永磁調(diào)速技術(shù)在電廠輔機應用上的節(jié)能分析

王野+李矞輝

摘 要：本文介紹了永磁調(diào)速器的結(jié)構(gòu)組成、工作原理及性能特點，并以離心式風機為例分析了永磁調(diào)速器的節(jié)能原理。將永磁調(diào)速器應用于某電廠的一次風機、引風機和鍋爐給水泵等輔機中，對改造后的運行效益進行了估算，預計節(jié)能效果顯著。

關(guān)鍵詞：永磁調(diào)速器；電廠輔機；節(jié)能

近年來，隨著稀土永磁材料性能的不斷提升，多種不同的永磁設備開始出現(xiàn)并被投入使用，其中永磁調(diào)速器就是一種可實現(xiàn)離心風機或水泵調(diào)速節(jié)能的永磁設備[1-2]。

永磁調(diào)速器結(jié)構(gòu)主要包括導體轉(zhuǎn)子、永磁轉(zhuǎn)子以及調(diào)節(jié)器，圖1為永磁調(diào)速系統(tǒng)示意圖。導體轉(zhuǎn)子與電機相連，具有與電機相同的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向；永磁轉(zhuǎn)子與負載相連；導體轉(zhuǎn)子和永磁轉(zhuǎn)子同軸安裝，并且之間存在圓環(huán)狀氣隙，兩者可做相對旋轉(zhuǎn)運動。在永磁調(diào)速器工作過程中，電機帶動導體轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，與永磁轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生相對運動，永磁轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的磁力線被導體轉(zhuǎn)子中的導體環(huán)切割，從而產(chǎn)生渦流，永磁體所產(chǎn)生的磁場與這種渦流產(chǎn)生的感應磁場之間發(fā)生作用，使得永磁體轉(zhuǎn)子產(chǎn)生同方向的運動，即永磁轉(zhuǎn)子隨導體轉(zhuǎn)子同向旋轉(zhuǎn)，從而將電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩輸出給負載。負載的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的大小由永磁轉(zhuǎn)子和導體轉(zhuǎn)子的嚙合面積決定，嚙合面積越大，傳遞的扭矩越大，負載轉(zhuǎn)速越高。

永磁調(diào)速器有如下特點[3]：

1）節(jié)能，永磁調(diào)速器應用在離心式負載系統(tǒng)中，根據(jù)不同的運行要求，節(jié)電率可達10%～60%；

2）可靠性高，結(jié)構(gòu)簡單，使用壽命長；

3）非接觸傳遞扭矩，傳動平穩(wěn)，減少系統(tǒng)振動和噪聲；

4）對使用環(huán)境要求低，可安裝在高溫、低溫、潮濕、粉塵含量高等惡劣環(huán)境中；

5）可實現(xiàn)電機的輕載啟動，對負載的沖擊??；也可以實現(xiàn)過載保護，提高系統(tǒng)的運行可靠性；

6）安裝簡單，對中精度要求低，運行維護成本低。

永磁調(diào)速器不僅可以用于離心式風機、泵類設備的調(diào)速節(jié)能，也可實現(xiàn)雙機功率平衡、限矩和過載保護、耦合及減振等功能。所以在電力、鋼鐵、化工、造紙等領(lǐng)域逐漸得到廣泛的應用，尤其是在電廠輔機上的應用越來越多。

1 系統(tǒng)概述

現(xiàn)對某電廠中輔機進行永磁調(diào)速改造，所需要改造的設備為城市生活垃圾綜合處理工程中與焚燒線配套的一次風機、引風機和給水泵。

在電廠中，通過一次風機將空氣加壓，靠風壓把煤粉或其他焚燒材料吹入爐膛燃燒；引風機主要是用來從鍋爐中吸收燃燒后的熱空氣，給鍋爐造成負壓，將熱空氣通過各種凈化處理排入大氣；鍋爐給水泵主要是給鍋爐提供補給水、各種降溫水和反沖洗水。所以，一次風機、引風機和給水泵是電廠輔機中的關(guān)鍵設備，也是衡量電廠節(jié)能降耗和設備自動化水平的重要指標。

電廠中一次風機、引風機和給水泵等重要輔機通常運行在額定工況，能源消耗很大。輔機在工作過程中一般是通過閥門或風門等裝置實現(xiàn)流量調(diào)節(jié)，因此會產(chǎn)生很大的節(jié)流損失。

這些輔機的工作效率也通常不理想。輔機工作過程中容易出現(xiàn)振動過大的現(xiàn)象，且存在較大的磨損并產(chǎn)生持續(xù)噪聲，設備需要經(jīng)常停機保養(yǎng)和維修，降低了工作效率。

2 節(jié)能分析

2.1 永磁調(diào)速器的節(jié)能原理

圖2為某離心式風機的管網(wǎng)特性與工作性能曲線，R1、R2為風門調(diào)節(jié)前后的管網(wǎng)特性曲線，n1、n2為轉(zhuǎn)速分別是n1、n2時的風機性能曲線。

管網(wǎng)特性曲線與風機性能曲線的交點即風機的運行工作點。假設A點為風機的正常工作點，風機流量為Q1，當風機流量需調(diào)節(jié)至Q2時，對永磁調(diào)速器改造前后的功率消耗分析如下：

1）改造前采用風門調(diào)節(jié)，通過關(guān)小風門，將流量降至Q2，風機工作點從點A移至點B，封閉圖形OQ2BH2面積即為此時風機功率；

2）改造后通過永磁調(diào)速器調(diào)速調(diào)節(jié)，其管網(wǎng)特性并不發(fā)生改變，但特性曲線將下移，轉(zhuǎn)速由n1降至n2，風機的工作點從點A移至點C，此時封閉圖形OQ2CHE面積即為風機功率。

由此可以看出，對風機流量進行調(diào)節(jié)的方式中，采用永磁調(diào)速器調(diào)節(jié)具有明顯的節(jié)能效果。

2.2 改造方案

本項目工程配置及現(xiàn)場參數(shù)如表1所示。

以電機功率和轉(zhuǎn)速為主要選型依據(jù)，選擇的永磁調(diào)速器型號及參數(shù)見表2。

2.3 效益估算

對該電廠輔機設備改造前后不同運行狀態(tài)下的耗電量進行分析比較，從而進行效益估算。永磁調(diào)速器改造后效益估算如表3所示。由表3可以看出，永磁調(diào)速改造后，將具有顯著的節(jié)能效果。

3 結(jié)論

永磁調(diào)速器由于其具有顯著的節(jié)能效果、簡單的結(jié)構(gòu)總成，以及較高的安全可靠性能，被廣泛應用于火力發(fā)電廠的各類風機、水泵等離心式負載，推動了企業(yè)的節(jié)能環(huán)保發(fā)展進程，給企業(yè)帶來明顯的經(jīng)濟收益。

參考文獻

[1] 王玉良. 國外永磁傳動技術(shù)的發(fā)展[J]. 磁性材料及器材， 2001， 32（4）： 45-46.

[2] Rens J， Atallah K， Howe D. A novel magnetic harmonic gear[C]. Proceeding of IEEE InternationalElectric Machines and Drives Conference， Antalya， Turkey， 2007： 698-703.

[3] 趙勇， 張春杰， 王剛， 等. 電廠閉式水泵永磁調(diào)速器改造的經(jīng)濟效益分析[J]. 華電技術(shù)， 2015， 37（3）： 38-41.