第九节　锅炉辅机节电改造

一、辅机耗能与锅炉经济运行的关系

锅炉辅机主要包括通风设备，给水与补水泵，热水循环泵，燃料处理与输送设备，出渣、除尘以及水处理设施等。这些设备的正常工作是锅炉安全与经济运行的重要组成部分。不难设想，辅机经常出事故，运行不正常，锅炉的安全与经济运行就会受到严重影响。因此，加强对辅机的合理选配与控制，并不断进行节能改造与检修维护，是非常重要的。

锅炉辅机设备如此之多，限于篇幅关系，本节着重介绍锅炉的通风设备与给水设备及热水循环泵。

二、锅炉通风设备节电改造

1.合理选配风机，防止“大马拉小车”

锅炉鼓风机的风量与风压是根据锅炉最大负荷，即最大燃料消耗量，经计算确定的。所计算出的实际空气量，通常加10％的富余系数，来选配风机；风压的大小是根据燃烧方式、料层与管道阻力等因素经计算确定的，并加20％的富余系数。

同理，引风机的风量也按最大燃料消耗量确定烟气量，根据测试结果或经验，选取各部位的漏风系数，即可得出烟囱底部的最大烟气量，再加10％的富余系数，来进行选取；关于风压的确定，系以炉膛到烟囱底部的烟气流程阻力计算为准，再加20％的富余系数，并减去烟囱吸力，最后选定引风机型号。

从理论上讲，以上有关鼓风机和引风机的选取方法并没有错，而问题在于：

①有关锅炉供热负荷的统计并不准确，有宁大勿小的思想。因而锅炉实际运行负荷率较低，达不到锅炉额定出力，存在“大马拉小车”现象，主辅机不匹配，影响锅炉热效率。

②企业的用热负荷并不稳定，工况时有变化。尤其是企业自备的中小型锅炉，负荷变动频繁，风机控制方法又比较落后，最大燃料消耗量与最小燃料消耗量所需风量悬殊太大，锅炉操作难以适应。

③风机风量变化大，偏离了风机特性曲线效率最高区域，因而风机在低效率下运行，功率因数低，电耗升高。应根据实际情况，合理选配风机，使其在高效率区间工作，并研究风机在变工况下的合理控制技术，是风机节电潜力所在。

2.改进风机调节控制方法

（1）鼓、引风机联锁控制并采用导向器调节　中小型工业锅炉的鼓风机或引风机多数是利用闸板或转动挡板调节风量的，风量的减小靠增加节流阻力实现。风机压头有一部分用来克服节流阻力，致使风机在较低效率下工作，必然多消耗电能，很不经济。有少数锅炉仍把调节装置安装在风机出风口处，这是不对的，应安装在进风口处。比较经济适用的调节方法是改用导向器调节。因为导向器可以使气流在进入风机工作轮前先行转向，达到调节风量的目的，比前者优越，并可节电。其结构比较简单，可根据实际情况进行改进。

如前所述，鼓风机与引风机是密切相关的，为保证炉膛压力在微负压下稳定运行，可实施联锁控制，既满足操作方便要求，又可节电。

（2）更换与风量相匹配的电机　在现实生产中，由于种种原因，确有风机容量选大，电机功率随之加大，造成“大马拉小车”的现象，致使电耗升高。更换全套风机，一次性投资加大，很不划算，可更换与实际风量相匹配的电机功率的方法来实现。此方法需要核算电动机所需功率，现作一简要介绍。

在风机产品目录或风机铭牌上所标出的性能参数，是在风机效率不低于90％时所对应的性能。为使所选电机与实际需要功率相匹配，并在性能曲线较高效率区间工作，可用下式核算电机轴功率：

式中，N为电动机轴功率，kW；β1为电动机功率备用系数，对鼓风机为1.15，对引风机为1.3；η为风机效率，一般风机可选0.6，高效风机可选0.9；ηJ为机械传动效率，对于电机直联传动，取1.0，对于联轴器直联传动，取0.95～0.98，对于三角皮带传动，取0.9～0.95；Hm为风机全压，mmH2O（kPa）；Vm为风机风量，m3/h，对于引风机，Vm为实际排出的总烟气量，可用下式进行计算，并折算为非标态：

式中，β2为风量备用系数，取1.05～1.1；p为大气压力，mmHg；Vy为引风机实际排出的烟气量，m3（标况）/h，系指烟囱底部的实际烟气量，可利用表2-6中所列经验公式进行概算，如资料齐全，应进行燃烧计算。表中Qnet,ar指燃料的收到基发热量，单位是kJ/[m3（kg）]。空气系数α应为烟囱底部的值。如已知炉膛烟气出口的空气系数，还必须加上该出口至烟囱底部区间的总漏风系数。明显漏风处应封堵后进行测试，然后再乘以燃料消耗量，即为每小时实际排出的烟气量。可见漏风系数越大，排出的烟气量越大，引风机消耗电能越高。

注：Qnet,ar为收到基低位发热量，kJ/kg（m3）；α为炉膛燃烧的空气系数，也可表示为αL；Vα为炉膛燃烧生成的烟气量，m3/kg（m3）。

对于鼓风机，实际供给风量可用下式进行计算：

Ln=BαLL0（1+ηf），m3/h　　（2-24）

式中，B为燃料消耗量，kg（m3）/h；αL为炉膛空气系数；ηf为空气管道、风室与炉膛的总漏风系数，可据实际情况确定或测试。同理，计算结果利用式（2-23）可折算为非标态。

Hm为风机全压，mmH2O（kPa），用下式计算：

Hm=β3K∑Δh，mmH2O（kPa）　　（2-25）

式中，β3为风压备用系数，可选1.1～1.2；∑Δh为总阻力损失，mmH2O（kPa），对于鼓风机，为管道系统、风室与炉膛（如链排、料层等）总阻力损失之和，对于引风机，为炉膛至烟囱底部系统总阻力损失之和与烟囱抽力的差值。可见系统阻力损失越大，电机功率越大，消耗电能越高；K为气体的密度修正系数，用下式计算：

式中，γ为空气或烟气在标准状态下的密度，kg/m3，对于空气为1.293，对于烟气为1.34；t为空气或烟气的实际温度，℃；tm为风机铭牌给出的介质温度，℃，对于鼓风机为20℃，对于引风机为200℃；p为实际大气压力，mmHg。

通过以上计算，如果核算的电机功率与铭牌标注的功率相差不大，就认为是基本合理的。如果核算的功率比铭牌标注的功率小得多，则应更换与实际情况相匹配的电机，便可节电，促进经济运行。

3.采用变频调速与追踪负载节电新技术

（1）变频调速技术的应用　交流感应电动机变频调速装置或变频电机，就是通过改变电源的频率，对其进行调速的。这是因为感应电动机的转速依下式确定：

式中，Nr为电动机转速，r/min；f为电源频率，Hz，一般为50Hz；P为电动机极数，一般为4～8级；s为电动机转差率。

锅炉用鼓风机、引风机、水泵等，一般均为电动机恒速运转，输出一定风量或出水量。如要改变风量，以往是通过调节风机入口处的挡板或导向器的开度来实现；水泵的出水量则是通过调节泵出口管道上的调节阀开度来达到。风机的风量和水泵的出水量与其转速成正比，其消耗的功率与转速的立方成正比。因此，采用变频调速技术，改变电机的转速来调节风量或出水量的大小，优于过去的落后控制方法，从而达到节电目的。

变频调速技术经过许多生产厂家多年的开发研究与不断改进，目前已有很大进步，技术相当成熟。通过不少企业实际应用，证明能较好地解决上述存在的问题，节电效果显著。同时，每千瓦容量的造价也有降低，在当前电价上涨的情况下，更显示出应用该技术的优越性。

（2）变频调速与恒速追踪负载综合节电新技术　近年来日本神王电气（北京）有限公司等生产厂家研制出将变频调速与恒速追踪负载一体化的综合节电技术，开发出具有国际先进水平的自适应全自动节电装置。应用微电脑和内置PID闭环自动跟踪控制系统，将数字技术与通信技术相结合，把普通变频调速节电技术又推上了一个新台阶，使风机、水泵节电技术进一步完善，成为目前节电技术的首选设备。

①用于锅炉额定出力大于供热负荷，长期处于低负荷下运行，造成辅机选配偏大，与实际不相匹配，存在“大马拉小车”情况。除更换相匹配的电机外，还可采用变频调速与恒速追踪负载综合节电技术，达到双重节电。

②工业锅炉供热负荷波动大。由于风机、水泵是按最大供热负荷选配的，当供热负荷小时，富余量太大，偏离了特性曲线效率最佳区间，功率因数太低，机组效率明显下降，电耗必然升高。采用变频调速与恒速跟踪负载综合节电装置后，其功能组合可根据负荷变化的实际情况自由设定，可单一设定，也可组合设定，使功率因数保持在0.96以上，机组始终处于高效运行状态，便可节电。

③工业锅炉使用的风机、水泵负载经常发生变化，但其转速要求保持相对稳定，即输送介质压力保持一定。当电机负载发生变化时，综合节电装置设有闭环自动跟踪控制系统，将测量参数与设定参数相比较，自动跟踪负载的变化，输入电机负载所需要的电压，满足功率所需，而转速保持恒定，最大限度地提高功率因数在0.96以上，节电效果显著。

④变频调速与恒速跟踪负载节电装置，均设有软启动、软停车功能，克服了以往电机启动不平稳、噪声大、启动电流大，对设备与电网造成冲击，影响使用寿命等弊病。同时增设了全方位的保护功能，有过电流、过电压、欠相、欠压、过热、瞬时断电等保护，及时发出报警，保证安全、静音运行。

⑤工业锅炉尤其是中小型工业锅炉，控制方式单一落后，多数为手动控制，不能与计算机联网，无通信功能，无接口，需要更新换代。采用节电器后，这些问题可得到同时解决。

三、锅炉水泵节电改造

1.锅炉水泵功能与节电潜力分析

锅炉给水设备有给水泵、补水泵及热水循环泵等。这些设备是满足锅炉正常供热与连续安全运行所必需的。其耗电量的大小占辅机电耗相当大的比例，存在问题与节电潜力主要表现在以下几点：

①存在“大马拉小车”现象。如同锅炉通风设备分析的那样，锅炉额定出力大于实际供热负荷，因而负荷率低，造成水泵选配偏大，不相匹配，电耗升高。

②多数蒸汽锅炉降压运行，很少按额定压力运行。而水泵是按锅炉额定压力选配的，且留有一定的裕量，造成水泵扬程高，电机功率大，有浪费电的现象。

③工业锅炉供热负荷波动大，而水泵选配大，变工况调节控制方法落后，一般采用调节阀门开度来达到，阻力损失大，电耗升高。

④高温热水锅炉多数按低温热水锅炉运行，且供热负荷的变化，习惯于用温度来调节，很少用循环水泵流量进行量调节，造成电耗高。

⑤管网布置不合理，阻力损失大，也能造成水泵电耗升高。

2.水泵节电改造

（1）锅炉多级给水泵抽级改造　上述节电潜力分析中证明，水泵的扬程余量较大，实际给水系统所需要的扬程小于原配套的扬程，存在浪费现象，造成电耗升高。据此可进行多级泵抽级改造，把富余部分扬程去掉，便可节电。在改造时应经详细核算，按扬程富余量多少，抽掉一级或几级叶轮，换上等长度的套管代替便可。抽级后的多级给水泵流量基本不变，扬程随之降低，轴功率明显减小，节电效果显著，已被很多工厂实践所证明。水泵抽级改造一般选在进口侧较好，方法简单，普通工厂均可自行改造。

（2）锅炉单级给水泵切削叶轮改造　根据水泵的叶轮直径与流量、扬程和功率的比例关系呈一次方、二次方和三次方的规律，开发了切削叶轮外径节电法。如下式所示：

式中，Q、H、N、D2和Q'、H'、N'、分别为叶轮切削前后的流量、扬程、功率与叶轮外径。

该方法的要点是适量切削叶轮外径，使叶轮外径与泵壳体之间的间隙比原来适当加大。切削后水泵的转数保持不变，流量略有减小，扬程呈二次方下降，功率呈三次方降低，因而节电效果明显，已被很多工厂实践所证明。

改造前应经详细测算，按所需扬程等参数，计算出叶轮外径切削量，加以适当修正后，作为实际切削量。

3.变频调速与恒速追踪负载综合节电新技术

①水泵应用变频调速与风机完全相同，前面已作了详细讲解，在此不赘述。近年来不少企业的锅炉给水泵安装了变频调速器，节电效果明显。

②锅炉给水泵、补水泵更适合应用变频调速与跟踪负载综合节电技术。因为水泵一般要求具有一定的扬程，即电机转速应恒定。如果原安装的水泵扬程有裕量，又可按变负荷进行调节控制，应用组合设定或单一设定功能，双重节电，效果会更好。

③热水循环泵同样可应用综合节电技术。对供热负荷的变化，以往习惯于用温度来进行调节。如果安装变频调速器，用以调节电机转速，对水泵扬程会受到影响，不能满足供热要求。当安装综合节电装置后，能保持电机恒速运转，并可连续、准确、自动跟踪电机负载变化，及时调整电机输入电压，保证电机在高效区间运行，功率因数在0.96以上，节电效果明显。如果循环泵扬程有裕量，再加上变负荷调节控制，节电效果会更好。

④水泵节电改造后，仍可应用综合节电技术。因为上述水泵改造只能按实际最大供热负荷确定，当负荷变小时，水泵仍有节电潜力。

4.风机、水泵管网改造，减小阻力损失

有些风机、水泵管网，包括风室结构和烟道等设计、安装不合理，系统阻力损失大，影响电机电耗升高，诸如涡流损失、急转弯撞击损失、漏风损失等。要设法进行改造，减小阻力损失，便可节电。这种节电潜力普遍存在，不应忽视。只要用心分析并解决实际问题，必然会取得节电效果。