泵、风机节能降耗方法

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。二、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的泵、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。三、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取决于很多因素，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。已成功进行技改的主要泵型有：沅江48P-35IIA、沅江48P-30、沅江48P-281C、沅江481-26II、48P-25、沅江481-22、沅江48P-201、沅江481-201C、湘江56-23A、48sh-22、32sh-19、32SA-19、24sh-19A、20SA-22、14ssh13、12SH-6、黄河1200S24A、800S24、800S16I、500S35、300S58A、200S63A、KS2700-130等。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(例如坝库式水电机组，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。四、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