经过对本课程的学习我从中了解到了泵与风机在国民生产中的重要性。因此我围绕节能这一命题在电厂泵与风机的方面进行论述。随着国家节能减排政策的推行企业纷纷响应号召制定了一系列以节水、节能、资源综合利用和环境保护为重点的技术改造措施。此类项目的可行性研究报告工作重点是要论证节能减排的技术上和经济上的可行性 而经济上论证项目的可行性又成为项目可行的一个关键。
能源工业作为国民经济的基础对于社会、经济的发展和人民生活水平的提高都极为重要。在高速增长的经济环境下中国能源工业面临经济增长与环境保护的双重压力。而且受资金、技术、能源价格等因素的影响中国能源利用效率比发达国家低很多只及发达国家的50%左右90%以上的能源在开采、加工转换、储运和终端利用过程中损失和浪费。由此可见对能源的有效利用在我国已经非常迫切。
火电厂是最主要的能源消耗大户在我国的二次能源结构中约占74%。而在火力发电厂中泵与风机是最主要的耗电设备加上这些设备存在着“大马拉小车”的现象同时由于这些设备长期连续运行和常常处于低负荷及变负荷运行状态运行工况点偏离高效点运行效率降低大量的能源在终端利用中被白白地浪费掉。因此对电厂泵与风机进行节能研究有着突出重要的意义。
一、我国发电厂泵与风机运行状况及节能潜力分析 火力发电厂中运行的泵与风机种类繁多数量多总装机容量大耗电量大约占全国火电发电量的6%。发电厂辅机的经济运行尤其是大功率的泵与风机的经济运行直接关系到厂用电率的高低而厂用电率的高低是影响供电煤耗和发电成本的主要因素之一。
目前我国火电厂中除少量采用汽动给水泵液力耦合器及双速电机外其它水泵和风机基本上都采用定速驱动。这种定速驱动的泵由于采用出口阀风机则采用入口风门调节流量都存在严重的节流损耗。尤其在机组变负荷运行时由于水泵和风机的运行偏离高效点使运行效率降低。有资料显示我国50MW以上机组锅炉风机运行效率低于70的占一半以上低于50的占1/5左右。由于目前我国约2/3的风机类机械在运行中需要调节流量用阀门式挡板调节能源损失和浪费很大已经到了非改不可的地步了。
造成这种现象的原因是多方面的主要是科研开发投入不足科研与生产缺乏有机的结合生产工艺落后型线误差大过流表面粗糙。目前我国大多采用木模整体铸造。由于中、高比转速离心式泵与风机叶片扭曲造型起模困难造型误差较大。目前我国使用的许多大型泵与风机其性能实测值与样本给定值误差较大这也是主要原因之一。
我国许多大中型泵与风机套用定型产品由于型谱是分档而设间隔较大一般只能套用相近型产品造成泵与风机的实际运行情况偏离最优运行区运行效率低能耗高。设计选型时加保险系数裕量过大也会造成运行工况偏离最优区。
二、火电厂泵与风机节能改造的方法 针对我国泵与风机使用及运行实际情况下面从提高泵与风机本身效率及与管网匹配程度两方面对泵与风机节能进行研究。
1.减小泵与风机内部损失提高泵与风机效率。泵与风机在把原动机的机械能转换成流体的机械能的过程中要产生各种能量损失这些损失按其性质可分为机械损失、容积损失和流动损失三部分。由于泵与风机内部流体运动的复杂性上述各种损失至今仍不能用理论方法计算出精确的结果主要依靠试验方法测定再由此总结出半经验半理论的计算公式。要提高泵与风机本身的效率就要减少上述各种损失。
(1)泵与风机的机械效率主要取决于泵与风机叶轮的几何形状亦即决定于比转速值所以应注意以下几点
1)在选择或设计扬程(全压)高的泵(风机)时应该选择或设计转速较高而叶轮直径D2较小的这类泵(风机)避免选用或设计转速低而D2大的这类泵(风机)。
2)在选择或设计高扬程(全压)的低比转速泵(风机)时可采用多级的泵(风机)或适当增大叶轮叶片的出口安装角尽量避免采用大的D2来达到高扬程(全压)的目的。
3)降低叶轮盖板外表面和泵壳内表面的粗糙度可以减小△Pm3从而使泵与风机的效率提高。
减小泵与风机的容积损失、提高容积效率主要从两方面着手一是减小动、静间隙形成的泄漏流动的过流截面二是设法增加泄漏流道的流动阻力。
(2)为减少泵与风机内部的流动损失提高流动效率在设计或改造泵与风机时应注意以下几点:
1)合理确定过流部件各部位的流速值。
2)在流道内要尽量避免或减少出现脱流。
3)要合理选择各过流部件的进、出口角度以减少流体的冲击损失。
4)过流通道变化要尽可能地平缓在流道内要避免有尖角、突然转弯和扩
大。
5)流道表面应尽量做到光滑和光洁避免有粘砂、飞边、毛刺等铸造缺陷。
2.正确选定泵与风机的设计参数对选型不当的泵与风机进行技术改造。一台泵与风机是否节电决于很多因素除自身的效率外还与管网设计是否合理、阻力大小及与管网是否匹配良好等因素有关。所谓匹配指的是泵与风机设计的流量和扬程(风压)应与管网所需流量和扬程(风压)相符也就是说泵(风机)
所产生的扬程(全风压)应能克服管网阻力的前提下满足管网流量的需要。离心式泵与风机的流量通常是用调节门(风门或阀门)来调节的调节门关得越小节流损失越大泵与风机使用效率越低。风机的高效率固然重要但是如何提高泵与风机的运行效率更重要。而实现泵与风机和管网合理地匹配是节能降耗最有效的途径。
为了减轻或防止因泵与风机的额定参数大于实际运行参数而造成运行效率和可靠性降低可以根据不同情况分别采用切割叶片及更换高效叶轮两种方法对泵与风机进行技术改造。我国现在使用的泵与风机有许多模型效率指标均不高对这部分泵与风机可以用高效泵与风机替换它也可以设计模型效率高的叶轮更换原叶轮达到节能的目的。在我国已有科研部门和高校对这方面进行研究并在实践中取得很好的效果。
3.电机换级和泵与风机降速。若泵与风机扬程或全压富裕量达50%60%则可将转速降低一档以利节电。
4.泵与风机调速节能。由于目前电网还缺少专门带尖峰负荷的机组(例如库式水电机组抽水蓄能机组燃气轮机组等)所以一般电网的尖峰负荷和低谷负荷都要求火电机组来承担火电机组不得不作调峰变负荷运行。在机组变负荷运行方式下如果主要辅机采用高效可调速驱动系统取代常规的定速驱动系统无疑可节约大量的节流损失节电效果显著潜力巨大。除此之外由于可调速驱动系统都具有软起动功能可使电厂辅机实现软起动避免了由于电动机直接起动引起的电网冲击损失和机械冲击从而可以防止与此有关的一系列事故的发生。
电站锅炉风机的风量与风压的富裕度以及机组的调峰运行导致风机的运行工况点与设计高效点相偏离从而使风机的运行效率大幅度下降。一般情况下采用风门调节的风机在两者偏离10%时效率下降8%左右偏离20%时效率下降20%左右而偏离30%时效率则下降30%以上。对于采用风门挡板调节风量的风机这是一个固有的不可避免的问题。可见锅炉送、引风机的用电量中很大一部分是因风机的型号与管网系统的参数不匹配及调节方式不当而被调节门消耗掉的。因此改进离心风机的调节方式是提高风机效率降低风机耗电量的最有效途径。辅机采用调速驱动后机组的可控性提高了响应速度加快控制精度也提高了。从而使整个机组的控制性能大大改善不但改善了机组的运行状况还可以大大节约燃料进一步节约能源。同时采用变速调节以后可以有效地减轻叶轮和轴承的磨损延长设备使用寿命降低噪声大大改善起动性能。工艺条件的改善也能够产生巨大的经济效益。
泵与风机一样除由于设计中层层加码留有过大的富裕量造成大马拉小车的现象之外还由于为满足生产工艺上的要求采用节流调节造成更大的能源浪费现象。为了降低水泵的能耗除了提高水泵本身的效率降低管路系统阻力合理配套并实现经济调度外采用调速驱动是一种更加有效的途径。因为大多数水泵都需要根据主机负荷的变化调节流量对调峰机组的水泵尤其如此。根据目前我国电网的负荷情况大多数125MW机组已参与调峰为扩大调峰能力甚至一些200MW机组也不得不参与调峰运行。所以为这类调峰机组配套的各种水泵最好采用调速驱动以获得最佳节能效果。
对锅炉给水泵来说节流损失的大小还与负荷和汽轮机的运行方式有关。在同一种运行方式下负荷越小节流损失越大在负荷相同时采用滑压运行方式的节流损失比采用定压运行方式还大。因此对调峰和滑压运行机组采用调速给水泵的节电效果尤为显著。
以上对泵与风机节能改造的不同方法进行分析其实远不止上述的几种方法就调速节能而言就可以通过很多种途径去实现(如采用液力偶合器、变频器、汽动给水泵、交流调速等)采用不同的调速装置有不同的效果。在实际应用中应视具体情况具体分析通过技术经济分析选用最优的改造方法这样才能收到节能降耗的效果。
三、国内外发展趋势
目前，国内外发展趋势主要往以下几方面发展
1.计算机技术的发展使得三维紊流的数值模拟实用化计算机优化设计更为有效性能预估更准确产品的更新换代加快新的水力模型不断取代旧模型。
2.泵与风机模型试验技术不断提高为新型泵与风机的研制提供了强有力的手段。性能测试精度接近水轮机模型试验水平对效率测试的总误差可达0.3%。泵与风机内部流场的观测手段更加先进。泵与风机空化性能不断改善大型水泵的运行安全性能 普遍受到重视。在强调以人为本的今天现场工作环境设备的噪声和振动等及检修工作量设备寿命尤其是叶轮的寿命等指标正在成为设备选择的重要指标。
3.对泵与风机性能要求更高大型1000KW以上和年运行时间较长的中型泵与风机一般采用针对性设计和制造的方法要求“量体裁衣”即按现场实际运行扬程或风压和用户所需流量进行专门设计较少套用定型产品使得泵与现机性能与实际使用情况更好地吻合从而取得最优的运行效果。
4.采用新的加工工艺质量要求更高。型线的准确性及表面加工质量大大提高产品的销售由价格主导转变为质量和性能主导。
结束语
现代科技迅猛发展国际间技术交流日益频繁技术及产品更新换代比较快制造厂及科研单位应充分利用我国加入WTO这一历史机遇加强国际间的交流合作在充分利用、吸收、消化国外先进技术的同时加大国科研力量的投入开发国产化的高质量的节能型泵与风机类产品。
能源工业作为国民经济的基础对于社会、经济的发展和人民生活水平的提高都极为重要。在高速增长的经济环境下中国能源工业面临经济增长与环境保护的双重压力。而且受资金、技术、能源价格等因素的影响中国能源利用效率比发达国家低很多只及发达国家的50%左右90%以上的能源在开采、加工转换、储运和终端利用过程中损失和浪费。由此可见对能源的有效利用在我国已经非常迫切。
火电厂是最主要的能源消耗大户在我国的二次能源结构中约占74%。而在火力发电厂中泵与风机是最主要的耗电设备加上这些设备存在着“大马拉小车”的现象同时由于这些设备长期连续运行和常常处于低负荷及变负荷运行状态运行工况点偏离高效点运行效率降低大量的能源在终端利用中被白白地浪费掉。因此对电厂泵与风机进行节能研究有着突出重要的意义。
一、我国发电厂泵与风机运行状况及节能潜力分析 火力发电厂中运行的泵与风机种类繁多数量多总装机容量大耗电量大约占全国火电发电量的6%。发电厂辅机的经济运行尤其是大功率的泵与风机的经济运行直接关系到厂用电率的高低而厂用电率的高低是影响供电煤耗和发电成本的主要因素之一。
目前我国火电厂中除少量采用汽动给水泵液力耦合器及双速电机外其它水泵和风机基本上都采用定速驱动。这种定速驱动的泵由于采用出口阀风机则采用入口风门调节流量都存在严重的节流损耗。尤其在机组变负荷运行时由于水泵和风机的运行偏离高效点使运行效率降低。有资料显示我国50MW以上机组锅炉风机运行效率低于70的占一半以上低于50的占1/5左右。由于目前我国约2/3的风机类机械在运行中需要调节流量用阀门式挡板调节能源损失和浪费很大已经到了非改不可的地步了。
造成这种现象的原因是多方面的主要是科研开发投入不足科研与生产缺乏有机的结合生产工艺落后型线误差大过流表面粗糙。目前我国大多采用木模整体铸造。由于中、高比转速离心式泵与风机叶片扭曲造型起模困难造型误差较大。目前我国使用的许多大型泵与风机其性能实测值与样本给定值误差较大这也是主要原因之一。
我国许多大中型泵与风机套用定型产品由于型谱是分档而设间隔较大一般只能套用相近型产品造成泵与风机的实际运行情况偏离最优运行区运行效率低能耗高。设计选型时加保险系数裕量过大也会造成运行工况偏离最优区。
二、火电厂泵与风机节能改造的方法 针对我国泵与风机使用及运行实际情况下面从提高泵与风机本身效率及与管网匹配程度两方面对泵与风机节能进行研究。
1.减小泵与风机内部损失提高泵与风机效率。泵与风机在把原动机的机械能转换成流体的机械能的过程中要产生各种能量损失这些损失按其性质可分为机械损失、容积损失和流动损失三部分。由于泵与风机内部流体运动的复杂性上述各种损失至今仍不能用理论方法计算出精确的结果主要依靠试验方法测定再由此总结出半经验半理论的计算公式。要提高泵与风机本身的效率就要减少上述各种损失。
(1)泵与风机的机械效率主要取决于泵与风机叶轮的几何形状亦即决定于比转速值所以应注意以下几点
1)在选择或设计扬程(全压)高的泵(风机)时应该选择或设计转速较高而叶轮直径D2较小的这类泵(风机)避免选用或设计转速低而D2大的这类泵(风机)。
2)在选择或设计高扬程(全压)的低比转速泵(风机)时可采用多级的泵(风机)或适当增大叶轮叶片的出口安装角尽量避免采用大的D2来达到高扬程(全压)的目的。
3)降低叶轮盖板外表面和泵壳内表面的粗糙度可以减小△Pm3从而使泵与风机的效率提高。
减小泵与风机的容积损失、提高容积效率主要从两方面着手一是减小动、静间隙形成的泄漏流动的过流截面二是设法增加泄漏流道的流动阻力。
(2)为减少泵与风机内部的流动损失提高流动效率在设计或改造泵与风机时应注意以下几点:
1)合理确定过流部件各部位的流速值。
2)在流道内要尽量避免或减少出现脱流。
3)要合理选择各过流部件的进、出口角度以减少流体的冲击损失。
4)过流通道变化要尽可能地平缓在流道内要避免有尖角、突然转弯和扩
大。
5)流道表面应尽量做到光滑和光洁避免有粘砂、飞边、毛刺等铸造缺陷。
2.正确选定泵与风机的设计参数对选型不当的泵与风机进行技术改造。一台泵与风机是否节电决于很多因素除自身的效率外还与管网设计是否合理、阻力大小及与管网是否匹配良好等因素有关。所谓匹配指的是泵与风机设计的流量和扬程(风压)应与管网所需流量和扬程(风压)相符也就是说泵(风机)
所产生的扬程(全风压)应能克服管网阻力的前提下满足管网流量的需要。离心式泵与风机的流量通常是用调节门(风门或阀门)来调节的调节门关得越小节流损失越大泵与风机使用效率越低。风机的高效率固然重要但是如何提高泵与风机的运行效率更重要。而实现泵与风机和管网合理地匹配是节能降耗最有效的途径。
为了减轻或防止因泵与风机的额定参数大于实际运行参数而造成运行效率和可靠性降低可以根据不同情况分别采用切割叶片及更换高效叶轮两种方法对泵与风机进行技术改造。我国现在使用的泵与风机有许多模型效率指标均不高对这部分泵与风机可以用高效泵与风机替换它也可以设计模型效率高的叶轮更换原叶轮达到节能的目的。在我国已有科研部门和高校对这方面进行研究并在实践中取得很好的效果。
3.电机换级和泵与风机降速。若泵与风机扬程或全压富裕量达50%60%则可将转速降低一档以利节电。
4.泵与风机调速节能。由于目前电网还缺少专门带尖峰负荷的机组(例如库式水电机组抽水蓄能机组燃气轮机组等)所以一般电网的尖峰负荷和低谷负荷都要求火电机组来承担火电机组不得不作调峰变负荷运行。在机组变负荷运行方式下如果主要辅机采用高效可调速驱动系统取代常规的定速驱动系统无疑可节约大量的节流损失节电效果显著潜力巨大。除此之外由于可调速驱动系统都具有软起动功能可使电厂辅机实现软起动避免了由于电动机直接起动引起的电网冲击损失和机械冲击从而可以防止与此有关的一系列事故的发生。
电站锅炉风机的风量与风压的富裕度以及机组的调峰运行导致风机的运行工况点与设计高效点相偏离从而使风机的运行效率大幅度下降。一般情况下采用风门调节的风机在两者偏离10%时效率下降8%左右偏离20%时效率下降20%左右而偏离30%时效率则下降30%以上。对于采用风门挡板调节风量的风机这是一个固有的不可避免的问题。可见锅炉送、引风机的用电量中很大一部分是因风机的型号与管网系统的参数不匹配及调节方式不当而被调节门消耗掉的。因此改进离心风机的调节方式是提高风机效率降低风机耗电量的最有效途径。辅机采用调速驱动后机组的可控性提高了响应速度加快控制精度也提高了。从而使整个机组的控制性能大大改善不但改善了机组的运行状况还可以大大节约燃料进一步节约能源。同时采用变速调节以后可以有效地减轻叶轮和轴承的磨损延长设备使用寿命降低噪声大大改善起动性能。工艺条件的改善也能够产生巨大的经济效益。
泵与风机一样除由于设计中层层加码留有过大的富裕量造成大马拉小车的现象之外还由于为满足生产工艺上的要求采用节流调节造成更大的能源浪费现象。为了降低水泵的能耗除了提高水泵本身的效率降低管路系统阻力合理配套并实现经济调度外采用调速驱动是一种更加有效的途径。因为大多数水泵都需要根据主机负荷的变化调节流量对调峰机组的水泵尤其如此。根据目前我国电网的负荷情况大多数125MW机组已参与调峰为扩大调峰能力甚至一些200MW机组也不得不参与调峰运行。所以为这类调峰机组配套的各种水泵最好采用调速驱动以获得最佳节能效果。
对锅炉给水泵来说节流损失的大小还与负荷和汽轮机的运行方式有关。在同一种运行方式下负荷越小节流损失越大在负荷相同时采用滑压运行方式的节流损失比采用定压运行方式还大。因此对调峰和滑压运行机组采用调速给水泵的节电效果尤为显著。
以上对泵与风机节能改造的不同方法进行分析其实远不止上述的几种方法就调速节能而言就可以通过很多种途径去实现(如采用液力偶合器、变频器、汽动给水泵、交流调速等)采用不同的调速装置有不同的效果。在实际应用中应视具体情况具体分析通过技术经济分析选用最优的改造方法这样才能收到节能降耗的效果。
三、国内外发展趋势
目前，国内外发展趋势主要往以下几方面发展
1.计算机技术的发展使得三维紊流的数值模拟实用化计算机优化设计更为有效性能预估更准确产品的更新换代加快新的水力模型不断取代旧模型。
2.泵与风机模型试验技术不断提高为新型泵与风机的研制提供了强有力的手段。性能测试精度接近水轮机模型试验水平对效率测试的总误差可达0.3%。泵与风机内部流场的观测手段更加先进。泵与风机空化性能不断改善大型水泵的运行安全性能 普遍受到重视。在强调以人为本的今天现场工作环境设备的噪声和振动等及检修工作量设备寿命尤其是叶轮的寿命等指标正在成为设备选择的重要指标。
3.对泵与风机性能要求更高大型1000KW以上和年运行时间较长的中型泵与风机一般采用针对性设计和制造的方法要求“量体裁衣”即按现场实际运行扬程或风压和用户所需流量进行专门设计较少套用定型产品使得泵与现机性能与实际使用情况更好地吻合从而取得最优的运行效果。
4.采用新的加工工艺质量要求更高。型线的准确性及表面加工质量大大提高产品的销售由价格主导转变为质量和性能主导。
结束语
现代科技迅猛发展国际间技术交流日益频繁技术及产品更新换代比较快制造厂及科研单位应充分利用我国加入WTO这一历史机遇加强国际间的交流合作在充分利用、吸收、消化国外先进技术的同时加大国科研力量的投入开发国产化的高质量的节能型泵与风机类产品。
