永磁调速技术在火力发电厂一次风机上的应用

姜超 何立建 徐文俊

摘要：永磁调速是目前最先进的非机械联接调速节能技术，本文对绕组式永磁耦合调速器的结构、调速原理和在一次风机系统中的应用做了简单阐述。分析了某300MW火力发电厂系统中的一次风机进行永磁改造后的调节特性，与采用工频调速的方式进行对比，并对其应用及经济性进行了分析。试验结果表明永磁调速节能效果明显，在大功率电机永磁改造方面具有广阔前景。

关键词：绕组式永磁耦合调速器;永磁调速;电机

引言：一次风机是火力发电厂风烟系统中的重要辅机，用于提供一定压力、一定流量的一次风，将煤粉干燥并送入喷燃器，并提供煤粉挥发份燃烧所需氧量。因此对一次风机进行节能改造是大势所趋，也有利于节能减排。本文采用绕组永磁耦合调速器对一次风机的节能效果进行试验研究，产品为江苏磁谷JIANGSU·CHINA公司生产的YOTQ―D系列永磁耦合调速器，具有运行工况稳定，运行振动、温升低，操作简便，调速精准，电机启动电流小，低速性能更好，生产成本低，节电率高等优点。

1 系统概况

某厂风烟系统由烟气系统、二次风系统、一次风系统、密封风系统及冷却风系统组成。炉膛中产生的烟气流过后烟井后，通过烟道进入空预器烟气仓，在预热器中利用烟气余热使一、二次风得到预热。从空预器出来的烟气通过静电除尘器和引风机（再经脱硫）排至烟囱，在预热器进口烟道上装有电动隔绝挡板。在直吹式制粉系统中，一次风机提供一次风，从风机出来分为两路，一路经过空预器产生热一次风，一路不经过空预器产生冷一次风。其中，热一次风为磨煤机提供干燥出力和通风出力，将磨煤机磨好的煤粉干燥后携带煤粉进入到锅炉燃烧器。冷一次风与热一次风在磨煤机的入口处进行混合，调节磨煤机进出/温度，同时也是磨煤机通风出力的一部分。

2 绕组式永磁耦合调速改造实验

根据现场运行要求和技术改造标准，对一台机组下的一组一次风机进行绕组式永磁耦合调速改造，并与同等设计负荷的另一台机组下的一组工频运行的一次风机进行同工况对比和分析。用YOTQ―D系列永磁耦合调速器代替电动机和风机之间的刚性联轴器，一次风机改造。当不同工况下的实际风量与需求风量所对应的电机转速产生偏差时，绕组永磁调速系统则根据永磁外转子与绕组内转子的速度差，利用绕组中产生感应电动势来传递扭矩，起到软离合的作用。

此外，工频运行的一次风机由于工作效率低下，转差功率损耗变成設备温升，不仅维护量大而且一般需要配备单独的冷却系统，多通过水或油等介质对联轴器、轴承等部件进行冷却。与此相比，永磁耦合调速器将此转差功率损耗转变成电能引出再利用反馈回供电端，一举彻底解决转差损耗导致的设备温升问题，不仅高效节能也无需散额外配备热冷却系统。

2.1 一次风机绕组式永磁耦合调速器实验数据

表1 为一次风机绕组式永磁耦合调速系统在变工况下，风机动叶开度、流量、转速等参数时的实验数据。可以看出利用绕组电流产生的感应磁场与原永磁场的非接触传动，可以改变一次风机电机转速，进而改变流量，实现速度调节。随着负荷变化，绕组中感应电流随之变化，风机流量近似比例上升，电机电流、功率、轴承及线圈温度也随之增加。进一步分析，因为绕组式永磁耦合调速系统不需要通过调节风机挡板开度改变流量，因此动叶开度在有限区间变化，风机出口压力变化小，证明了绕组式永磁耦合器在调速过程中，节流损失减少，电机功率损耗降低，节能效果提高。根据风机运行特性曲线可以看出绕组式永磁耦合调速器的调节特性线性度好，可以满足各工况下的生产需求。

2.2 一次风机绕组式永磁耦合调速器对比实验数据

为比较一次风机在采用绕组式永磁耦合调速系统和在工频运转下的节能效果，现分别对同设计负荷下的两组一次风机进行流量、电机功耗、调节性能进行实际运行参数分析。

表2为相同风机流量工况下，工频电机的各种运行参数。根据GB12497《三相异步电动机经济运行》强制性国家标准实施监督指南中的公式计算风机节能量：

Q1/Q2=N1/N2      ③  流量变化与转速变化成正比

H1/H2=（N1/N2）2    ④  压力变化与转速变化的平方成正比

P1/P2=（N1/N2）3     ⑤  功率变化与转速变化的立方成正比

根据计算公式③④⑤，通过计算可得出：故当流量下降到额定的50%时，转速应下降到额定转速的50%，降速后的风机所需要的的轴功率为P1=P额定*（1/2）三次方。通过比较表1和表2可以看出绕组式永磁耦合调速系统比工频运转的电机更节能。纵观两组一次风机流量由90Km3/h增长至140Km3/h，永磁调速器风机出口压力变化幅度较工频风机更为平稳，并且各类负荷工况下，前者的流量都较大。这说明一次风机在采用永磁调速装置后可以更好地满足锅炉燃烧的风量需求，并且节流损失小，能耗低。

绕组式永磁耦合调速相较于工频有以下技术优势：（1）系统节电率比高，可以将转差功率引出反馈回供电端;（2）调速器主机与永磁电动机结构相仿，无机械动作，非接触传动，没有摩擦和磨损的软性传动，隔离振动和噪声，可靠性高;（3）多动力单元驱动，自动均衡负载，调速范围广，尤其负载低速运行时，可保持额定转矩运行。

2.3 改造前后节能经济数据分析

如图1 所示，采用针对绕组式永磁耦合调速后，风机运行效率提高明显。以运行中流量为100 Km3/h为例来分析一次风机改造前后的节能效果，可以看出永磁调速后节能效果明显，节电率约为30%。按照电网全年平均运行时间240天计算，年节电量为164*24*240=944640KW·h，以电价0.7元/KW·h，年节约电费为0.7*944640=661248元（约66.1万元人民币）。考虑到采用永磁调速后减少了一次风机的振动，减少了系统的维护工作量，延长了轴承和密封件的寿命等因素，效益远大于上述数据。

结论：该电厂一次风机系统采用了绕组式永磁耦合调速器后，运行工况良好，经第三方性能检测节电率可达47.45%，与2011年该风机设施的变频调速改造比较，比变频节电率高12.53% ，达到了预期效果。永磁调速技术应用于电机的调速和节能前景广阔，具有节电率高、维护成本低、低速性能更好、结构简单、适用范围广等优点。