鍋爐輔機(jī)節(jié)電改造

一、輔機(jī)耗能與鍋爐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)系：

鍋爐輔機(jī)主要包括通風(fēng)設(shè)備，給水與補(bǔ)水泵，熱水循環(huán)泵，燃料處理與輸送設(shè)備，出渣、除塵以及水處理設(shè)施等。這些設(shè)備的正常工作是鍋爐安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要組成部分。不難設(shè)想，輔機(jī)經(jīng)常出事故，運(yùn)行不正常，鍋爐的安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行就會(huì)受到嚴(yán)重影響。因此，加強(qiáng)對輔機(jī)的合理選配與控制，并不斷進(jìn)行節(jié)能改造與檢修維護(hù)，是非常重要的。

鍋爐輔機(jī)設(shè)備如此之多，限于篇幅關(guān)系，本節(jié)著重介紹鍋爐的通風(fēng)設(shè)備與給水設(shè)備及熱水循環(huán)泵。

二、鍋爐通風(fēng)設(shè)備節(jié)電改造：

1. 合理選配風(fēng)機(jī)，防止“大馬拉小車”：

鍋爐鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)量與風(fēng)壓是根據(jù)鍋爐最大負(fù)荷，即最大燃料消耗量，經(jīng)計(jì)算確定的。所計(jì)算出的實(shí)際空氣量，通常加10％的富余系數(shù)，來選配風(fēng)機(jī)；風(fēng)壓的大小是根據(jù)燃燒方式、料層與管道阻力等因素經(jīng)計(jì)算確定的，并加20％的富余系數(shù)。

同理，引風(fēng)機(jī)的風(fēng)量也按最大燃料消耗量確定煙氣量，根據(jù)測試結(jié)果或經(jīng)驗(yàn)，選取各部位的漏風(fēng)系數(shù)，即可得出煙囪底部的最大煙氣量，再加10％的富余系數(shù)，來進(jìn)行選取；關(guān)于風(fēng)壓的確定，系以爐膛到煙囪底部的煙氣流程阻力計(jì)算為準(zhǔn)，再加20％的富余系數(shù)，并減去煙囪吸力，最后選定引風(fēng)機(jī)型號(hào)。

從理論上講，以上有關(guān)鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)的選取方法并沒有錯(cuò)，而問題在于：

①有關(guān)鍋爐供熱負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)并不準(zhǔn)確，有寧大勿小的思想。因而鍋爐實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷率較低，達(dá)不到鍋爐額定出力，存在“大馬拉小車”現(xiàn)象，主輔機(jī)不匹配，影響鍋爐熱效率。

②企業(yè)的用熱負(fù)荷并不穩(wěn)定，工況時(shí)有變化。尤其是企業(yè)自備的中小型鍋爐，負(fù)荷變動(dòng)頻繁，風(fēng)機(jī)控制方法又比較落后，最大燃料消耗量與最小燃料消耗量所需風(fēng)量懸殊太大，鍋爐操作難以適應(yīng)。

③風(fēng)機(jī)風(fēng)量變化大，偏離了風(fēng)機(jī)特性曲線效率最高區(qū)域，因而風(fēng)機(jī)在低效率下運(yùn)行，功率因數(shù)低，電耗升高。應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，合理選配風(fēng)機(jī)，使其在高效率區(qū)間工作，并研究風(fēng)機(jī)在變工況下的合理控制技術(shù)，是風(fēng)機(jī)節(jié)電潛力所在。

2.改進(jìn)風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)控制方法：

（1）鼓、引風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖控制并采用導(dǎo)向器調(diào)節(jié)　中小型工業(yè)鍋爐的鼓風(fēng)機(jī)或引風(fēng)機(jī)多數(shù)是利用閘板或轉(zhuǎn)動(dòng)擋板調(diào)節(jié)風(fēng)量的，風(fēng)量的減小靠增加節(jié)流阻力實(shí)現(xiàn)。風(fēng)機(jī)壓頭有一部分用來克服節(jié)流阻力，致使風(fēng)機(jī)在較低效率下工作，必然多消耗電能，很不經(jīng)濟(jì)。有少數(shù)鍋爐仍把調(diào)節(jié)裝置安裝在風(fēng)機(jī)出風(fēng)口處，這是不對的，應(yīng)安裝在進(jìn)風(fēng)口處。比較經(jīng)濟(jì)適用的調(diào)節(jié)方法是改用導(dǎo)向器調(diào)節(jié)。因?yàn)閷?dǎo)向器可以使氣流在進(jìn)入風(fēng)機(jī)工作輪前先行轉(zhuǎn)向，達(dá)到調(diào)節(jié)風(fēng)量的目的，比前者優(yōu)越，并可節(jié)電。其結(jié)構(gòu)比較簡單，可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行改進(jìn)。

如前所述，鼓風(fēng)機(jī)與引風(fēng)機(jī)是密切相關(guān)的，為保證爐膛壓力在微負(fù)壓下穩(wěn)定運(yùn)行，可實(shí)施聯(lián)鎖控制，既滿足操作方便要求，又可節(jié)電。

（2）更換與風(fēng)量相匹配的電機(jī)　在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中，由于種種原因，確有風(fēng)機(jī)容量選大，電機(jī)功率隨之加大，造成“大馬拉小車”的現(xiàn)象，致使電耗升高。更換全套風(fēng)機(jī)，一次性投資加大，很不劃算，可更換與實(shí)際風(fēng)量相匹配的電機(jī)功率的方法來實(shí)現(xiàn)。此方法需要核算電動(dòng)機(jī)所需功率，現(xiàn)作一簡要介紹。

在風(fēng)機(jī)產(chǎn)品目錄或風(fēng)機(jī)銘牌上所標(biāo)出的性能參數(shù)，是在風(fēng)機(jī)效率不低于90％時(shí)所對應(yīng)的性能。表中Qnet,ar指燃料的收到基發(fā)熱量，單位是kJ/[m3（kg）]?？諝庀禂?shù)α應(yīng)為煙囪底部的值。如已知爐膛煙氣出口的空氣系數(shù)，還必須加上該出口至煙囪底部區(qū)間的總漏風(fēng)系數(shù)。明顯漏風(fēng)處應(yīng)封堵后進(jìn)行測試，然后再乘以燃料消耗量，即為每小時(shí)實(shí)際排出的煙氣量?？梢娐╋L(fēng)系數(shù)越大，排出的煙氣量越大，引風(fēng)機(jī)消耗電能越高。

注：Qnet,ar為收到基低位發(fā)熱量，kJ/kg（m3）；α為爐膛燃燒的空氣系數(shù)，也可表示為αL；Vα為爐膛燃燒生成的煙氣量，m3/kg（m3）。

通過以上計(jì)算，如果核算的電機(jī)功率與銘牌標(biāo)注的功率相差不大，就認(rèn)為是基本合理的。如果核算的功率比銘牌標(biāo)注的功率小得多，則應(yīng)更換與實(shí)際情況相匹配的電機(jī)，便可節(jié)電，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

3.采用變頻調(diào)速與追蹤負(fù)載節(jié)電新技術(shù)：

（1）變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用　交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速裝置或變頻電機(jī)，就是通過改變電源的頻率，對其進(jìn)行調(diào)速的。

鍋爐用鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、水泵等，一般均為電動(dòng)機(jī)恒速運(yùn)轉(zhuǎn)，輸出一定風(fēng)量或出水量。如要改變風(fēng)量，以往是通過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)入口處的擋板或?qū)蚱鞯拈_度來實(shí)現(xiàn)；水泵的出水量則是通過調(diào)節(jié)泵出口管道上的調(diào)節(jié)閥開度來達(dá)到。風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和水泵的出水量與其轉(zhuǎn)速成正比，其消耗的功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。因此，采用變頻調(diào)速技術(shù)，改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)風(fēng)量或出水量的大小，優(yōu)于過去的落后控制方法，從而達(dá)到節(jié)電目的。

變頻調(diào)速技術(shù)經(jīng)過許多生產(chǎn)廠家多年的開發(fā)研究與不斷改進(jìn)，目前已有很大進(jìn)步，技術(shù)相當(dāng)成熟。通過不少企業(yè)實(shí)際應(yīng)用，證明能較好地解決上述存在的問題，節(jié)電效果顯著。同時(shí)，每千瓦容量的造價(jià)也有降低，在當(dāng)前電價(jià)上漲的情況下，更顯示出應(yīng)用該技術(shù)的優(yōu)越性。

（2）變頻調(diào)速與恒速追蹤負(fù)載綜合節(jié)電新技術(shù)　近年來日本神王電氣（北京）有限公司等生產(chǎn)廠家研制出將變頻調(diào)速與恒速追蹤負(fù)載一體化的綜合節(jié)電技術(shù)，開發(fā)出具有國際先進(jìn)水平的自適應(yīng)全自動(dòng)節(jié)電裝置。應(yīng)用微電腦和內(nèi)置PID閉環(huán)自動(dòng)跟蹤控制系統(tǒng)，將數(shù)字技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合，把普通變頻調(diào)速節(jié)電技術(shù)又推上了一個(gè)新臺(tái)階，使風(fēng)機(jī)、水泵節(jié)電技術(shù)進(jìn)一步完善，成為目前節(jié)電技術(shù)的首選設(shè)備。

①用于鍋爐額定出力大于供熱負(fù)荷，長期處于低負(fù)荷下運(yùn)行，造成輔機(jī)選配偏大，與實(shí)際不相匹配，存在“大馬拉小車”情況。除更換相匹配的電機(jī)外，還可采用變頻調(diào)速與恒速追蹤負(fù)載綜合節(jié)電技術(shù)，達(dá)到雙重節(jié)電。

②工業(yè)鍋爐供熱負(fù)荷波動(dòng)大。由于風(fēng)機(jī)、水泵是按最大供熱負(fù)荷選配的，當(dāng)供熱負(fù)荷小時(shí)，富余量太大，偏離了特性曲線效率最佳區(qū)間，功率因數(shù)太低，機(jī)組效率明顯下降，電耗必然升高。采用變頻調(diào)速與恒速跟蹤負(fù)載綜合節(jié)電裝置后，其功能組合可根據(jù)負(fù)荷變化的實(shí)際情況自由設(shè)定，可單一設(shè)定，也可組合設(shè)定，使功率因數(shù)保持在0.96以上，機(jī)組始終處于高效運(yùn)行狀態(tài)，便可節(jié)電。

③工業(yè)鍋爐使用的風(fēng)機(jī)、水泵負(fù)載經(jīng)常發(fā)生變化，但其轉(zhuǎn)速要求保持相對穩(wěn)定，即輸送介質(zhì)壓力保持一定。當(dāng)電機(jī)負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，綜合節(jié)電裝置設(shè)有閉環(huán)自動(dòng)跟蹤控制系統(tǒng)，將測量參數(shù)與設(shè)定參數(shù)相比較，自動(dòng)跟蹤負(fù)載的變化，輸入電機(jī)負(fù)載所需要的電壓，滿足功率所需，而轉(zhuǎn)速保持恒定，最大限度地提高功率因數(shù)在0.96以上，節(jié)電效果顯著。

④變頻調(diào)速與恒速跟蹤負(fù)載節(jié)電裝置，均設(shè)有軟啟動(dòng)、軟停車功能，克服了以往電機(jī)啟動(dòng)不平穩(wěn)、噪聲大、啟動(dòng)電流大，對設(shè)備與電網(wǎng)造成沖擊，影響使用壽命等弊病。同時(shí)增設(shè)了全方位的保護(hù)功能，有過電流、過電壓、欠相、欠壓、過熱、瞬時(shí)斷電等保護(hù)，及時(shí)發(fā)出報(bào)警，保證安全、靜音運(yùn)行。

⑤工業(yè)鍋爐尤其是中小型工業(yè)鍋爐，控制方式單一落后，多數(shù)為手動(dòng)控制，不能與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，無通信功能，無接口，需要更新?lián)Q代。采用節(jié)電器后，這些問題可得到同時(shí)解決。

三、鍋爐水泵節(jié)電改造：

1. 鍋爐水泵功能與節(jié)電潛力分析：

鍋爐給水設(shè)備有給水泵、補(bǔ)水泵及熱水循環(huán)泵等。這些設(shè)備是滿足鍋爐正常供熱與連續(xù)安全運(yùn)行所必需的。其耗電量的大小占輔機(jī)電耗相當(dāng)大的比例，存在問題與節(jié)電潛力主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

①存在“大馬拉小車”現(xiàn)象。如同鍋爐通風(fēng)設(shè)備分析的那樣，鍋爐額定出力大于實(shí)際供熱負(fù)荷，因而負(fù)荷率低，造成水泵選配偏大，不相匹配，電耗升高。

②多數(shù)蒸汽鍋爐降壓運(yùn)行，很少按額定壓力運(yùn)行。而水泵是按鍋爐額定壓力選配的，且留有一定的裕量，造成水泵揚(yáng)程高，電機(jī)功率大，有浪費(fèi)電的現(xiàn)象。

③工業(yè)鍋爐供熱負(fù)荷波動(dòng)大，而水泵選配大，變工況調(diào)節(jié)控制方法落后，一般采用調(diào)節(jié)閥門開度來達(dá)到，阻力損失大，電耗升高。

④高溫?zé)崴仩t多數(shù)按低溫?zé)崴仩t運(yùn)行，且供熱負(fù)荷的變化，習(xí)慣于用溫度來調(diào)節(jié)，很少用循環(huán)水泵流量進(jìn)行量調(diào)節(jié)，造成電耗高。

⑤管網(wǎng)布置不合理，阻力損失大，也能造成水泵電耗升高。

2.水泵節(jié)電改造：

（1）鍋爐多級給水泵抽級改造　上述節(jié)電潛力分析中證明，水泵的揚(yáng)程余量較大，實(shí)際給水系統(tǒng)所需要的揚(yáng)程小于原配套的揚(yáng)程，存在浪費(fèi)現(xiàn)象，造成電耗升高。據(jù)此可進(jìn)行多級泵抽級改造，把富余部分揚(yáng)程去掉，便可節(jié)電。在改造時(shí)應(yīng)經(jīng)詳細(xì)核算，按揚(yáng)程富余量多少，抽掉一級或幾級葉輪，換上等長度的套管代替便可。抽級后的多級給水泵流量基本不變，揚(yáng)程隨之降低，軸功率明顯減小，節(jié)電效果顯著，已被很多工廠實(shí)踐所證明。水泵抽級改造一般選在進(jìn)口側(cè)較好，方法簡單，普通工廠均可自行改造。

（2）鍋爐單級給水泵切削葉輪改造　根據(jù)水泵的葉輪直徑與流量、揚(yáng)程和功率的比例關(guān)系呈一次方、二次方和三次方的規(guī)律，開發(fā)了切削葉輪外徑節(jié)電法。

該方法的要點(diǎn)是適量切削葉輪外徑，使葉輪外徑與泵殼體之間的間隙比原來適當(dāng)加大。切削后水泵的轉(zhuǎn)數(shù)保持不變，流量略有減小，揚(yáng)程呈二次方下降，功率呈三次方降低，因而節(jié)電效果明顯，已被很多工廠實(shí)踐所證明。

改造前應(yīng)經(jīng)詳細(xì)測算，按所需揚(yáng)程等參數(shù)，計(jì)算出葉輪外徑切削量，加以適當(dāng)修正后，作為實(shí)際切削量。

3.變頻調(diào)速與恒速追蹤負(fù)載綜合節(jié)電新技術(shù)：

①水泵應(yīng)用變頻調(diào)速與風(fēng)機(jī)完全相同，前面已作了詳細(xì)講解，在此不贅述。近年來不少企業(yè)的鍋爐給水泵安裝了變頻調(diào)速器，節(jié)電效果明顯。

②鍋爐給水泵、補(bǔ)水泵更適合應(yīng)用變頻調(diào)速與跟蹤負(fù)載綜合節(jié)電技術(shù)。因?yàn)樗靡话阋缶哂幸欢ǖ膿P(yáng)程，即電機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)恒定。如果原安裝的水泵揚(yáng)程有裕量，又可按變負(fù)荷進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，應(yīng)用組合設(shè)定或單一設(shè)定功能，雙重節(jié)電，效果會(huì)更好。

③熱水循環(huán)泵同樣可應(yīng)用綜合節(jié)電技術(shù)。對供熱負(fù)荷的變化，以往習(xí)慣于用溫度來進(jìn)行調(diào)節(jié)。如果安裝變頻調(diào)速器，用以調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，對水泵揚(yáng)程會(huì)受到影響，不能滿足供熱要求。當(dāng)安裝綜合節(jié)電裝置后，能保持電機(jī)恒速運(yùn)轉(zhuǎn)，并可連續(xù)、準(zhǔn)確、自動(dòng)跟蹤電機(jī)負(fù)載變化，及時(shí)調(diào)整電機(jī)輸入電壓，保證電機(jī)在高效區(qū)間運(yùn)行，功率因數(shù)在0.96以上，節(jié)電效果明顯。如果循環(huán)泵揚(yáng)程有裕量，再加上變負(fù)荷調(diào)節(jié)控制，節(jié)電效果會(huì)更好。

④水泵節(jié)電改造后，仍可應(yīng)用綜合節(jié)電技術(shù)。因?yàn)樯鲜鏊酶脑熘荒馨磳?shí)際最大供熱負(fù)荷確定，當(dāng)負(fù)荷變小時(shí)，水泵仍有節(jié)電潛力。

4.風(fēng)機(jī)、水泵管網(wǎng)改造，減小阻力損失：

有些風(fēng)機(jī)、水泵管網(wǎng)，包括風(fēng)室結(jié)構(gòu)和煙道等設(shè)計(jì)、安裝不合理，系統(tǒng)阻力損失大，影響電機(jī)電耗升高，諸如渦流損失、急轉(zhuǎn)彎撞擊損失、漏風(fēng)損失等。要設(shè)法進(jìn)行改造，減小阻力損失，便可節(jié)電。這種節(jié)電潛力普遍存在，不應(yīng)忽視。只要用心分析并解決實(shí)際問題，必然會(huì)取得節(jié)電效果。