1前言

風機和水泵在國民經(jīng)濟各部門中應用的數(shù)量眾多，分布面極廣，耗電量巨大。據(jù)有關(guān)部門的統(tǒng)計，全國風機、水泵電動機裝機總?cè)萘考s35000MW，耗電量約占全國電力消耗總量的40％左右。目前，風機和水泵運行中還有很大的節(jié)能潛力，其潛力挖掘的焦點是提高風機和水泵的運行效率。據(jù)估計，提高風機和水泵系統(tǒng)運行效率的節(jié)能潛力可達（300～500）億kW·h/年，相當于6～10個裝機容量為1000MW級的大型火力發(fā)電廠的年發(fā)電總量。

在火力發(fā)電廠中，風機和水泵也是最主要的耗電設備，加上這些設備都是長期連續(xù)運行和常常處于低負荷及變負荷運行狀態(tài)，其節(jié)能潛力巨大。據(jù)統(tǒng)計：全國火力發(fā)電廠八種風機和水泵（送風機、引風機、一次風機、排粉風機，鍋爐給水泵、循環(huán)水泵、凝結(jié)水泵、灰漿泵。）配套電動機的總?cè)萘繛?5000MW，年總用電量為520億kW·h，占全國火電發(fā)電量的5.8％。發(fā)電廠輔機電動機的經(jīng)濟運行，直接關(guān)系到廠用電率的高低。隨著電力行業(yè)改革的不斷深化，廠網(wǎng)分家、競價上網(wǎng)等政策的逐步實施，降低廠用電率，降低發(fā)電成本提高電價競爭力，已成為各發(fā)電廠努力追求的經(jīng)濟目標。

我國火電機組的平均煤耗為0.4kg/kW·h，比發(fā)達國家高(0.07～0.1)kg/kW·h，而廠用電率的高低是影響供電煤耗和發(fā)電成本的主要因素之一。國產(chǎn)300MW機組的廠用電率平均為4.71％，而進口（GE公司）機組為3.81％。國產(chǎn)機組比進口機組約高20％左右。國產(chǎn)機組廠用電率偏高的原因主要是輔機電動機在經(jīng)濟運行方面存在問題和差距。

國外火電廠的風機和水泵已紛紛增設調(diào)速裝置，而目前我國火電廠中除少量采用汽動給水泵，液力耦合器及雙速電機外，其它風機和水泵基本上都采用定速驅(qū)動。這種定速驅(qū)動的泵，由于采用出口閥，風機則采用入口風門調(diào)節(jié)流量，都存在嚴重的節(jié)流損耗。尤其在機組變負荷運行時，由于風機和水泵的運行偏離高效點，使運行效率降低。調(diào)查表明：我國50MW以上機組鍋爐風機運行效率低于70％的占一半以上，低于50％的占1/5左右。由于目前普遍的機組負荷偏低，風機的效率就更低，有的甚至不到30％，結(jié)果是白白地浪費掉大量的電能，已經(jīng)到了非改不可的地步。

目前國內(nèi)的火電機組大都處于低負荷或變負荷運行狀態(tài)，原因有三：

——近年來由于裝機容量的迅速增長，全國基本上擺脫了電力供應緊張的局面，電力供應有了盈余，火電機組不得不壓低負荷運行；

——由于負荷結(jié)構(gòu)的變化，電網(wǎng)負荷的峰谷差加

大，其值一般達到電網(wǎng)最高負荷的30％，有的電網(wǎng)甚至高達50％；

——由于目前電網(wǎng)還缺少專門帶尖峰負荷的機

組（例如壩庫式水電機組，抽水蓄能機組，燃氣輪機組等），所以一般電網(wǎng)的尖峰負荷和低谷負荷都要求火電機組來承擔，火電機組不得不作調(diào)峰變負荷運行。

在機組變負荷運行方式下，如果主要輔機采用高效可調(diào)速驅(qū)動系統(tǒng)取代常規(guī)的定速驅(qū)動系統(tǒng)，無疑可節(jié)約大量的節(jié)流損耗，節(jié)電效果顯著，潛力巨大，這已是不爭的事實。除此之外，由于可調(diào)速驅(qū)動系統(tǒng)都具有軟起動功能，可使電廠輔機實現(xiàn)軟起動，避免了由于電動機直接起動引起的電網(wǎng)沖擊和機械沖擊，從而可以防止與此有關(guān)的一系列事故的發(fā)生。例如電動機轉(zhuǎn)子籠條的疲勞斷裂，定子端部繞組絕緣損壞擊穿等重大事故，提高了輔機運行的可靠性。

2風機水泵調(diào)速運行的必要性和優(yōu)越性

21風機

風機是火力發(fā)電廠重要的輔助設備之一，鍋爐的四大風機（送風機、引風機、一次風機或排粉風機和煙氣再循環(huán)風機）的總耗電量約占機組發(fā)電量的2％左右。隨著火電機組容量的提高，電站鍋爐風機的容量也在不斷增大，如國產(chǎn)200MW機組，風機的總功率達6440kW（其中，送風機2臺2500kW，引風機2臺2500kW，排粉風機總功率1440kW），占機組容量的3％以上。因此，提高風機的運行效率對降低廠用電率具有重要的作用。

我國電站風機已普遍采用了高效離心風機，但實際運行效率并不高，其主要原因之一是風機的調(diào)速性能差，二是運行點遠離風機的最高效率點。我國現(xiàn)行的火電設計規(guī)程SDJ－79規(guī)定，燃煤鍋爐的送、引風機的風量裕度分別為5％和5％～10％，風壓裕度分別為10％和10％～15％。這是因為在設計過程中，很難準確地計算出管網(wǎng)的阻力，并考慮到長期運行過程中可能發(fā)生的各種問題，通常總是把系統(tǒng)的最大風量和風壓富裕量作為選擇風機型號的設計值。但風機的型號和系列是有限的，往往在選用不到合適的風機型號時，只好往大機號上靠。這樣，電站鍋爐送引風機的風量和風壓富裕度達20％～30％是比較常見的。

電站鍋爐風機的風量與風壓的富裕度以及機組的調(diào)峰運行導致風機的運行工況點與設計高效點相偏離，從而使風機的運行效率大幅度下降。一般情況下，采用風門調(diào)節(jié)的風機，在兩者偏離10％時，效率下降8％左右；偏離20％時，效率下降20％左右；而偏離30％時，效率則下降30％以上。對于采用風門擋板調(diào)節(jié)風量的風機，這是一個固有的不可避免的問題?？梢姡仩t送、引風機的用電量中，很大一部分是因風機的型號與管網(wǎng)系統(tǒng)的參數(shù)不匹配及調(diào)節(jié)方式不當而被調(diào)節(jié)門消耗掉的。因此，改進離心風機的調(diào)節(jié)方式是提高風機效率，降低風機耗電量的最有效途徑。圖1給出了離心式風機不同調(diào)節(jié)方式耗電特性比較曲線。

離心式風機在變速調(diào)節(jié)的過程中，如果不考慮管道系統(tǒng)阻力R的影響，且風壓H隨流量Q成平方規(guī)律變化，則風機的效率可在一定的范圍內(nèi)保持最高效率不變（只有在負荷率低于80％時才略有下降）。圖2給出了采用風門擋板調(diào)節(jié)和變速調(diào)節(jié)方式時，風機的效率－流量曲線。

由圖2可知：在風機的風量由100％下降到50％時，變速調(diào)節(jié)與風門擋板調(diào)節(jié)方式相比，風機的效率平均高出30％以上。因而，從節(jié)能的觀點來看，變速調(diào)節(jié)方式為最佳調(diào)節(jié)方式。發(fā)電廠輔機采用定速驅(qū)動時，風機靠風門擋板，水泵則靠閥門開度來調(diào)節(jié)流量，除產(chǎn)生大量的節(jié)流損耗外，反應速度慢，導致鍋爐的燃燒自動無法投入，因而機組的協(xié)調(diào)控制無法投入，機組無法響應負荷的動態(tài)變化。輔機采用調(diào)速驅(qū)動后，機組的可控性提高了，響應速度加快，控制精度也提高了。從而使整個機組的控制性能大大改善，不但改善了機組的運行狀況，還可以大大節(jié)約燃料，進一步節(jié)約能源。同時，采用變速調(diào)節(jié)以后，可以有效地減輕葉輪和軸承的磨損，延長設備使用壽命，降低噪聲，大大改善起動性能。工藝條件的改善也能夠產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。

圖1離心式風機不同調(diào)節(jié)方式耗電特性比較

圖2不同調(diào)節(jié)方式下的風機效率