锅炉给水泵液力机械调速系统的特点与节能技术

2020-01-17李华芳

工业加热 2019年6期

李华芳

（陕西工业职业技术学院，陕西咸阳712000）

本文所探讨的液力机械调速系统，在运行过程中电机的转速可以达到相对稳定的状态，在导叶开度调节液力变矩器的作用下可以表现出涡轮力矩转速的基本特性，整个调速系统所产生的功率绝大部分都交由行星齿轮做进一步的传递，但有少部分则交由液力变矩器完成。相较于耦合器而言，所带来节能效果更为理想；相较于变频器而言，又具有很强的耐久性，在运行过程中稳定性也能得到很好的保障。

1 调速系统分析

（1）启动。主油泵处于运行状态，此时压力油会经由逆止门并进一步到达调速系统中，两个电磁阀之间的空间则是油压得以畅通的基本保障，此外手动停机阀也会达到畅通的状态，但无论是速关电磁阀与启动油电磁阀均会在某一个时刻一同达到带电状态，二者分别对应的是泄油与接通形式，在此作用下危急保安装置进行复位，实现对油压力状态的调整，从而变为接通的状态。另一路油则会到达速关油油动机之中，并迫使两个活塞达到压紧状态，由此避免泄漏现象。此时速关阀会处于关闭状态，达到5s 后便会失电，受此影响速关油的相关通道都会达到完全畅通状态。由于两个活塞的规格相同，速关阀将会变为关闭状态。再经过5s后，危急保安装置的复位油便会逐步丧失，此时速关油实现畅通；此外，速关阀油动机之中留有的启动油便会逐步泄放出来，在针形阀开度的作用下便可以实现对速关阀的调节，使其达到不同的开启速度。

（2）调节。在转速探讨的辅助下，加之放大器的作用，便可以输出规格为4～20 mA的电流，并进一步到达电液转换器之中，此时仅需要通过调节泄油口的方式便可以获得不同大小的二次油压，对应范围可以达到0.15～0.45 kg/cm2，由于二次油压具有变动性，此时错油门会表现出上移或是下移的特性，进一步推动活塞杆进行移动，汽门大小随之发生改变，经过变动后的转速与调节阀开度等各类相关的参数均会再次进入到Wood-Ward 505 做进一步处理，经一系列调节后便会达到稳定状态。

（3）速关阀试验。若对速关阀进行推拉操作，此时压力油会再次与试验油达到接通状态，受此影响试验油将会到达油动机的左侧位置，从而使得主汽门关闭；如果松开手动阀手柄，便可以随机中止试验。

2 调速系统特点

（1）调速系统模块化。就当前的国内机组而言，其内部的管路较为丰富，但表现出杂乱的问题；反之，西门子则采用的是模块化的方案，此时诸如电磁阀以及电液转换器等均会被集中在某一个特定的模块之中，整个系统更为简约。

（2）电液转换器时污性强。关于WoodWard 505 部门，若采用美国的电液转换器，受其滤网的影响极容易出现停机故障；考虑到该问题，采用的是德国VOITH的产品，此时滤网规格由原来的10 μm提升到了50 μm，整体耐污性得到了大幅提升。此外，由于油动机的油压相对较低（通常只为1 MPa），因此调速系统对油脂所提出的要求也更容易得到满足。

（3）关于二次油压，在节流孔板的基础上还增设了逆止阀，前者可以控制加负荷速度，进一步提升了系统的稳定性；后者可以提升二次油的泄油速度，因此负荷下降速度明显加快。

（4）使用了大量的节流孔板。在试验油与速关油动机之间设置了节流孔板，除此之外还增设了可调节式节流阀，进一步增强了系统的稳定性。由于油压的增减均表现为缓慢的趋势，加之节流孔板的作用，因此系统的震荡问题得到了有效的解决。

（5）主汽门活动试验稳定性高。就当前的国内部分机组而言，会通过泄油的方式进一步明确主汽门的运行状况，其可行性较差；而在小汽轮机中增设了一路压力油，此时仅需要通过加压的方式便可达到相同的效果。此外，由于台阶具有限制作用，因此主活塞形成也会受到进一步制约，加之节流孔板的作用，整个活动试验以稳步进行，避免了误操作而致使主汽门关闭的现象。

（6）错油门的旋转与上下振动。为了从根本上改善调速系统迟缓的现象，应当给小汽轮机设置一个错油门，由于其具有上下振动的基本规律，加之可以灵活进行旋转，因此还可以避免错油门活塞卡涩现象。如果压力油进入到了活塞的中间区域，则会以均匀的状态向外引出，每结束一次活塞旋转运动后，都会致使二次油压进行泄放处理，此时活塞会进一步表现出上下运动的状态。在频率方面则与旋转运动相同，受振幅的影响将会进一步实现对泄油孔的调节。

3 节能改造的可行性

出于对锅炉给水泵节能改造的目的，做出了如下分析。

3.1 用能原理分析

关于电动给水泵，它可以实现对热能的转换，由此得到电能，而后再进一步转换为机械能；在变频电动泵的作用下，则可以实现对热能的转换，最终得到机械能。二者的转变机制相同，但前者减少了最终所得到的机械能总量；反之，气动给水泵具有更高的节能效益，它所产生的排汽热量可以进一步被除氧装置所使用。

3.2 能耗分析比较

就能耗角度而言，为了方便分析，假定了如下条件：给水泵规格为220 kW，其数量以2 台为宜；涉及的压力值均指的是绝对压力；频率器设置为440 kVA，此外小汽轮机功率设定为440 kW。

在两台电动给水泵的作用下，可以为锅炉提供温度支持，使其达到104 ℃状态，所具备的流量达到了86 t/h给水状态时，其对应的给水压力达到了7.5 MPa，实际耗电量为350 kW/h。

当变频器的数量设置为1 台时，依然保持上述所提出的温度与锅炉给水流量状态。但有所区别的是，此时锅炉所需的给水压力尚未达到7.5 MPa，由此减小了给水泵出口处的压力值；如果锅炉给水压力持续下降，处于6.9 MPa以下水平时，所需的耗电量则为250 kW/h。

当采用一台规格为440 kW 的小汽轮机作为基本动力，由此实现启动给水泵的效果，此时依然遵循上述的温度与流量标准，锅炉给水压力也控制为6.9 MPa水平。受小汽轮机自身运行特性的影响，所产生的尾汽依然可以被除氧装置所使用。若从能量梯级利用的角度进行分析，上述提及的设备可以构成一个能源利用组合体系。此时，要想对汽动给水泵的能耗进行分析，可以转换为对汽动给水泵以及电动给水泵分析的方式。此时，设定了A、B两个组合，二者都涉及到给水泵以及除氧器两大组件，但A组合中为汽轮机，而B组中则为电动机。经相关计算后可以得知，可以得到如表1所示内容：

表1 组合A与组合B的能耗比较

综合上述结果进行分析可知，相比之下A 组合的耗电量更少，具体减少有350 kW/h，但耗汽量有所增加，此时多出了0.3 t/h，而多耗费的这一部分则等同于汽动给水泵所耗费的能量。在确保热负荷不发生变动的情况下，可以基于对机组负荷改变的方式而得到。假定压力值为5.0 MPa，在440 ℃的条件下多耗费的部分则可以进行做工，此时得到0.7 MPa 的压力。经过进一步计算可以得知，在忽略热量损失的情况下多带来的发电量有28 kW/h，但如果考虑到0.3 t/h 的工况要求，此时锅炉所耗费的煤量则会大幅增加，而耗电量也增加了3 kW/h。参阅相关资料可以得知，对于循环流化床锅炉而言，其具备的热效率达到了85%及其以上水平，因此多使用的煤料将会以85%的热效率转化出来。对于B组合，当其生产运行状况发生变化时，可以进一步得知气动给水泵耗煤量为0.038 t/h，此时所需的供电量为25 kW/h。

对此，对多消耗的0.038 t/h标煤作进一步分析，通过火力发电的方式对其供电煤耗情况做进一步的折算。参阅相关资料，由此对0.038 t/h 标煤作进一步计算，经折算后可以得知电量为114 kW/h，此时将过热蒸汽所得到的25 kW/h 扣除出去，由此得知启动给水泵的耗电情况为89 kW/h。

考虑所需达到的节能效果，对2 台规格为220 kW的电动给水泵进行了改造，由此得到一台规格为400 kW的设备，此时所需的进汽压力则为0.7 MPa；此外，小汽轮机在排汽时所需的压力为0.2 MPa，运行时的功率为333.8 kW，可以带来70%的效率，总体所需的投资金额为30 万元。通过对电动给水泵的改造，可以得到一台容量更高的气动给水泵，能够满足锅炉运行过程中所提出的供水要求。经上述改造后，还展开了负荷试验，结果表明：当锅炉供水达到50 t/h 及其以上水平时，小汽轮机的尾汽能够在除氧设备的作用下做进一步的吸收，由此满足了供热负荷所提出的要求，整个启动给水泵的运行更加稳定。