液力偶合器在大型鍋爐風(fēng)機上的節(jié)能應(yīng)用研究
利用調(diào)節(jié)門這種調(diào)節(jié)方式就是風(fēng)機的轉(zhuǎn)速不變,通過改變進口擋板的開度,人為的改變通風(fēng)系統(tǒng)阻力特性曲線,從而改變風(fēng)機的流量及風(fēng)壓,而此時風(fēng)機消耗的軸功率卻變化不大,造成了節(jié)流損失,浪費大量的能源。風(fēng)機的變速調(diào)節(jié)是風(fēng)門擋板開度最大,通過改變風(fēng)機的轉(zhuǎn)速,在其管路阻力特性曲線不變的情況下,改變風(fēng)機的運行曲線達到控制風(fēng)機的流量和壓力,使風(fēng)機處于高效率工作區(qū),減少附加阻力損耗,達到節(jié)能的目的。
常用的調(diào)速方法很多,各有優(yōu)缺點。如:變頻調(diào)速節(jié)電效果雖然不錯,不需要更換電機,調(diào)速平滑,精度高,易實現(xiàn)自控和軟啟動,這種變頻調(diào)速裝置只適應(yīng)中小型低壓電機,但是對于大容量的高壓變頻器來說,關(guān)鍵元件不過關(guān),易損壞,對電網(wǎng)產(chǎn)生高次諧波,且投資大,目前變頻器在大型風(fēng)機上應(yīng)用受到限制。液力調(diào)速離合器屬于新型技術(shù)產(chǎn)品,生產(chǎn)廠08家較少,在推廣應(yīng)用上仍需進步探索。由于液力近年來,隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展,各地的用電日趨緊張,甚至部分地區(qū)出現(xiàn)拉閘限電的局面。由于煤價不斷上漲,又進一步加發(fā)電企業(yè)負擔(dān)。為此,節(jié)能降耗,是每個電廠急需解決的重要課題。風(fēng)機是鍋爐的主要輔機之一,又是重要的耗能設(shè)備。降低風(fēng)機電耗,提高風(fēng)機運行效率是電廠節(jié)能降耗的有效手段。
風(fēng)機的選擇需要考慮系統(tǒng)的最大風(fēng)阻、最大風(fēng)量、設(shè)備磨損等。根據(jù)有關(guān)設(shè)計規(guī)程,風(fēng)量的富裕系數(shù)為1153風(fēng)壓的富裕系數(shù)為125.而電廠鍋爐大部分是在低于額定負荷的狀況下運行,致使許多風(fēng)機的實際負荷偏離額定工作點運行,能耗加,效率下降。目前鍋爐風(fēng)機負荷調(diào)節(jié)大部分采用節(jié)流調(diào)節(jié),就是通過改變風(fēng)機進口擋板的開度偶合器技術(shù)成熟,一次性投資少,節(jié)電效果明顯,故障率低,傳輸功率大等特點,所以具有很大的推廣價值。
2液力偶合器的調(diào)速原理32采用傳統(tǒng)的節(jié)流調(diào)節(jié)風(fēng)量保持風(fēng)機的轉(zhuǎn)速不變,調(diào)節(jié)擋板的開度,加管網(wǎng)阻力。風(fēng)機的風(fēng)量Q,變?yōu)镼2,由于系統(tǒng)的阻力加,此時的阻力曲線由Ri變?yōu)镽a風(fēng)壓由Hi變調(diào)速型液力偶合器是以液體為工作介質(zhì)來傳遞功率,主要由背殼、渦輪、泵輪等構(gòu)成。它相當(dāng)于離心泵與渦輪機的組合,當(dāng)動力機通過輸入軸帶動泵輪轉(zhuǎn)動時,充入工作腔的液體介質(zhì)在離心力作用下,沿泵輪葉片向外緣流動,使液體的動量矩大。當(dāng)工作液體由泵輪沖向?qū)γ娴臏u輪時,工作液體便沿渦輪葉片流道向心流動,同時釋放能量,驅(qū)動渦輪旋轉(zhuǎn)并帶動工作輪做功,靠著液體的傳動使工作機和動力機柔性聯(lián)結(jié)在一起。改變液力偶合器工作腔的充滿度,便可以調(diào)節(jié)輸出轉(zhuǎn)速。充滿度升高,輸出轉(zhuǎn)速升高,反之降低,實現(xiàn)無級調(diào)速。
3風(fēng)機調(diào)速運行的節(jié)能原理改變風(fēng)機的轉(zhuǎn)速可以調(diào)節(jié)風(fēng)機的風(fēng)量及風(fēng)壓,從而改變風(fēng)機所需軸功率。由風(fēng)機的相似定律可知:風(fēng)壓H與轉(zhuǎn)速n的平方成正比,即:風(fēng)機的軸功率P與轉(zhuǎn)速n的立方成正比,即:為Ha,如此時,風(fēng)機的軸功率一部分用來克服通風(fēng)的阻力而被浪費掉了。
所以,采用擋板調(diào)節(jié)風(fēng)機的流量時,雖然風(fēng)量下降了,但風(fēng)壓卻上升了,風(fēng)機需要的軸功率變化不大。此時,風(fēng)機的能耗降低很少。
33節(jié)能比較曲線Ri、R2代表風(fēng)機的擋板在不同開度時的阻力曲線。H(ni)、H(na)為不同轉(zhuǎn)速時,風(fēng)機的運行特性曲線,如。
風(fēng)機的軸功率P與風(fēng)量風(fēng)壓H的乘積成正比,即:其中:i、K2、K3為常數(shù),n為風(fēng)機的效率。
31采用液力偶合器調(diào)節(jié)風(fēng)量風(fēng)機的轉(zhuǎn)速由ni變?yōu)閚a時,風(fēng)量也由Qi變?yōu)镼a風(fēng)壓也由Hi變?yōu)镠a風(fēng)機的軸功率也由Pi變?yōu)镻2,如圖i陰影部分即為風(fēng)機減少的軸功率消耗值。所以,轉(zhuǎn)速越低,其節(jié)能效果越明顯。
可以看出,兩種不同情況下消耗的軸功率:采用節(jié)流調(diào)節(jié),當(dāng)QiQa時,軸功率QiXHi與Q2XH2基本不變;采用液力偶合器調(diào)節(jié),當(dāng)Qi―Q2時,所需軸功率為Q2XHS比QiXHi小得多;節(jié)能效果非常突出。
4節(jié)能實例分析41節(jié)能分析某熱電廠5臺i30t/h循環(huán)流化床鍋爐,單臺鍋配電機的有關(guān)參數(shù)為:風(fēng)機采用擋板調(diào)節(jié)時的運行情況:鍋爐的負荷在125th擋板的開度為30%,此時風(fēng)機的風(fēng)量為/h風(fēng)壓為30800Pa電機電流47A.由前面的相關(guān)公式計算可得:風(fēng)機消耗的軸功率為從電機的工作電流計算電機輸出功率為P==37X/XcosdXn兩種計算結(jié)果基本一致。
采用液力偶合器調(diào)速來調(diào)節(jié)流量時的情況:流量為60000m3 /h則風(fēng)機的風(fēng)壓為Hi 23700=10430Pa此時風(fēng)機所需要的軸功率為P=HXQ同樣是鍋爐負荷在125t/h用擋板調(diào)節(jié)流量時,風(fēng)機所需的功率為6261W;而用液力偶合器調(diào)速調(diào)節(jié)風(fēng)量時,風(fēng)機所需的功率為2121W.單臺風(fēng)機改造費用約需20余萬元,該廠共有5臺130t/h循環(huán)流化床鍋爐,全年因節(jié)電而產(chǎn)生的經(jīng)濟效益約合800萬元,節(jié)能效果十分明顯。
42系統(tǒng)優(yōu)化分析液力偶合器應(yīng)用于系統(tǒng)中,除節(jié)能外,同時產(chǎn)生了下列優(yōu)越效果:實現(xiàn)無級調(diào)速:通過液力偶合器與鍋爐負荷信號相連,液力偶合器隨鍋爐負荷變化而自動調(diào)節(jié)輸出轉(zhuǎn)速,實現(xiàn)無級調(diào)節(jié)風(fēng)機轉(zhuǎn)速,調(diào)速范圍很寬,同時實現(xiàn)自控,易于調(diào)節(jié)。特別是風(fēng)機的轉(zhuǎn)速越低,其節(jié)能效果越明顯。
實現(xiàn)空載啟動:電機可以在空載或輕載下啟動,減少對電網(wǎng)的沖擊,縮短啟動時間。
隔離震蕩:液力偶合器的泵輪與渦輪是通過工作液來傳遞功率的,是柔性聯(lián)結(jié)。所以具有良好的隔震效果。
過載保護:由于液力偶合器是柔性傳動,其泵輪與渦輪之間有轉(zhuǎn)速差。當(dāng)風(fēng)機的負荷有卡死或制動時,電機仍可運行而不至燒壞,風(fēng)機也可以受到保護。
由于風(fēng)機的轉(zhuǎn)速降低,減少了磨損,大大地延長了風(fēng)機的使用壽命。
降低噪聲:風(fēng)機的轉(zhuǎn)速降低,整個系統(tǒng)噪聲明顯降低,減少了環(huán)境污染。
工作平穩(wěn):可以平穩(wěn)啟動,加速、減速和停止。
液力偶合器應(yīng)用于系統(tǒng)中應(yīng)注意的問題:防止風(fēng)機的喘震:一般來說,風(fēng)機的運行速度越低,風(fēng)量風(fēng)壓越小,其節(jié)能效果越明顯,但風(fēng)機越容易出現(xiàn)喘振現(xiàn)象。喘震對風(fēng)機系統(tǒng)破壞性較大,因此必須在節(jié)能與防喘振兩個方面找到最佳的結(jié)合點,實現(xiàn)風(fēng)機的最優(yōu)化的控制。
加強設(shè)備管理:由于液力偶合器是與電機風(fēng)機直接相連,一旦其出現(xiàn)故障,將會導(dǎo)致鍋爐停機,影響生產(chǎn)。所以應(yīng)加強設(shè)備的管理,減少設(shè)備的故障率。
5結(jié)論理論與實踐都證明:用液力偶合器調(diào)節(jié)風(fēng)機風(fēng)量,能產(chǎn)生顯著的節(jié)能效果。
用液力偶合器調(diào)節(jié)風(fēng)機風(fēng)量,能實現(xiàn)無級調(diào)速,實現(xiàn)自動控制,系統(tǒng)隔離震蕩,降低噪聲,工作平穩(wěn)。
用液力偶合器調(diào)節(jié)風(fēng)機風(fēng)量,應(yīng)根據(jù)風(fēng)機的特點設(shè)計控制程序,避免風(fēng)機在喘振點工作。
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