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1、锅炉引风机节能改造分析摘要：本文介绍锅炉风机效率及调速节能原理理论，并针对我公司锅炉引风机设计、 运行工况的数据分析，指出引风机电耗高和效率低的原因，论证引风机节电降耗的几种 改造方案及其可行性，提出引风机改造的可行性建议方案。关键词：风机节能改造效率1概述在我国由于设计上的原因，高压电动机往往存在“大马拉小车”的现象，在某些场 合即使裕度选得不是很大，但由于工况存在负荷波动较大的情况，由于电动机不能跟着 负荷的波动进行调节，能源被大量浪费，并且造成了严重的环境污染。具统计，我国风 机泵类的平均设计效率仅75%，比发达国家水平低5个百分点，系统运行效率比发达国 家水平低2025个百分点，节电潜
2、力巨大。在国内火力发电厂的厂用电占总发电量的8%10%，而锅炉给水泵、凝结水泵、循环 水泵占大容量机组总厂用电的50%，锅炉送风机、引风机消耗电量约占总厂用电的25%。 因此提高风机的运行效率，对节能降耗有着重要的作用。要想更准确的评估和分析节能 效果和收益，应组织进行风机的热态试验，以掌握锅炉所配套的风机及其管路中的运行 参数，作为经济性评价和改进的依据，目前由于条件限制，仅根据现有材料和运行数据， 进行初步测算和分析。2风机改造的几种方案我公司安装两台无锡锅炉厂生产的UG-260/9.8-M型锅炉，每台炉配南通金通灵风 机厂制造单吸双支撑离心风机两台，具体参数见表1：表1引风机参数项目名称
3、单位规范项目名称单位规范型号Y4-60-11NQ 23.3D最高效率%85.1风量M3/h252922 M3/h风机轴功率kw521风机入口质量流 量kg/h225606叶轮直径mm2330风机入口温度C124电动机型号鼠笼式异步电动机YKK500-6风机入口密度kg/m30.892电动机容量Kw630全压Pa5992电动机电压V6000风机入口温度C124电动机电流A73.1额定转速R/min985电动机转数R /min985内效率%83.5内功率kw504我公司在安装时就考虑了风机的节能，加装了液力偶合器，但是在实际运行过程中 液偶的开度和风机转速都很低，锅炉带满负荷时（流量在240吨左右
4、），两台引风机液 偶一般开度在27%左右，风机转速在600700 R/min左右，在低负荷下风机转速一般在420550 R/min，液偶一般开度在1220%左右。表示液力偶合器性能的特性参数 主要有转矩M、转速比i、转差率S和调速效率（又称液力偶合器效率）nv等，当忽略液力偶合器的轴承及鼓风损失时，其输入转矩M等于液力偶合器输出的转矩M。液力 12偶合器运行时其涡轮转速n与泵轮转速n之比，称为液力偶合器的转速比i，液力偶合 器在设计工况点的转速比iT是表示液力偶合器性能的一个重要指标，通常i =0.97 0.98，液力偶合器在工作时，其转速比一般在i = 0.40.98内，当iV0.4时，由于
5、转 速比小，工作腔中充油量少，工作油升温很快，工作腔内气体量大，工作中常会出现不 稳定状况。液力偶合器工作时泵轮与涡轮的转速差与泵轮转速之比的百分数称为转差率 S，液力偶合器的转差率除表示相对转速差的大小外，还表示在液力偶合器中功率的传 动损失率，既S= （n n ） / n =AP/ P。液力偶合器的调速效率n 又称为传动效率，.一 一B . T . B 一 . B .V它等于液力偶合器的输出功率P与输入功率P之比，n =P/P QP/P = n/n =i,2 一一 . . 1V 21 T B . . T . B即在忽略液力偶合器的机械损失和容积损失等时，液力偶合器的调速效率等于转速比， 当
6、液力偶合器工作时的转速比较小，其调速效率也越低，液力偶合器进行变速传动时， 其内部产生的转差损失功率并不是总随着调速效率n V （亦即转速比i）的下降而增大 的，而是在n V =i = 0.67时达到最大值，以后n V （i）下降时，转差损失功率八？反 而减少。根据此理论，我公司液力偶合器在风机转速为657 R/min时转差损失功率? 最大，而我公司风机在满负荷运行时基本在这一转速上下波动，运行时转差损失功率 p很大。当风机在低负荷下运行时，液力偶合器的调速效率n比较低，液力偶合器的 能量损失是比较大的。根据这种情况必须对引风机系统进行成造，降低风机电耗。风机节能改造主要是通过提高风机运行全压
7、效率和调速效率、电机效率，将浪费 的耗功降至最低；根据我公司目前情况主要有下面几种方案： 、取消液力偶合器对电机进行变频改造； 、液偶调速+电机改双速； 、更换低速电机+液偶调速； 、风机重新选型整套更新3 一般风机改造的节能估算方法一般风机进行调速改造的节能经济估算方法介绍多从流体力学的原理，风机或水泵 属于平方转矩负载，其转速n与流量Q，风压H以及轴功率P具有如下关系，Q-n,H-n2,P-ns, p % qxH，既流量与转速成正比，风压与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方 成正比，轴功率P还与风量（流量）Q，风压（扬程）H的乘积成正比，。如图1所示，从风机的运行曲线图来分析采用调速后的
8、节能效果。图1风机泵类调速节能原理示意图当所需风量为不是风机的设计额定风量时，一般认为是与采用节流控制（挡板）调 节的办法进行比较，认为这种调节方式通过改变管网阻力，使管网风阻特性曲线变化。 曲线1为恒速n1下的H-Q特性曲线，曲线2为管网风阻特性曲线（风门全开），当需要 调节风量时，例如所需风量从100%减小到额定风量的70%即从图中的Q1减小到Q2,如 果用调节风门的方法调节时，管网风阻特性曲线从2变到3,系统的运行工况点为A点, 所需功率pix Q1次H1，此时系统工作点从A移至B，所需功率P2 % Q2次h2，可以看出虽然风 量降低了，但风压从H1变到H2增加了，因此轴功率P基本没有减
9、小，而采用调节转速 来调节风量时，风机的转速由原来的n1降至n2，根据风机参数比例定律可以画出转速 n2下的H-Q特性曲线4,此时风机工作在C点，所需功率p* Q2xh3从图中可以看出在 满足同样的风量Q2的情况下，风压降大幅度下降到H3,轴功率P也将随之大幅度下降， 通过降低转速而节省的功率为：（P1 - P3） = AP % Q1 xAH = Q1 x （H1 - H3）。其中的AH为调节流 量的挡板前后压差，由于风门的全开节省了在风门上的压力损耗，从而采用调速控制后 可大大降低消耗功率。要了解其根源我们需要了解风机及其拖动电动机的功率和效率。 风机的功率一般分为有效功率、内功率、轴功率、
10、原动机功率。3.1风机有效功率风机的有效功率指气体从风机运转所得到的功率，计算公式为：p =qp/1000 e v其中Pe为有效功率，单位kW； qv为气体流量，单位m3/s； P为风机全压，单位Pa。离心风机的静压有效功率为p = qp /10003.2风机的轴功率风机的轴功率指原动机（电动机）传送到风机轴端上的功率，也称为风机的输入功 率，它是风机有效功率与流动损失、轮盘摩擦损失、泄漏损失、轴承轴端密封摩擦损失 的功率之和，与有效功率的关系可用下式表示：P = P凡，其中P为风机轴功率，PP e fPe为有效功率，单位均kW； nf为风机总效率。3.3原动机功率拖动风机运转的电动机的输入功
11、率，即拖动负载要消耗的从电网来的进线有功功率 计算公式为：P = Pe ，其中P为电动机输入功率，P为风机有效功率，单位均kW； g n n n gen为电动机效率，nd为传动效率，nf为风机总效率。对于较大容量的风机，选择原动机（电动机）容量时，一般会取1.051.3的安全系 数K，对于离心式的锅炉引风机K取1.3,除尘风机K取1.2。3.4风机的效率风机在工作时会产生机械损失、容积损失和流动损失，这些损失分别用机械效率nm、 容积效率n、流动效率n来衡量。风机总效率为：门=门门门。离心风机的机械损失包括轴与轴承的摩擦损失、轴与轴密封端的摩擦损失及叶轮圆 盘的摩擦损失，一般离心风机的机械效率
12、门肌=0.920.98。离心风机的容积损失是由于风机旋转叶轮与静止部件之间具有间隙，造成气体从高 压区向低压区的泄漏，流动的阻力摩擦损失称为容积损失，一般离心风机的容积效率门=V0.90 0.95。离心风机的流动损失是由于气体从风机入口到出口流动的阻力摩擦损失和局部阻力 损失以及工况变化造成的冲击损失，一般离心风机的流动效率门=0.800.95。风机的内功率Pj是指风机有效与容积损失、流动损失之和，内效率指风机有效与内 功率之比：1气=P IPj，一般风机的总效率作为风机经济性的指标，由于风机的机械传动损失不能进 行相似换算因此除去机械损失因素的内功率可作为风机相似换算的依据。一般离心风机 的
13、总效率为0.700.90，节能型的新一代离心风机设计总效率一般在0.80以上。3.5风机的入口导流器调节离心式风机一般采用入口导流器调节，导流器全开（90）时气流无漩流进入叶道， 当调节转动导流器叶片时气流产生预漩，风机全压降低，图2中的性能曲线向下弯曲， 随着入口导流器角度的变小，风机性能曲线依次由1变为2、3、，使工况点往小流 量区移动，工作点从A点依次变为A、A”、，达到调节流量减小满足工况要求之 目的。采用入口导流器调节的离心式风机比一般调节管道阻力的调节（如出口节流调节）方 式要节能，一般锅炉送引风机当流量调节范围在最大流量的60%90%时，一般采用轴 向入口导流器调节方式比调节管道
14、阻力的调节（如出口节流调节）方式可节约功率15 % 24%。图2离心风机入口导流器调节特性曲线入口导流器调节的离心式风机的性能曲线的等效率曲线是类似一簇椭圆曲线，其长轴 方向与管路特性曲线方向垂直，如图3示意，从图中可见其高效区比较窄，在风机入口 导流器调节角度改变时，风机的效率变化显著。P0qv图3离心风机入口导流器调节效率曲线下表2为某型号进口与国产某型号风机分别采用入口导流器调节与入口导流器开度 调节时风机效率比较。表2两种风机入口导流器调节效率比较进口离心风机国产离心风机调节角 度风机效 率调节角 度风机效 率8030%8525%7053%8041%6065%7556%5073%657
15、1%4078%5576%3082%4580%2083%3084%1084%1584%085%085%由上表可见，在风机采用入口导流器调节在角度30以内(开度在65%以上时)的风 机内效率可保持较高值，随着入口导流器调节角度的增大风机的效率有显著下降。3.6风机的调速调节根据泵和风机的相似定律，当一台风机分别在不同转速nl, n2下工作时，其流量、 全压和轴功率分别有以下比例定律关系：qnH,n、 P.n.v1 = 1 ； 1 = ()2 ; 1 = ()3。qnHn Pn其中q，H，P分别为转速n时风机的流量、全压和轴功率；q，H，P分别为转速 v1111v2n时风机的流量、全压和轴功率。2根据以上比例定律，可对风机在不同转速下的性能进行换算，如已知风机在转速nl时的、v1v1 n 21
