运行状态a点。若机组负荷降低至某一负荷(如50%负荷)qv时,则泵的运行方式可能如下：两台泵全速定压运行，节流调节，其并联工作点为b，并联运行的每台泵的工作点为b；单台泵全速定压运行节流调节，运行工作点为a；两台泵变速定压运行,变速调节， 其并联工作点力c。 并联运行的每台泵的工作点c：单台泵变速定压运行、变速调节其工作点为c。 如果变
4、负荷时主机和滑压运行。则在同一负荷下泵还仔在下列运行方式：两台泵变速滑压运行其并联工作点为d，并联运行的每台泵的工作点为d:单台泵变速滑压运行,其工作点为d。可见， 当机组负荷变化时，给水泵有多种运行方式可供选择，并且和机组负荷、给水阻力特性、以及主机的运行方式有关。究竟选择哪种运行方式，应当考虑既安全可靠又经济运行两方面的因素。 为了防止泵内发生气蚀和电动机过载，以提高锅炉给水泵的安全可靠性，一般对给水泵的流量都规定了最小最小允许流量和最大允许流量，其值根据泵的具体情况一般推荐为：最小允许流量为额定流量的25%30%；最大允许流量为额定流量的110%120%。这就是说，一台泵的工作范围只在O
5、A和OB线之间，由上图可以看出，在给定的给水阻力下，当机组负荷为50%时，几种运行方式的工作点都位于该区内，所以选择哪种运行方式都能满足安全性的要求。当机组负荷为50%时，理论上讲，运行方式的确定应受到最小运行流量的限制，即使每台泵的工作点的流量都等于或大于相应转速下的最小允许流量值。但由于在设计时一般都考虑了保证泵的运行流量等于或大于最小允许流量。因此，在该负荷范围你泵运行方式的确定主要取决于运行的经济性。1.不同运行方式的经济性分析为了定量地分析不同运行方式的经济性，以便正确地选择泵的运行方式，下面通过举例计算说明之。某火力发电厂一台321MW燃煤机组配有两台50%容量的调速给水泵，另配有
6、一台10%容量的启动泵。给水泵压力和负荷之间的关系曲线、给水泵的流量与扬程曲线，以及管道阻力曲线如上图所示。图中还标出了主汽轮机在开启不同数量调节阀时的变压运行升压斜直线，三阀滑压蒸汽压力线由最小起始压力6.895Mpa升至16.584Mpa后定压运行。该机组负荷变化比较频繁，一般夜间在50%以下负荷运行，白天在50%以上负荷运行。因此 ，为了提高给水泵的运行经济性，需要根据相应机组负荷的变化采取相应的运行方式。 目前我国火电厂中除少量采用汽动给水泵，液力耦合器及双速电机外，其它水泵和风机基本上都采用定速驱动。这种定速驱动的泵，由于采用出口阀，风机则采用入口风门调节流量，都存在严重的节流损耗。
7、尤其在机组变负荷运行时，由于水泵和风机的运行偏离高效点，使运行效率降低。有资料显示：我国50MW以上机组锅炉风机运行效率低于70的占一半以上，低于50的占1/5左右。由于目前我国约2/3的泵、风机类机械在运行中需要调节流量，用阀门式挡板调节，能源损失和浪费很大，已经到了非改不可的地步了。造成这种现象的原因是多方面的，主要是科研开发投入不足，科研与生产缺乏有机的结合；生产工艺落后，型线误差大，过流表面粗糙。目前我国大多采用木模整体铸造。由于中、高比转速离心式泵与风机叶片扭曲，造型起模困难，造型误差较大。目前我国使用的许多大型泵与风机，其性能实测值与样本给定值误差较大，这也是主要原因之一。我国许多
8、大中型泵与风机套用定型产品，由于型谱是分档而设，间隔较大，一般只能套用相近型产品，造成泵与风机的实际运行情况偏离最优运行区，运行效率低，能耗高。设计选型时加保险系数，裕量过大，也会造成运行工况偏离最优区。三、火电厂泵与风机节能改造的方法对泵与风机及其装置系统进行 改造的目的，是确保它能满足工作的要求，又能实现安全、经济的运行。为了全面达到这一目的，对泵与风机及其装置系统进行改造时，必须满足以下几方面的基本要求。1.正确选定泵与风机的设计参数在火力发电厂和工业、民用锅炉房工作的泵与风机。根据汽轮机、锅炉等对泵或风机的流量和扬程的要求，经过计算或实测即可求出所选泵与风机的最大流量qvmax和最高扬
9、程Hmax。对qvmax ，Hmax在加上一定的安全裕量后，即为泵和风机的设计参数。正确选定泵与风机的安全裕量，另一方面是保证主机及泵与风机安全而经济运行的必要条件。裕量不够，有可能限制主机的出力。从而主机达不到额定的出力；裕量过大，是泵与风机运行及其原动机低效运行的一个基本原因。2.选用高效节能的泵与风机选用高效节能的泵与风机，是泵与风机节能的重要前提和基本措施。所以在选用泵与风机时，应首先选用节能型产品。下面把目前国内生产的火力发电厂及工业民用锅炉常用的节能型泵与风机的情况做一简单介绍。 国内动叶调节轴流式风机3.选择最合适的调节方式在确保泵与风机及其装置系统能安全可靠的工作，并能满足工作
10、需要的前提下，经过综合经济技术的分析比较，得出泵与风机及其装置系统的初投资、运行耗电费、维护管理费三项之和为最低的方案，一般即认为是最合适的调节方式。应该指出，调节效率最高的调节方式，不一定就是最合适的调节方式。这是因为最合适的调节方式既与调节装置的效率有关，又与调节装置的初投资、泵或风机本身的规格性能、工作对象特性等因素有关。针对我国泵与风机使用及运行实际情况，下面从提高泵与风机本身效率及与管网匹配程度两方面对泵与风机节能进行研究。1减小泵与风机内部损失，提高泵与风机效率。泵与风机在把原动机的机械能转换成流体的机械能的过程中，要产生各种能量损失，这些损失按其性质可分为机械损失、容积损失和流动
11、损失三部分。由于泵与风机内部流体运动的复杂性，上述各种损失至今仍不能用理论方法计算出精确的结果，主要依靠试验方法测定，再由此总结出半经验半理论的计算公式。要提高泵与风机本身的效率，就要减少上述各种损失。泵与风机的机械效率主要取决于泵与风机叶轮的几何外形，亦即决定于比转速值，所以应注重以下几点：1）在选择或设计扬程（全压）高的泵（风机）时，应该选择或设计转速较高而叶轮直径D2较小的这类泵（风机），避免选用或设计转速低而D2大的这类泵（风机）。2）在选择或设计高扬程（全压）的低比转速泵（风机）时，可采用多级的泵（风机），或适当增大叶轮叶片的出口安装角，尽量避免采用大的D2来达到高扬程（全压）的目的
12、。3）降低叶轮盖板外表面和泵壳内表面的粗糙度，可以减小Pm3，从而使泵与风机的效率提高。减小泵与风机的容积损失、提高容积效率主要从两方面着手：一是减小动、静间隙形成的泄漏流动的过流截面；二是设法增加泄漏流道的流动阻力。为减少泵与风机内部的流动损失，提高流动效率，在设计或改造泵与风机时，应注重以下几点：1）合理确定过流部件各部位的流速值。2）在流道内要尽量避免或减少出现脱流。3）要合理选择各过流部件的进、出口角度，以减少流体的冲击损失。4）过流通道变化要尽可能地平缓；在流道内要避免有尖角、忽然转弯和扩大。5）流道表面应尽量做到光滑和光洁，避免有粘砂、飞边、毛刺等铸造缺陷。2正确选定泵与风机的设计
13、参数；对选型不当的泵与风机进行技术改造。一台泵与风机是否节电取决于很多因素，除自身的效率外，还与管网设计是否合理、阻力大小及与管网是否匹配良好等因素有关。所谓匹配指的是泵与风机设计的流量和扬程（风压）应与管网所需流量和扬程（风压）相符，也就是说泵（风机）所产生的扬程（全风压）应能克服管网阻力的前提下满足管网流量的需要。离心式泵与风机的流量通常是用调节门（风门或阀门）来调节的，调节门关得越小，节流损失越大，泵与风机使用效率越低。风机的高效率固然重要，但是如何提高泵与风机的运行效率更重要。而实现泵与风机和管网合理地匹配是节能降耗最有效的途径。为了减轻或防止因泵与风机的额定参数大于实际运行参数而造成
14、运行效率和可靠性降低，可以根据不同情况分别采用切割叶片及更换高效叶轮两种方法对泵与风机进行技术改造。我国现在使用的泵与风机有许多模型效率指标均不高，对这部分泵与风机，可以用高效泵与风机替换它，也可以设计模型效率高的叶轮更换原叶轮，达到节能的目的。在我国已有科研部门和高校对这方面进行研究，并在实践中取得很好的效果。已成功进行技改的主要泵型有：沅江48P-35IIA、沅江48P-30、沅江48P-281C、沅江481-26II、48P-25、沅江481-22、沅江48P-201、沅江481-201C、湘江56-23A、48sh-22、32sh-19、32SA-19、24sh-19A、20SA-22
15、、14ssh13、12SH-6、黄河1200S24A、800S24、800S16I、500S35、300S58A、200S63A、KS2700-130等。3电机换级和泵与风机降速。若泵与风机扬程或全压富裕量达50%60%，则可将转速降低一档，以利节电。4泵与风机调速节能。由于目前电网还缺少专门带尖峰负荷的机组（例如坝库式水电机组，抽水蓄能机组，燃气轮机组等），所以一般电网的尖峰负荷和低谷负荷都要求火电机组来承担，火电机组不得不作调峰变负荷运行。在机组变负荷运行方式下，假如主要辅机采用高效可调速驱动系系统取代常规的定速驱动系统，无疑可节约大量的节流损失，节电效果显著，潜力巨大。除此之外，由于可调
16、速驱动系统都具有软起动功能，可使电厂辅机实现软起动，避免了由于电动机直接起动引起的电网冲击损失和机械冲击，从而可以防止与此有关的一系列事故的发生。电站锅炉风机的风量与风压的富裕度以及机组的调峰运行导致风机的运行工况点与设计高效点相偏离，从而使风机的运行效率大幅度下降。一般情况下，采用风门调节的风机，在两者偏离10时，效率下降8左右；偏离20时，效率下降20左右；而偏离30时，效率则下降30以上。对于采用风门挡板调节风量的风机，这是一个固有的不可避免的问题。可见，锅炉送、引风机的用电量中，很大一部分是因风机的型号与管网系统的参数不匹配及调节方式不当而被调节门消耗掉的。因此，改进离心风机的调节方式是提高风机效率，降低风机耗电量的最有效途径。辅机采用调速驱动后，机组的可
