液力偶合器在大型鍋爐風(fēng)機(jī)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(jī)的轉(zhuǎn)速不變,通過改變進(jìn)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(jī)的流量及風(fēng)壓,而此時(shí)風(fēng)機(jī)消耗的軸功率卻變化不大,造成了節(jié)流損失,浪費(fèi)大量的能源。風(fēng)機(jī)的變速調(diào)節(jié)是風(fēng)門擋板開度最大,通過改變風(fēng)機(jī)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(jī)的運(yùn)行曲線達(dá)到控制風(fēng)機(jī)的流量和壓力,使風(fēng)機(jī)處于高效率工作區(qū),減少附加阻力損耗,達(dá)到節(jié)能的目的。
常用的調(diào)速方法很多,各有優(yōu)缺點(diǎn)。如:變頻調(diào)速節(jié)電效果雖然不錯(cuò),不需要更換電機(jī),調(diào)速平滑,精度高,易實(shí)現(xiàn)自控和軟啟動(dòng),這種變頻調(diào)速裝置只適應(yīng)中小型低壓電機(jī),但是對(duì)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(duì)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(jī)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(jìn)步探索。由于液力近年來,隨著我國經(jīng)濟(jì)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(jià)不斷上漲,又進(jìn)一步加發(fā)電企業(yè)負(fù)擔(dān)。為此,節(jié)能降耗,是每個(gè)電廠急需解決的重要課題。風(fēng)機(jī)是鍋爐的主要輔機(jī)之一,又是重要的耗能設(shè)備。降低風(fēng)機(jī)電耗,提高風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率是電廠節(jié)能降耗的有效手段。
風(fēng)機(jī)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(jì)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(fù)荷的狀況下運(yùn)行,致使許多風(fēng)機(jī)的實(shí)際負(fù)荷偏離額定工作點(diǎn)運(yùn)行,能耗加,效率下降。目前鍋爐風(fēng)機(jī)負(fù)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(jī)進(jìn)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(diǎn),所以具有很大的推廣價(jià)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(jī)的轉(zhuǎn)速不變,調(diào)節(jié)擋板的開度,加管網(wǎng)阻力。風(fēng)機(jī)的風(fēng)量Q,變?yōu)镼2,由于系統(tǒng)的阻力加,此時(shí)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(jī)的組合,當(dāng)動(dòng)力機(jī)通過輸入軸帶動(dòng)泵輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),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(dòng),使液體的動(dòng)量矩大。當(dāng)工作液體由泵輪沖向?qū)γ娴臏u輪時(shí),工作液體便沿渦輪葉片流道向心流動(dòng),同時(shí)釋放能量,驅(qū)動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)并帶動(dòng)工作輪做功,靠著液體的傳動(dòng)使工作機(jī)和動(dòng)力機(jī)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(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。
3風(fēng)機(jī)調(diào)速運(yùn)行的節(jié)能原理改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量及風(fēng)壓,從而改變風(fēng)機(jī)所需軸功率。由風(fēng)機(jī)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(jī)的軸功率P與轉(zhuǎn)速n的立方成正比,即:為Ha,如此時(shí),風(fēng)機(jī)的軸功率一部分用來克服通風(fēng)的阻力而被浪費(fèi)掉了。
所以,采用擋板調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的流量時(shí),雖然風(fēng)量下降了,但風(fēng)壓卻上升了,風(fēng)機(jī)需要的軸功率變化不大。此時(shí),風(fēng)機(jī)的能耗降低很少。
33節(jié)能比較曲線Ri、R2代表風(fēng)機(jī)的擋板在不同開度時(shí)的阻力曲線。H(ni)、H(na)為不同轉(zhuǎn)速時(shí),風(fēng)機(jī)的運(yùn)行特性曲線,如。
風(fēng)機(jī)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(jī)的效率。
31采用液力偶合器調(diào)節(jié)風(fēng)量風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速由ni變?yōu)閚a時(shí),風(fēng)量也由Qi變?yōu)镼a風(fēng)壓也由Hi變?yōu)镠a風(fēng)機(jī)的軸功率也由Pi變?yōu)镻2,如圖i陰影部分即為風(fēng)機(jī)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(shí),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(shí),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(shí)例分析41節(jié)能分析某熱電廠5臺(tái)i30t/h循環(huán)流化床鍋爐,單臺(tái)鍋配電機(jī)的有關(guān)參數(shù)為:風(fēng)機(jī)采用擋板調(diào)節(jié)時(shí)的運(yùn)行情況:鍋爐的負(fù)荷在125th擋板的開度為30%,此時(shí)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量為/h風(fēng)壓為30800Pa電機(jī)電流47A.由前面的相關(guān)公式計(jì)算可得:風(fēng)機(jī)消耗的軸功率為從電機(jī)的工作電流計(jì)算電機(jī)輸出功率為P==37X/XcosdXn兩種計(jì)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(shí)的情況:流量為60000m3 /h則風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓為Hi 23700=10430Pa此時(shí)風(fēng)機(jī)所需要的軸功率為P=HXQ同樣是鍋爐負(fù)荷在125t/h用擋板調(diào)節(jié)流量時(shí),風(fēng)機(jī)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(shí),風(fēng)機(jī)所需的功率為2121W.單臺(tái)風(fēng)機(jī)改造費(fèi)用約需20余萬元,該廠共有5臺(tái)130t/h循環(huán)流化床鍋爐,全年因節(jié)電而產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)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(shí)產(chǎn)生了下列優(yōu)越效果:實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速:通過液力偶合器與鍋爐負(fù)荷信號(hào)相連,液力偶合器隨鍋爐負(fù)荷變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出轉(zhuǎn)速,實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速,調(diào)速范圍很寬,同時(shí)實(shí)現(xiàn)自控,易于調(diào)節(jié)。特別是風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速越低,其節(jié)能效果越明顯。
實(shí)現(xiàn)空載啟動(dòng):電機(jī)可以在空載或輕載下啟動(dòng),減少對(duì)電網(wǎng)的沖擊,縮短啟動(dòng)時(shí)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(hù):由于液力偶合器是柔性傳動(dòng),其泵輪與渦輪之間有轉(zhuǎn)速差。當(dāng)風(fēng)機(jī)的負(fù)荷有卡死或制動(dòng)時(shí),電機(jī)仍可運(yùn)行而不至燒壞,風(fēng)機(jī)也可以受到保護(hù)。
由于風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降低,減少了磨損,大大地延長了風(fēng)機(jī)的使用壽命。
降低噪聲:風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降低,整個(gè)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(dòng),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(jī)的喘震:一般來說,風(fēng)機(jī)的運(yùn)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(jī)越容易出現(xiàn)喘振現(xiàn)象。喘震對(duì)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)破壞性較大,因此必須在節(jié)能與防喘振兩個(gè)方面找到最佳的結(jié)合點(diǎn),實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的最優(yōu)化的控制。
加強(qiáng)設(shè)備管理:由于液力偶合器是與電機(jī)風(fēng)機(jī)直接相連,一旦其出現(xiàn)故障,將會(huì)導(dǎo)致鍋爐停機(jī),影響生產(chǎn)。所以應(yīng)加強(qiáng)設(shè)備的管理,減少設(shè)備的故障率。
5結(jié)論理論與實(shí)踐都證明:用液力偶合器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)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(jī)風(fēng)量,能實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(jī)風(fēng)量,應(yīng)根據(jù)風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)控制程序,避免風(fēng)機(jī)在喘振點(diǎn)工作。
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