0522杨庄煤矸石热电厂 方案.doc

杨庄煤矸石热电厂动力节能改造 可行性研究报告 提交日期： 2010年05月20日提交单位：北京乐普四方方圆科技股份有限公司地 址：北京市海淀区闵庄路3号清华科技园玉泉慧谷10楼方案编制人: 孙瑞刚电 话：传 真： 01088850479-699917 / 17目 录一、现状分析31.1 企业设备运行状况31.2 节能改造的必要性5二、节能潜力分析62.1 设计冗余及分析62.2 供电电压分析92.3 功率因数分析92.4 电网电能质量分析92.5 节能潜力综合评测9三、LP智能化设备和节能技术简介113.1 节电原理113.2 产品特点123.3 技术参数13四、实施方案134.1 系统改造的原则134.2设备选型14五、效益分析145.1 效益预算145.2 间接效益155.3 社会效益15六、节电率测算166.1 测试方法166.2 节电率计算方法16七、售后服务16八、公司业绩17 一、现状分析1.1 企业设备运行状况根据我公司技术人员对贵单位75吨锅炉使用的风机、水泵设备系统的勘察，以及贵单位工程技术人员的介绍得知 锅炉系统配备了引风机、送风机、二次风机及锅炉给水泵、循环泵等 设备具体配置情况如下：贵单位现已投入生产的2座锅炉，每台锅炉配备引风机1台、送风机1台、二次风机1台。循环水泵4台（2用2备，应用于2座锅炉），锅炉给水泵3台（2用1备，应用于2座锅炉）。引风机：每台锅炉配备1台500kW风机电机，生产时投入使用；风机型号YL-NO210额定风量213000M3/h额定风压4736Pa风机功率 500kW额定转速1450r/min电机型号YKK450-6额定电压6kV额定电流61.5A额定转速990r/min额定功率因数0.83电机启动方式为液力耦合器启动，电机的实际运行电流为26-30A，运行电压为6kV，液力耦合器执行器调节40%-90%，系统风道阀门开40%-80%(常在50%左右运行),由工人根据生产经验（锅炉内煤层厚度、煤质等）控制风机风量。送风机：每台锅炉配备一台450kW风机电机，生产时投入使用；风机型号JIG75-22A额定风量47121M3/h额定风压12285Pa风机功率 kW额定转速1450r/min电机型号YKK400-4额定电压6kV额定电流53.62A额定转速1480r/min额定功率因数0.86电机启动方式为液力耦合器启动，电机的实际运行电流为31.2A-34.5A左右，运行电压为6kV，液力耦合器执行器调节55%-80%（一般在70%左右），风机出口风道阀门开50%-80%(现场开度在55%左右运行),由工人根据系统压头风压状况（一般大于9.8Kpa）和生产经验（锅炉内煤层厚度、煤质等）控制风机风量。二次风机：每台锅炉均配备1台250kW二次风机电机，生产时投入使用；风机型号JIG75-15A额定风量66355M3/h额定风压15762 Pa风机功率 kW额定转速1450r/min电机型号YKK335-4额定电压6kV额定电流31.2A额定转速1480r/min额定功率因数0.84电机启动方式为液力耦合器启动，电机的实际运行电流为11.7-13A，运行电压为6kV，液力耦合器执行器调节30%-80%，风机出口风道阀门开45%-70%(现场开度在50%左右运行),根据生产经验及风压1.9-3.5Kpa（现场压力为2.5Kpa）控制风机风量。锅炉供水泵:两套锅炉配备3台250kW水泵电机，正常生产时2用1备方式使用（现场运行1台）。水泵型号D685-679额定流量85M3/h额定效率65%水泵功率214.6kW额定转速2950 r/min额定扬程590m电机型号YKK355-2额定电压6kV额定电流28.6A额定转速2967r/min额定功率因数0.85电机启动方式为液力耦合器启动，电机的实际运行电流为21.5A，运行电压为6kV，水泵出水压力为5.6Mpa(通常在5 Mpa左右运行),系统汽包压力一般在3.4-3.4MPa左右，距离地面约30米。系统要求给水泵最低压力要大于汽包压力，即水泵压力保持在5.0Mp可满足锅炉给水泵系统正常工作。循环水泵:两套锅炉配备4台160kW水泵电机，正常生产时2用2备方式使用。水泵型号500S22额定流量2000M3/h额定效率84%水泵功率160kW额定转速980r/min额定扬程22m电机型号Y355M1-6额定电压380V额定电流299A额定转速989r/min额定功率因数0.86电机启动方式为软起启动，电机的实际运行电流为275-300A，运行电压为380V，进出水阀门全开。 虽然昼夜有温度变化，但一般情况下不调整阀门的开度。1.2 节能改造的必要性贵单位风机系统存在的缺陷：l 无论系统工况怎样变化电动机仍处于工频态运行，造成一定的能源浪费；l 启动时对电网冲击大，电能浪费严重；l 运行中电能浪费严重；l 设备长期高速运转，磨损严重，寿命短；l 工作噪音大。当前，变频调速控制技术、节能控制技术已相当成熟，可以全面、彻底解决上述问题。并且投入经费不多，可在短时间内收回成本。同时带来的好处是：l 系统能平稳软启动，仅一个按键即可，操作方便；l 启动时对电网无冲击，节约电能；l 运行中电能消耗大幅度减少；l 设备运转速度低，可大幅度延长寿命；l 工作噪音小。二、节能潜力分析2.1 设计冗余及分析由于循环流化床锅炉独特的流态化、循环燃烧等特点,系统配备电机及负载都是按照最大负荷的1.52倍来设计的，因为他要考虑到在极端不利情况下满足系统正常工作的需要。比如管道系统老化、煤质较差、风机效率低等。这在实际运行中就造成了“大马拉小车”的现象。这种情况下系统的效率是不高的。即对应于系统所做的有用功来说，消耗的电能要多一些。这是普遍存在的浪费电能的根源之一。A、本案锅炉供水泵：供水泵的管道出水压力为5.6Mpa，而系统要求压力不低于5.0Mpa（由5.6MPa下降到5.0MPa，压力下降了0.6MPa 即下降5.5%）；就能满足系统的正常运行；根据流量q与电机转速n成正比；压力（扬程）Pa与电机转速n的二次方成正比；而轴功率P与转速n的三次方成正比；温度t与转速n成反比这一原理。转速下降（%）频率下降（Hz）压 力Pa（%）轴功率P（%）温度t（%）流量下降（%）节电率（%）10458172.91111027.120406451.21252048.8根据上表数据，当压力下降5.5%时，实际压力为88.3%；所以 ： 89.3%=（1n%）2 n 5.5% 因为电机转速N 的三次方与电机的轴功率P成正比。所以： 当电机转速下降5.5%时，实际轴功率为： P = （15.5%）3 100% =84.4%根据公式推理,在这种工况下运行时的实际输出功率为84.4%，所以可以粗略认为，由于设计冗余造成的电能浪费大致为100%-84.4%=15.6%。考虑到管道阻力及生产中的压力要求，初步确定送给水泵节电率约12%左右。B、本案锅炉送风机：送风机的液力耦合器调整速度约为额定的60%左右，但是液力耦合器随速度下降，其效率降低很多。这样大部分电能被白白给浪费；功率损耗的原因：电动机本身功率损耗除外，无论是变频调速还是液力偶合器调速，均存在额外的功率损耗，液力偶合器从电动机输出轴取得机械能，通过液力变速后送入负载，其效率不可能为1；变频器从电网取的电能，通过逆变后送入电动机电枢，其效率也不可能是1。而且在全转速范围内，两种方式的效率曲线也不一样。上图 “两种调速方式效率曲线”为典型的液力偶合器和变频器的效率转速曲线，随着输出转速的降低，液力偶合器的效率基本上正比降低（例如：额定转速时效率0.95，75%转速时效率约0.72，20%转速时效率约0.19），而变频器在输出转速下降时效率仍然较高（例如：额定转速时效率0.97，75%以上转速时效率大于0.95，20%以上转速时效率大于0.9）。从曲线数据看，当输出转速降低时，液力偶合器的效率比变频调速的效率下降快得多，因此变频调速的低速特性比液力耦合器要好。当然，有一点我们应该看到，就是用于风机、泵类负载时，由于其轴功率与转速的三次方成正比，当转速下降时，虽然液力偶合器效率正比下降，但电动机综合轴功率还是随着转速的下降成二次方比例下降，因此也能起到节能作用。变频调速通过电力电子整流和脉宽调制逆变技术改变电动机电枢的电压和频率，除本身控制所需很少一部分能量消耗保持不变外，电力电子器件的损耗基本上与输出功率成正比，因此变频调速可以在全转速范围内保持较高效率运行。而液力偶合器依靠泵和涡轮传递能量，在低速输出时，泵和涡轮的效率均下降，因此综合效率随转速下降而下降。由于风机系统设计富余量较大，在生产时为了控制系统风量，现多数单位风机都是利用调节管道风门挡板的方法来满足生产的要求。这样大部分电机负荷用在克服风门阻力上。而且降低了风机电机的运行效率，缩短了风机电机及风门的维修周期，增加了系统的维修费用。注：据有关部门统计，目前使用的风机阀门调节满足生产要求的系统大约有25%的能量是无谓消耗。根据风机电机原理我们知道风机的风量、转速、轴功率有以下关系：（1）Q2/Q1 n2/n1 ；（2）H2/H1 （n2/n1）2； （3）P2/P1 （n2/n1）3 ；上图中，曲线为风机阻力特性，曲线为工频速度下的风量与风压关系曲线，此时风机工作在A点时，轴功率P1与Q1 、H1乘积，即图中面积AQ10H1A成正比。若要将风量从Q1降到Q2，如风门（挡板），则工作点由A移到C，风量下降，压力上升，轴功率减少不多，减少的能量被挡板消耗；若采用变频调速，则工作点由A移到B，在满足同样风量Q2的情况下，压力也下降，轴功率大大降低，且没有挡板损耗。送风机节电率计算：l 工频运行时功耗为：根据工况的信息，在送风机工频运行时，电机实际功耗为：P工=电机电压电机电流实际功率因数=6kV34.5A0.86=308.3kWl 送风机变频改造后功耗为：依据液力耦合器调整控制风机后实际转速下降到70%左右，：根据流体力学公式：Q1/Q0N1/N0 和 P1/P0=(N1/N0)3P变450（0.70）0.95162.5kWl 送风机理论节电率为：节电率308.3162.5308.310047.3考虑到风管阻力及生产中的压力要求，初步确定送风机节电率约30%左右。2.2 供电电压分析供电系统为保证末端用户的正常使用电压，一般电网供电电压在-0%到+10%之间波动。电机长时间在偏高的电压下运行，不但增加了电机的发热问题，而且浪费了电能。某电机实际运行电压高于额定电压时对应的耗电量增加情况见下表。由此可见，供电电压偏高造成的节电空间也有数个百分点。运行电压高于额定电压（%）耗电量增加情况（%）2.52.4354.757.56.941092.3 功率因数分析本案中，系统的功率因数偏低，给用户带来以下不利：l 浪费了供电容量；l 供电线路压降增加，线路损耗大，电压不稳；l 增加用户电费费用。2.4 电网电能质量分析随着大功率、非线性元器件在电力系统中的大量应用，使得电力系统波形严重畸变，电网电能质量令人担忧。另外，电网上各种负载的频繁启动、关闭，在电网中形成一系列尖峰干扰、电压波动甚至是瞬间失电。所有这些电能质量问题，在用户负载上必然表现为各种损耗增加、发热量增大、电机力矩下降、运行效率降低。2.5 节能潜力综合评测综上所述，在贵单位给水泵、送风机系统存在的节电潜力归纳为以下两部分：第一部分，给水泵系统负荷控制节电潜力。即运行压力大于设计压力形成的节电潜力为12%；送风机系统由于液力耦合器调速的节电潜力约为30%。 第二部分，供电优化节电潜力。即采用稳定供电电压、提高线路功率因数、改善电能质量的一系列技术手段，使负载高效、充分利用电网电能，可进一步挖掘出的节电潜力。大约为10%左右。以上两部分节电潜力，不能简单相加，综合节电潜力的推算方法如下： 负荷控制后的耗电率：=1-负荷控制节电潜力=1-12%=88% 负荷控制基础上采用供电优化措施后的耗电率：=负荷控制后的耗电率（100%-10%）=88%90%=79.2% 综合节电潜力=1-负荷控制基础上采用供电优化措施后的耗电率=1-67.5%=32.5%另外，安装节电设备后，节能设备本身的电能损失为2-3%左右，最终的节电潜力应做如下调整：用户的最终节电潜力=100%-包括变频器损耗在内的总耗电率=100%-负荷控制基础上采用供电优化措施后的耗电率/（100%-2%）=100%-79.2%/（100%-2%）=100%-80.8%=19.2%根据我们的经验，在锅炉给水系统改造后，平均节电率在20%左右。同理在锅炉送风机系统改造后，平均节电率在35%以上。循环水泵系统因昼夜温度、季度等温度变化，变频节电改造后平均节电率约10%左右。三、LP智能化设备和节能技术简介3.1 节电原理乐普四方长期致力于风机、水泵等系统的变频节能技术研究。先后投入的研究经费超过1500万元，获得软件著作权二十多项，专利技术十多项。乐普四方的节能技术目前已经接近用户系统节能潜力的极限。LP节电设备与常规的变频器+闭环控制系统相比，节电率提高了将近一倍！2000年-2003年，乐普四方与多家高校和科研机构合作，投入大量人力、物力进行深入、细致、扎实的研究工作。通过三年的艰苦实验，收集数百万条基础数据，建立了涵盖用户现存各类系统特征的实验数据库，以这些数据和从其中挖掘出的规律为基础，开发出第一代基于模糊控制理论的智能化节能控制软件，成功解决了普通的变频控制系统中普遍存在的电机、负载（风机、水泵等）效率低下，“降速不节电”的难题，最大限度地保证变频器、电机、负载在高效状态运行。我们生产的节电设备，节电率在行业中一举领先10个百分点以上。2003年以来，乐普四方的节能控制软件在广泛收集大量客户的实际运行数据的基础上不断升级、完善。我们又进一步创建了一系列新的控制算法和控制策略。控制软件全面地对电网参数、电机参数、负载特性以及它们的变化进行在线的实时的动态检测、跟踪，运用这些数据对变频调速系统的参数进行精确调节，保证提供给电机的电压、电流、频率、波形的精确和稳定，保证电机在最高效率下运行，同时把各种损耗和发热量降到最低。在控制策略上一方面软件能有效避开电机、负载的低效工况点；一方面软件的动态学习、自动寻优功能在运行中不断优化和调节运行参数，对用电设备的电能供给实施十分精确严格的控制；更重要的是，软件的趋势预测功能，能够对系统实施超前控制，能充分考虑了温度传递、压力传导等过程并给出精确的控制响应，进而将节电潜力挖掘到了极限。在全面升级后的软件的控制下，变频器效率、电机效率、系统的节电率和稳定性都得到了新的、较大幅度的提高。在谐波治理和功率补偿方面，乐普四方从变频器工作机理、电机具体特性、电网污染状况出发，创造性地应用了数十项新技术。首先是对变频器系统进行改进，采用新的控制算法和控制机制，大幅度减少谐波的产生，并保证很高的功率因数。同时采用一系列治理谐波、补偿无功功率的技术措施，使谐波含量、功率因数等指标得到充分保证。LP节电设备的整体节电率又进一步得到提升。乐普四方依靠专业实力，从节能设备、控制软件、整体方案，都能根据用户系统量身定做，精确匹配。具有节电率高，安全可靠，操作方便等一系列优点。乐普四方的质量管理，贯穿于产品设计、材料采购、生产工艺、质检验收、现场规划、安装调试等所有环节。乐普四方研发的设备通过国家主管部门检测和成果鉴定，在市场上广泛使用，并被国家四大部委确认为2005年国家级重点新产品（国家重点新产品网站，总编号：193，项目编号：2005ED600039），并被北京市节能中心确定为节能推广产品。并且在2005年9月份在全国发明展上荣获银奖，是节电系列产品中唯一获得银奖的厂家。乐普四方是全国能源基础与管理标准化技术委员会合理用电分委员会委员单位；乐普四方经过埃尔维质量认证中心评审，取得ISO9001:2000、ISO14001:2004和GB/T28001：2001三个管理体系的认证。乐普四方以“乐业创新、惠普四方”为宗旨，坚持“专业科技、高效节电、创造价值”的企业理念，为用户提供节电优质工程和金牌服务。3.2 产品特点3.2.1安全可靠l 安装时，低压采取与用户原有启动柜“电气互锁”的方案；原有启动柜作为备用机，两机之间可以相互转换。高压设备以原启动柜做为变频节电设备的电源系统，同时配备旁路柜，当出现设备故障时可应急启动工频旁路系统。l 选用专用变频器和国内外优质的低压配套电器，采用自主知识产权的智能控制器和最先进的节能控制软件系统，操作方法十分简便。对电机具有过载、过压、欠压、缺相、短路等保护功能。电机运行时噪音低、发热量小，电机的使用寿命长。l 设备自动保护等功能齐全，需要保养维修时，可以随时启动备用机。l 设备关键器件全部采用国际名牌产品，使用寿命为15年。3.2.2节电率高乐普四方的节电设备，从控制算法到电网电力质量控制，创造性应用了数十项硬、软件关键技术，节电率在行业中遥遥领先。用户的经费投入，在2-3年中就能全部收回。3.2.3设备启动平稳，对电网无冲击LP智能化节电系统对电机全部采用软启动技术，启动电流小于正常电流，启动过程中没有电流冲击、没有机械冲击，工作非常平稳，能有效延长电机、负载等用户设备的使用寿命。用户不再需要降压启动电阻、自耦变压器等耗能设备。3.2.4系统电磁辐射小，对电网无污染LP智能化节电系统采用完善的谐波控制、治理技术，谐波含量远远低于相关标准。在使用中不会影响其它仪器、仪表的正常运行。3.3 技术参数l 输入电源电压：三相AC380V480V10%；三相AC6kV10%；l 输出电源频率；低压：0Hz650Hz；高压：0Hz120Hzl 环境安装要求：室内安装，海拔1000m以下，温度040,湿度90%,无尘埃,无强烈振动，无凝露，无腐蚀性气体。l 功率范围：低压15630kW，高压250-12000kWl 间歇过载能力：120%持续时间1minl 操作方式：手动、自动l 冷却方式：强制风冷l 控制柜防护等级；低压：IP20，高压：IP30。四、实施方案4.1 系统改造的原则l 在满足用户正常经营、优质生产的条件下，最大限度的降低能耗。l 保留原工频系统及其联动方式，和节电设备系统互为备用，具有远程控制和就地控制两种方式。l 充分利用原有空地及设施，合理配置，以降低工程费用，提高项目的经济效益和社会效益。l 妥善安置设备，按有关规范进行安装。保证设备通风良好，远离热源，避开尘埃多和湿度大的场所，确保用户设备的寿命。4.2设备选型风机/水泵流量与转速成正比、轴功率与转速的3次方成正比，根据这一原理，采用变频调速类节能设备，可以为用户节省大量的电费支出。鉴于用户的设备，我们推荐在系统中采用我公司研发的LP系列节电设备其特点是成本低、体积小，可为用户节省经费、节省场地。配置2009-3节能控制软件。保留原工频系统及其联动方式，和节电设备系统互为备用，具有远程控制和就地控制两种方式。详配如下表:序号使用系统规格型号设备功率(kW)数量改造设备总功率(kW)1引风机LPHT-6K-10-500A5001台5002送风机LPHT-6K-10-450A4502台9003二次风机LPHT-6K-10-250A2502台5004给水泵LPHT-6K-10-250A2502台5005循环泵LPLT-380-10-160A1602台320合 计9台2720五、效益分析5.1 效益预算设备名称设备功率(kW)安装设备前每月耗电(万度)安装设备后每月节电(万度)安装设备前每月耗电费(万元)安装设备后每月节电费(万元)1引风机5001台25.28.8215.375.382送风机4502台45.3615.8827.679.693二次风机2502台25.28.8215.375.384给水泵2502台25.25.0415.373.075循环泵1602台23.042.314.051.4合计272014440.8687.8324.92根据上表可以看出在贵单位安装9台高、低压LP智能化系列节电设备后，每月可节约用电40.86万度，按每度电单价0.61元计算，每月可为贵单位节约电费24.92万元；设备设计使用寿命15年即180个月，至少可为贵单位节约电费4485.2万元。以上数据均为预算（按每天24小时，每月均按30天，额定功率的70%（循环设备额定功率），给水泵系统平均节电率20%计算，风机系统平均节电率35%，循环水泵系统平均节电率10%），具体节省费用按实际使用情况计算。5.2 间接效益l LP智能化节电设备对负载电机具有过压、欠压、短路、缺相等保护功能。延长水泵、风机电机的使用寿命，减少贵单位水泵、风机电机的维保费用。l LP智能化节电设备具有平滑软启动功能，降低启动电流对电网及水泵、风机电机的冲击，减少水泵、风机电机的磨损，延长电机使用寿命。而且也减少对水泵、风机电机维修时投入的人力、物力。据已安装单位反应，使用LP智能化节电设备后，风机、水泵、电机的维修同期减少了一半以上，大大降低公司的运营成本。5.3 社会效益进行节电改造后不仅仅能为企业创造了很高的经济效益，同时又创造了环境效益，每月节约的电能40.86万度，按照国家标准：1kWh0.366 kg标准煤；1吨标准煤2.5吨二氧化碳排放量；1吨标准煤0.0165吨二氧化硫排放量；1吨标准煤0.014吨TSP排放量（总悬浮颗粒物）。节电改造后每年为我们的大气环境做出的贡献。l 每年节约的电能477.18万度(每年按11个月预算)，折合成标准煤：174.65吨；l 每年减耗174.65吨标准煤，可以减少二氧化碳排放量：436.63吨；l 每年减少二氧化硫排放量：2.88吨；l 每年减少TSP排放量：2.445吨。综上所述，本项目的节能改造方案，符合国家的“十一五”期间制定的节能减排政策，是一个利国利民，造福子孙后代的好项目。六、节电率测算6.1 测试方法 在LP智能化节电设备安装前，由我公司工程技术人员指导，双方共同参与先在原工频线路上安装一块电度表，进行