热工仪表在火电厂中节能的应用

热工仪表在火电厂中节能的应用
一般地人们较多的从工艺流程大型用电设备等角度人手,很少从热工仪表应用角度来考虑节能问题。

实际上,热工仪表在工业生产过程中不仅起着检测与控制的作用,而且与节能密切相关,单从用电考虑,每年至少有10%的电力浪费在克服流体输送的阻力损失上,因此,热工仪表节能大有潜力可挖。

利用热工仪表节能的途径有:
1、减少热工仪表的接液阻力,降低阻力损耗,从而降低机泵轴的功率;
2、选择合理的调节方案。

一、减少仪表接液阻力
在火力发电厂生产过程中,与流体直接接触,产生阻力的仪表有:
1、各种流量计,如节流式流量计、容积式流量计、速度式流量计及直接质量式流量计等,其压力损失为0-6个速度头。

2、调节阀,其阻力随开度而变,压力损失常大于4个速度头。

事实上,在管道上的各种阻力件中,调节阀、某些流量仪表对流体产生的阻力占很大比重。

因此,如何减少乃至消除接液仪表的阻力,一直是人们所关心的问题。

下面列举一些节约能耗的方法。

(1)提高节流装置的直径比值
节流装置在流量测量中应用最广,在火力发电厂企业中几乎占70%以上,其基本原理是,在管道中安装一个直径比管径小的节流件孔板,流体流径节流件孔板时,在节流件孔板前后产生差压△P,其差压与流量存在如下的关系:
,K—与节流件孔板有关的系数实际流体由于具有粘性,流体流经节流件孔板时,一部分能量用来克服摩擦阻力和消耗在节流件孔板形成的漩涡上,因而,通过节流件孔板后流体的静压力并不能完全恢复,而有一定的损失,其压损与流量系数及直径比以及差压刻度上限△P存在如下关系: 。

值与是密切相关的,值越大,压力损失越小,越利于节能。

的取值范围因节流件孔板的型式及取压方式略有不同,一般在0.1-0.8之间。

实际上,工厂中的实际应用表明,值取0.4-0.5是常见的,这样做是从差压变送器的分辨率及流量系数出现平稳时的雷诺数来考虑,忽视了节能因素。

但是,随着低差压、高量程比变送器的出现以及工况流量多稳定在60%一90%,常用雷诺数高于界限雷诺数许多,大一点的值完全可以满足测量和控制的要求。

3、降低调节阀的S值
调节阀的S值(阀阻比)即阀全开时的压降与管路总压降之比,S值越大,损失在阀上的能量越多。

原来的经验是,一般不希望S值低于0.3,常选S值为0.3-0.5,对于气体,则收S值大于0.5,自然是消耗能源的。

调节阀在控制系统中有两个主要功能,其一为本身特性匹配系统的静态增益;其二,它是变阻力元件,按照控制规律改变它的阻力,实施流量控制。

在火力发电厂生产中,调节阀应用甚多,对于一个年发电能力为300MW×2、600MW×2的大型火力发电厂,在线调节阀的使用达1000余台,这么多的调节阀对生产的平稳运行及机泵的电量消耗影响极大。

根据有关资料报道,现有调节阀的不可逆节流损耗占流体输送系统总消耗的60%以上,与阀有关的机泵耗电量占我国年发电时的21%,而且所用的调节阀大都按高S值运行原则设计,反映在选配的机泵额定容量大,阀的口径小(通常比管路口径小2-3档),阀的工作开度小30%~40%是普遍的,这给流体输送系统带来很大的阻力损耗,因此,如何选择阀的S值和阀的开度显得十分重要。

需要指出的是,使用低S值调节阀,工作流量特性可能会发生畸变,但可以通过以下方式解决:
①改变阀芯的型面,使其理想特性凹得更甚;②采用阀门定位器利用凸轮形状改变理想特性;③采用串级调节系统,用副回路来改变理想特性,特别是数字调节器的出现,这种方法更容易实现。

低S值调节阀的应用实践表明,不仅易于控制,更利于节能降耗。

4、使用交流变频调速装置(VVVF)取代调节阀,在火力发电生产中,通过改变调节阀的开度达到流量控制的目的。

这种方案的缺点是:
①它是变阻力元件,因而是耗能的; ②为配合调节阀工作,泵出口侧常装一截止阀,为此,泵的选择要求有一定余量,以适应负荷变化的要求。

因而,是不经济的。

随着电子技术及计算机技术的发展,近年来,高效节能变频调速器相继问世,利用高性能变频调速器可组成理想、经济的调节回路。

它的特点是:
①非接触、无阻力安装;
②由变频调速器直接控制泵的转速,达到流量控制目的;
③省去调节阀等一阶滞后环节,有大范围无级调速的功能,调节品质高。

利用VVVF组成的调节回路,按照以往选用机泵的原则和选取调节阀上压降的原则,该方案至少可节约30%的电能消耗,特别是生产处在低负荷状态或原来选泵过盈量太多,则节能更加明显,同时,能使机泵处在相对轻载工况下运行,可延长机泵的使用寿命。

由于火力发电厂的设计和制造受技术条件的影响,我国电厂主
要用电设备如送风机、引风机、给水泵、循环水泵等高能耗设备,其输出功率不能随机组负荷变化而变化,只有通过改变档板或阀门的开度来调整,造成很大部分能量消耗在节流损失中。

国外变频技术被我国引进吸收,已形成了中国变频器技术市场,并在电力等行业推广应用,收到了很好的节能效果。

5、使用低压损仪表和无压损仪表
流量测量70%以上使用的是节流装置,由于压损大,对节约能源不利。

随着人们节能意识的日益提高,低压损仪表、无压损仪表越来越受到人们的重视和普遍关注。

近年来,阿牛巴流量计、漩涡流量计等在工业生产过程检测中显示了巨大的生命力。

特别是阿牛巴流量计由于价格低、安装方便、压力损失小等优点很受用户的欢迎。

阿牛巴流量计(以下简称阿牛巴)是与孔板流量计基于同样的原理测量流量的,但和孔板相比有显著的节能效果。

通常,测量同一流量时阿牛巴产生的差压为孔板的5%以下,其压损为孔板的1/50以下。

并且阿牛巴的压力损失随着管道直径的增大其压损占满刻度差压的百分数迅速降低。

如管道直径为25mm时阿牛巴的压损占满量程的22%,当直径为1500mm时,压损仅为差压的5%。

由此可见,阿牛巴的永久压损与孔板流量计相比是相当小的,一般阿牛巴连续能量消耗与节流孔板相比可减少95%以上。

二、改变调节方案,优化操作节约能源
1、重新确定调节间的安装位置
凝结水经过高、低压加热器预热后分送到除氧器,省煤器,高、低压加热器前大部分压降都发生在流量调节阀上,这个调节阀紧靠高、低压加热器的人口,使加热系统水的压力保持为进口压力,这样会大大抑制水在加热器中的汽化。

如果把调节阀安装在加热器之前,由于调节阀本身压损的存在,使得进人加热器的压力降低,正象高山上由于气压降低水的沸点降低一样,加热器中的水可以在较低温度下汽化,这样进人加热器的加热蒸汽用量减少,节能是明显的。

2、改变调节方案,节约能源
离心式压缩机的喘振控制通常采用固定极限流量法和可变极限流量法。

固定极限流量法,调节器的给定值是压缩机最高转速下的越过喘振器的某一流量QP,这样,不论压缩机运行在哪一种转速下,只要满足压缩机流量大于QP的条件,压缩机就不会喘振。

这样做的缺点是,一旦转速降低,便会有大量气体排空,能量浪费很大。

如果调节器的给定值QP随转速可变,给定流量裕度不至过大,一旦转速降低,便不会有太多的气体排空,这就是可变极限流量法防喘振方案。

显然,这种方案是节约能源的。

参考文献:
[1]张玉润.使用新型调节阀降低流体输送动力.化工自动化及仪表,1991,18(6)
[2]蒋慰孙,俞金寿.过程控制工程.北京:烃加工出版社,1998年。