液力偶合器在电厂引风机的应用
摘要：通过在锅炉引风机上实际应用液力偶合器进行风机风量调节方式改造后的运行效果及改前改后的数据比较分析，指出利用液偶进行变速调节后的引风机节能效果及优势。
1 前言
在火力发电厂中，除了泵类外，风机是消耗厂内用电的主要设备，以额定蒸发量420t/h燃煤锅炉为例，在设计工况下以恒速运行的送引风机原动机功率之和可达3420kW，占发电机额定单机容量的2.736%。
如何降低这部分设备耗电率、降低厂用电率，是各厂节能工作的焦点之一。
我省邵武电厂两台420t/h 锅炉原配置的送引风机均为入口导向挡板调节的恒速运行离心式风机，1号机组在带满负荷情况下运行，其入口导向挡板开度仅在30%～50％之间，试验时机组带124MW负荷，两台引风机入口导向挡板开度分别为45%和36％，2号锅炉的两台引风机情况也基本类似，可见在设计配置引风机时其容量明显偏大，这样造成风机的运行效率偏低。
特别是由于机组担负电网的调峰任务，更加恶化引风机的运行效率，降低其经济性能，严重影响厂用电率和节能降耗的指标。
为改变这种状况，该厂1号机组在2000年二季度大修期间把锅炉两台引风机的传动装置改装为液力偶合器，通过液力偶合器实现风机的变速调节。
通过现场测试和运行比较，其经济性能较好，运行质量较稳定。
其操作简便、变速范围较广且可无级变速、易于实现远控等特性在该机组调峰试验中得到发挥和考验。
2 利用液力偶合器进行风机调节方式改造的优缺点
2.1 优点(1)设备成本相对较低，改造时对原有设施的利用率比较高，投资少，易于回收，使用寿命长；(2)可在较大的工作范围内实现无级变速，而且变速调节性能比较稳定，波动较小，工作可靠；(3)电动机与风机之间实现柔性连接和传动，对轴系的振动有隔离作用，实现电动机空载启动，可防止电动机过载；(4)操作简单，维护简便，改善劳动条件；(5)转速降低时，飞灰对风机叶片的磨损减小，有效地保护了叶片并避免叶片因磨损而导致风机效率降低的可能性。
2.2 缺点（1）最突出的缺点就是存在转差率而产生速度损失，因而无法达到额定的转速，即转速输出总小于输入的值，这种损失以发热形式损耗掉；(2)功率越小，电源输入的功率因数越低。
3 液偶在锅炉引风机上应用效果分析
3.1 改造工作简单易行
前述125MW机组的锅炉在大修期间将两台用靠背轮传动恒速运行节流调节的引风机改造成液力偶合器传动变速调节，引风机本体原有基础未做变动，只将电机适当移位并在电机端加注电机基础，改造仅投资液力偶合器和加注基础部分。
可见这种改造对风机原有设施能充分加以利用，施工量比较小，投资省，改造工作易于实施。
3.2 改造前引风机测试数据分析
在改造前，对1B引风机在机组负荷为124MW的工况下进行现场测试，测试
结果详见表1。
从中可以看出，改前1B引风机在进口挡板开度为36％（此时1A 进口挡板开度为45％，发电机负荷为124MW），其通风量为102.8m3/s，可满足机组带负荷的需要，此时风机的设备效率仅为61.05%，风机输送每立方米烟气的耗电量为3.773kW.s/m3（单位电耗），整个设备的运行效率比较低。
这除了风机本身的效率影响外，因电机恒速运行而采用入口导向挡板进行调节引起的损失对效率的影响是相当重要的一部分。
3.3 改造后引风机测试数据分析改造为液力偶合器变速调节的引风机，在经过一段时间运行实践，运行工况比较稳定及运行操作比较熟练后，对改造后的两台引风机进行现场测试，结果详见表2。
表1 改前1B引风机试验数据简表项目符号单位数据机组电负荷GEN MW 124 锅炉蒸发量D t/h 412.9 引风机入口挡板开度1A风机% 45 1B风机36 引风机电机电流I A 51 测量截面处流量Vm m3/s 102.8 引风机有效功率Pe kW 236.79 电动机输出功率PE kW 387.89 单位电耗w kW.s/m3 3.773 引风机设备效率ηE % 61.05 表2 加装液偶后1A/1B引风机试验结果汇总表项目符号单位1A引风机液偶勺管开度1B引风机液偶勺管开度30% 50% 70% 30% 50% 70% 机组电负荷GEN MW 98 75 101 99.7 100.6 99.3 锅炉蒸发量D t/h 313 263 325 315.3 320.4 308.7 引风机电机电流I A 37.83 55.1 68.33 32.83 38 60 引风机叶轮转速n r/min 449 610 717 393 465 673 测量截面处体积流量Vm m3/s 83.6 147.53 181.3 55.43 90.51 15
4.01 引风机有效功率Pe kW 167.05 334.73 464.17 99.985 17
5.54 384.19 功率因数cosψ /0.5963 0.773 0.815 0.403 0.592 0.797 电动机输出功率PE kW 199.3 37
6.3 519.7 116.87 198.7 422.4 单位电耗w kW.s/m3 2.384 2.551 2.867 2.108 2.195 2.743 引风机设备效率ηE % 83.82 88.95 89.32 85.6 88.3 90.96 从表2的数据看，风机的调节方式从挡板调节改成变速调节后，虽然风机本体没有改动，但由于调节方式的变化，风机运行效率得到提高；随风机烟气量下降其单位电耗的下降与效率下降相比，单位电耗下降幅度较大，这是因为低负荷运行时所需的风压也降低了。
3.4 改前、改后运行数据分析为了能进一步分析改造前后的经济性能，从日常运行的引风机电流看（表3－a），在机组所带负荷基本相同或基本相近时改后的引风机运行电流明显低于改前的电流值（表3－a所列的系两台引风机电流之和）。
通过对运行报表数据的统计分析后，归纳出改前及改后引风机负荷率与耗电率（见表3－b），也很明显看出改后的引风机耗电率显著低于改前的数值，且在改前负荷降低时风机耗电率是随负荷降低而逐渐上升，而改后的耗电率在负荷降低时基本稳定于0.60%～0.64%之间。
这里的耗电率指风机消耗功率与发电机功率之比。
表3-a 改前与改后两台引风机在相同负荷时其电流之和负荷(MW) 电流（A）60 70 80 90 100 110 120 改前97 98 101.3 102.4 103.8 106.1 108.6 改后70.1 73.3 76.3 83.7 85.9 89.4 92.1 表3-b 负荷率与风机耗电率统计表改前负荷率％7
4.8 76.7 83.2 87.3 89.9 91.5 耗电率％0.82 0.85 0.82 0.80 0.78 0.77 改后负荷率％69.3 72 76.2 83 87.3 90.1 耗电率％0.64 0.62 0.62 0.63 0.63 0.60 3.5 变速运行有利于减少风轮叶片的磨损
从流体流动方面分析，改用液偶进行风量调节后，由于风机叶轮的转速发生
变化引起叶道进口的流速及流体进入叶道的流动工况发生变化，当转速降低时，叶道内及进入叶道的流速变小，烟气中的飞灰对叶道及叶片前沿撞击磨损相对变小，有益于改善或减慢烟气中的飞灰对叶片的磨损，有利于保护风机的叶片，避免因风机叶片磨损造成叶轮震动和效率降低，对提高风机可靠性和利用率及使用寿命均有一定影响。
4 结论分析
(1)从风机相似理论分析看，由于流量与转速成一次方，全风压与转速成二次方，功率与转速成三次方关系，故改造后若转速下降一半，则风机的流量减小到原来1/2，全风压减小到原来1/4，轴功率减小到原来的1/8。
(2)从实际应用的结果看，在满足机组负荷需要的情况下，无论从实测数据分析，还是从日常运行数据及报表统计数据分析，引风机的风量调节改用液力偶合器后，其输送单位烟气的耗电量（单位电耗）显著小于改前的值，其运行效率也远高于改前，其节能效果相当明显。
同时改善了运行操作和调节性能，可便于优化两台风机运行负荷。
(3)对锅炉引风机采用液力偶合器进行传动方式改造，实现了变速调节，不但能达到节电的效果，而且在一定程度上能改善风机的运行磨损和振动，有益于延长风机的使用周期。
(4)这种进行风机传动方式及调节方法的改造也同样可以用于送风机的改造，不过在改造前应对运行风机进行一次摸底，以便弄清各种工况下风机的性能和适应负荷的能力。
因此建议邵武电厂在已将1号炉引风机改造成液偶调节的基础上，再在1号炉的送风机及2号炉的送引风机上加装液偶调节，以进一步促进节能增效的工作。
(5)目前我省火力发电厂除亚临界、超临界机组外，锅炉用离心式送引风机主要是采用恒速运行节流调节的运行模式，对于经常变负荷运行的机组应考虑进行风机风量调节方式的改造。
特别是在单机容量相对于当前电网容量显得较小的锅炉上使用的送引风机，利用液偶进行调速改造投资较省，应用效果较显著。
