楊莊煤矸石熱電廠動力節能改造 可行性研究報告 提交日期： 2010年05月20日提交單位：北京樂普四方方圓科技股份有限公司地 址：北京市海淀區閔莊路3號清華科技園玉泉慧谷10樓方案編制人: 孫瑞剛電 話：傳 真： 01088850479-699917 / 17目 錄一、現狀分析31.1 企業設備運行狀況31.2 節能改造的必要性5二、節能潛力分析62.1 設計冗余及分析62.2 供電電壓分析92.3 功率因數分析92.4 電網電能質量分析92.5 節能潛力綜合評測9三、LP智能化設備和節能技術簡介113.1 節電原理113.2 產品特點123.3 技術參數13四、實施方案134.1 系統改造的原則134.2設備選型14五、效益分析145.1 效益預算145.2 間接效益155.3 社會效益15六、節電率測算166.1 測試方法166.2 節電率計算方法16七、售后服務16八、公司業績17 一、現狀分析1.1 企業設備運行狀況根據我公司技術人員對貴單位75噸鍋爐使用的風機、水泵設備系統的勘察，以及貴單位工程技術人員的介紹得知 鍋爐系統配備了引風機、送風機、二次風機及鍋爐給水泵、循環泵等 設備具體配置情況如下：貴單位現已投入生產的2座鍋爐，每臺鍋爐配備引風機1臺、送風機1臺、二次風機1臺。循環水泵4臺（2用2備，應用于2座鍋爐），鍋爐給水泵3臺（2用1備，應用于2座鍋爐）。引風機：每臺鍋爐配備1臺500kW風機電機，生產時投入使用；風機型號YL-NO210額定風量213000M3/h額定風壓4736Pa風機功率 500kW額定轉速1450r/min電機型號YKK450-6額定電壓6kV額定電流61.5A額定轉速990r/min額定功率因數0.83電機啟動方式為液力耦合器啟動，電機的實際運行電流為26-30A，運行電壓為6kV，液力耦合器執行器調節40%-90%，系統風道閥門開40%-80%(常在50%左右運行),由工人根據生產經驗（鍋爐內煤層厚度、煤質等）控制風機風量。送風機：每臺鍋爐配備一臺450kW風機電機，生產時投入使用；風機型號JIG75-22A額定風量47121M3/h額定風壓12285Pa風機功率 kW額定轉速1450r/min電機型號YKK400-4額定電壓6kV額定電流53.62A額定轉速1480r/min額定功率因數0.86電機啟動方式為液力耦合器啟動，電機的實際運行電流為31.2A-34.5A左右，運行電壓為6kV，液力耦合器執行器調節55%-80%（一般在70%左右），風機出口風道閥門開50%-80%(現場開度在55%左右運行),由工人根據系統壓頭風壓狀況（一般大于9.8Kpa）和生產經驗（鍋爐內煤層厚度、煤質等）控制風機風量。二次風機：每臺鍋爐均配備1臺250kW二次風機電機，生產時投入使用；風機型號JIG75-15A額定風量66355M3/h額定風壓15762 Pa風機功率 kW額定轉速1450r/min電機型號YKK335-4額定電壓6kV額定電流31.2A額定轉速1480r/min額定功率因數0.84電機啟動方式為液力耦合器啟動，電機的實際運行電流為11.7-13A，運行電壓為6kV，液力耦合器執行器調節30%-80%，風機出口風道閥門開45%-70%(現場開度在50%左右運行),根據生產經驗及風壓1.9-3.5Kpa（現場壓力為2.5Kpa）控制風機風量。鍋爐供水泵:兩套鍋爐配備3臺250kW水泵電機，正常生產時2用1備方式使用（現場運行1臺）。水泵型號D685-679額定流量85M3/h額定效率65%水泵功率214.6kW額定轉速2950 r/min額定揚程590m電機型號YKK355-2額定電壓6kV額定電流28.6A額定轉速2967r/min額定功率因數0.85電機啟動方式為液力耦合器啟動，電機的實際運行電流為21.5A，運行電壓為6kV，水泵出水壓力為5.6Mpa(通常在5 Mpa左右運行),系統汽包壓力一般在3.4-3.4MPa左右，距離地面約30米。系統要求給水泵最低壓力要大于汽包壓力，即水泵壓力保持在5.0Mp可滿足鍋爐給水泵系統正常工作。循環水泵:兩套鍋爐配備4臺160kW水泵電機，正常生產時2用2備方式使用。水泵型號500S22額定流量2000M3/h額定效率84%水泵功率160kW額定轉速980r/min額定揚程22m電機型號Y355M1-6額定電壓380V額定電流299A額定轉速989r/min額定功率因數0.86電機啟動方式為軟起啟動，電機的實際運行電流為275-300A，運行電壓為380V，進出水閥門全開。 雖然晝夜有溫度變化，但一般情況下不調整閥門的開度。1.2 節能改造的必要性貴單位風機系統存在的缺陷：l 無論系統工況怎樣變化電動機仍處于工頻態運行，造成一定的能源浪費；l 啟動時對電網沖擊大，電能浪費嚴重；l 運行中電能浪費嚴重；l 設備長期高速運轉，磨損嚴重，壽命短；l 工作噪音大。當前，變頻調速控制技術、節能控制技術已相當成熟，可以全面、徹底解決上述問題。并且投入經費不多，可在短時間內收回成本。同時帶來的好處是：l 系統能平穩軟啟動，僅一個按鍵即可，操作方便；l 啟動時對電網無沖擊，節約電能；l 運行中電能消耗大幅度減少；l 設備運轉速度低，可大幅度延長壽命；l 工作噪音小。二、節能潛力分析2.1 設計冗余及分析由于循環流化床鍋爐獨特的流態化、循環燃燒等特點,系統配備電機及負載都是按照最大負荷的1.52倍來設計的，因為他要考慮到在極端不利情況下滿足系統正常工作的需要。比如管道系統老化、煤質較差、風機效率低等。這在實際運行中就造成了“大馬拉小車”的現象。這種情況下系統的效率是不高的。即對應于系統所做的有用功來說，消耗的電能要多一些。這是普遍存在的浪費電能的根源之一。A、本案鍋爐供水泵：供水泵的管道出水壓力為5.6Mpa，而系統要求壓力不低于5.0Mpa（由5.6MPa下降到5.0MPa，壓力下降了0.6MPa 即下降5.5%）；就能滿足系統的正常運行；根據流量q與電機轉速n成正比；壓力（揚程）Pa與電機轉速n的二次方成正比；而軸功率P與轉速n的三次方成正比；溫度t與轉速n成反比這一原理。轉速下降（%）頻率下降（Hz）壓 力Pa（%）軸功率P（%）溫度t（%）流量下降（%）節電率（%）10458172.91111027.120406451.21252048.8根據上表數據，當壓力下降5.5%時，實際壓力為88.3%；所以 ： 89.3%=（1n%）2 n 5.5% 因為電機轉速N 的三次方與電機的軸功率P成正比。所以： 當電機轉速下降5.5%時，實際軸功率為： P = （15.5%）3 100% =84.4%根據公式推理,在這種工況下運行時的實際輸出功率為84.4%，所以可以粗略認為，由于設計冗余造成的電能浪費大致為100%-84.4%=15.6%。考慮到管道阻力及生產中的壓力要求，初步確定送給水泵節電率約12%左右。B、本案鍋爐送風機：送風機的液力耦合器調整速度約為額定的60%左右，但是液力耦合器隨速度下降，其效率降低很多。這樣大部分電能被白白給浪費；功率損耗的原因：電動機本身功率損耗除外，無論是變頻調速還是液力偶合器調速，均存在額外的功率損耗，液力偶合器從電動機輸出軸取得機械能，通過液力變速后送入負載，其效率不可能為1；變頻器從電網取的電能，通過逆變后送入電動機電樞，其效率也不可能是1。而且在全轉速范圍內，兩種方式的效率曲線也不一樣。上圖 “兩種調速方式效率曲線”為典型的液力偶合器和變頻器的效率轉速曲線，隨著輸出轉速的降低，液力偶合器的效率基本上正比降低（例如：額定轉速時效率0.95，75%轉速時效率約0.72，20%轉速時效率約0.19），而變頻器在輸出轉速下降時效率仍然較高（例如：額定轉速時效率0.97，75%以上轉速時效率大于0.95，20%以上轉速時效率大于0.9）。從曲線數據看，當輸出轉速降低時，液力偶合器的效率比變頻調速的效率下降快得多，因此變頻調速的低速特性比液力耦合器要好。當然，有一點我們應該看到，就是用于風機、泵類負載時，由于其軸功率與轉速的三次方成正比，當轉速下降時，雖然液力偶合器效率正比下降，但電動機綜合軸功率還是隨著轉速的下降成二次方比例下降，因此也能起到節能作用。變頻調速通過電力電子整流和脈寬調制逆變技術改變電動機電樞的電壓和頻率，除本身控制所需很少一部分能量消耗保持不變外，電力電子器件的損耗基本上與輸出功率成正比，因此變頻調速可以在全轉速范圍內保持較高效率運行。而液力偶合器依靠泵和渦輪傳遞能量，在低速輸出時，泵和渦輪的效率均下降，因此綜合效率隨轉速下降而下降。由于風機系統設計富余量較大，在生產時為了控制系統風量，現多數單位風機都是利用調節管道風門擋板的方法來滿足生產的要求。這樣大部分電機負荷用在克服風門阻力上。而且降低了風機電機的運行效率，縮短了風機電機及風門的維修周期，增加了系統的維修費用。注：據有關部門統計，目前使用的風機閥門調節滿足生產要求的系統大約有25%的能量是無謂消耗。根據風機電機原理我們知道風機的風量、轉速、軸功率有以下關系：（1）Q2/Q1 n2/n1 ；（2）H2/H1 （n2/n1）2； （3）P2/P1 （n2/n1）3 ；上圖中，曲線為風機阻力特性，曲線為工頻速度下的風量與風壓關系曲線，此時風機工作在A點時，軸功率P1與Q1 、H1乘積，即圖中面積AQ10H1A成正比。若要將風量從Q1降到Q2，如風門（擋板），則工作點由A移到C，風量下降，壓力上升，軸功率減少不多，減少的能量被擋板消耗；若采用變頻調速，則工作點由A移到B，在滿足同樣風量Q2的情況下，壓力也下降，軸功率大大降低，且沒有擋板損耗。送風機節電率計算：l 工頻運行時功耗為：根據工況的信息，在送風機工頻運行時，電機實際功耗為：P工=電機電壓電機電流實際功率因數=6kV34.5A0.86=308.3kWl 送風機變頻改造后功耗為：依據液力耦合器調整控制風機后實際轉速下降到70%左右，：根據流體力學公式：Q1/Q0N1/N0 和 P1/P0=(N1/N0)3P變450（0.70）0.95162.5kWl 送風機理論節電率為：節電率308.3162.5308.310047.3考慮到風管阻力及生產中的壓力要求，初步確定送風機節電率約30%左右。2.2 供電電壓分析供電系統為保證末端用戶的正常使用電壓，一般電網供電電壓在-0%到+10%之間波動。電機長時間在偏高的電壓下運行，不但增加了電機的發熱問題，而且浪費了電能。某電機實際運行電壓高于額定電壓時對應的耗電量增加情況見下表。由此可見，供電電壓偏高造成的節電空間也有數個百分點。運行電壓高于額定電壓（%）耗電量增加情況（%）2.52.4354.757.56.941092.3 功率因數分析本案中，系統的功率因數偏低，給用戶帶來以下不利：l 浪費了供電容量；l 供電線路壓降增加，線路損耗大，電壓不穩；l 增加用戶電費費用。2.4 電網電能質量分析隨著大功率、非線性元器件在電力系統中的大量應用，使得電力系統波形嚴重畸變，電網電能質量令人擔憂。另外，電網上各種負載的頻繁啟動、關閉，在電網中形成一系列尖峰干擾、電壓波動甚至是瞬間失電。所有這些電能質量問題，在用戶負載上必然表現為各種損耗增加、發熱量增大、電機力矩下降、運行效率降低。2.5 節能潛力綜合評測綜上所述，在貴單位給水泵、送風機系統存在的節電潛力歸納為以下兩部分：第一部分，給水泵系統負荷控制節電潛力。即運行壓力大于設計壓力形成的節電潛力為12%；送風機系統由于液力耦合器調速的節電潛力約為30%。 第二部分，供電優化節電潛力。即采用穩定供電電壓、提高線路功率因數、改善電能質量的一系列技術手段，使負載高效、充分利用電網電能，可進一步挖掘出的節電潛力。大約為10%左右。以上兩部分節電潛力，不能簡單相加，綜合節電潛力的推算方法如下： 負荷控制后的耗電率：=1-負荷控制節電潛力=1-12%=88% 負荷控制基礎上采用供電優化措施后的耗電率：=負荷控制后的耗電率（100%-10%）=88%90%=79.2% 綜合節電潛力=1-負荷控制基礎上采用供電優化措施后的耗電率=1-67.5%=32.5%另外，安裝節電設備后，節能設備本身的電能損失為2-3%左右，最終的節電潛力應做如下調整：用戶的最終節電潛力=100%-包括變頻器損耗在內的總耗電率=100%-負荷控制基礎上采用供電優化措施后的耗電率/（100%-2%）=100%-79.2%/（100%-2%）=100%-80.8%=19.2%根據我們的經驗，在鍋爐給水系統改造后，平均節電率在20%左右。同理在鍋爐送風機系統改造后，平均節電率在35%以上。循環水泵系統因晝夜溫度、季度等溫度變化，變頻節電改造后平均節電率約10%左右。三、LP智能化設備和節能技術簡介3.1 節電原理樂普四方長期致力于風機、水泵等系統的變頻節能技術研究。先后投入的研究經費超過1500萬元，獲得軟件著作權二十多項，專利技術十多項。樂普四方的節能技術目前已經接近用戶系統節能潛力的極限。LP節電設備與常規的變頻器+閉環控制系統相比，節電率提高了將近一倍！2000年-2003年，樂普四方與多家高校和科研機構合作，投入大量人力、物力進行深入、細致、扎實的研究工作。通過三年的艱苦實驗，收集數百萬條基礎數據，建立了涵蓋用戶現存各類系統特征的實驗數據庫，以這些數據和從其中挖掘出的規律為基礎，開發出第一代基于模糊控制理論的智能化節能控制軟件，成功解決了普通的變頻控制系統中普遍存在的電機、負載（風機、水泵等）效率低下，“降速不節電”的難題，最大限度地保證變頻器、電機、負載在高效狀態運行。我們生產的節電設備，節電率在行業中一舉領先10個百分點以上。2003年以來，樂普四方的節能控制軟件在廣泛收集大量客戶的實際運行數據的基礎上不斷升級、完善。我們又進一步創建了一系列新的控制算法和控制策略。控制軟件全面地對電網參數、電機參數、負載特性以及它們的變化進行在線的實時的動態檢測、跟蹤，運用這些數據對變頻調速系統的參數進行精確調節，保證提供給電機的電壓、電流、頻率、波形的精確和穩定，保證電機在最高效率下運行，同時把各種損耗和發熱量降到最低。在控制策略上一方面軟件能有效避開電機、負載的低效工況點；一方面軟件的動態學習、自動尋優功能在運行中不斷優化和調節運行參數，對用電設備的電能供給實施十分精確嚴格的控制；更重要的是，軟件的趨勢預測功能，能夠對系統實施超前控制，能充分考慮了溫度傳遞、壓力傳導等過程并給出精確的控制響應，進而將節電潛力挖掘到了極限。在全面升級后的軟件的控制下，變頻器效率、電機效率、系統的節電率和穩定性都得到了新的、較大幅度的提高。在諧波治理和功率補償方面，樂普四方從變頻器工作機理、電機具體特性、電網污染狀況出發，創造性地應用了數十項新技術。首先是對變頻器系統進行改進，采用新的控制算法和控制機制，大幅度減少諧波的產生，并保證很高的功率因數。同時采用一系列治理諧波、補償無功功率的技術措施，使諧波含量、功率因數等指標得到充分保證。LP節電設備的整體節電率又進一步得到提升。樂普四方依靠專業實力，從節能設備、控制軟件、整體方案，都能根據用戶系統量身定做，精確匹配。具有節電率高，安全可靠，操作方便等一系列優點。樂普四方的質量管理，貫穿于產品設計、材料采購、生產工藝、質檢驗收、現場規劃、安裝調試等所有環節。樂普四方研發的設備通過國家主管部門檢測和成果鑒定，在市場上廣泛使用，并被國家四大部委確認為2005年國家級重點新產品（國家重點新產品網站，總編號：193，項目編號：2005ED600039），并被北京市節能中心確定為節能推廣產品。并且在2005年9月份在全國發明展上榮獲銀獎，是節電系列產品中唯一獲得銀獎的廠家。樂普四方是全國能源基礎與管理標準化技術委員會合理用電分委員會委員單位；樂普四方經過埃爾維質量認證中心評審，取得ISO9001:2000、ISO14001:2004和GB/T28001：2001三個管理體系的認證。樂普四方以“樂業創新、惠普四方”為宗旨，堅持“專業科技、高效節電、創造價值”的企業理念，為用戶提供節電優質工程和金牌服務。3.2 產品特點3.2.1安全可靠l 安裝時，低壓采取與用戶原有啟動柜“電氣互鎖”的方案；原有啟動柜作為備用機，兩機之間可以相互轉換。高壓設備以原啟動柜做為變頻節電設備的電源系統，同時配備旁路柜，當出現設備故障時可應急啟動工頻旁路系統。l 選用專用變頻器和國內外優質的低壓配套電器，采用自主知識產權的智能控制器和最先進的節能控制軟件系統，操作方法十分簡便。對電機具有過載、過壓、欠壓、缺相、短路等保護功能。電機運行時噪音低、發熱量小，電機的使用壽命長。l 設備自動保護等功能齊全，需要保養維修時，可以隨時啟動備用機。l 設備關鍵器件全部采用國際名牌產品，使用壽命為15年。3.2.2節電率高樂普四方的節電設備，從控制算法到電網電力質量控制，創造性應用了數十項硬、軟件關鍵技術，節電率在行業中遙遙領先。用戶的經費投入，在2-3年中就能全部收回。3.2.3設備啟動平穩，對電網無沖擊LP智能化節電系統對電機全部采用軟啟動技術，啟動電流小于正常電流，啟動過程中沒有電流沖擊、沒有機械沖擊，工作非常平穩，能有效延長電機、負載等用戶設備的使用壽命。用戶不再需要降壓啟動電阻、自耦變壓器等耗能設備。3.2.4系統電磁輻射小，對電網無污染LP智能化節電系統采用完善的諧波控制、治理技術，諧波含量遠遠低于相關標準。在使用中不會影響其它儀器、儀表的正常運行。3.3 技術參數l 輸入電源電壓：三相AC380V480V10%；三相AC6kV10%；l 輸出電源頻率；低壓：0Hz650Hz；高壓：0Hz120Hzl 環境安裝要求：室內安裝，海拔1000m以下，溫度040,濕度90%,無塵埃,無強烈振動，無凝露，無腐蝕性氣體。l 功率范圍：低壓15630kW，高壓250-12000kWl 間歇過載能力：120%持續時間1minl 操作方式：手動、自動l 冷卻方式：強制風冷l 控制柜防護等級；低壓：IP20，高壓：IP30。四、實施方案4.1 系統改造的原則l 在滿足用戶正常經營、優質生產的條件下，最大限度的降低能耗。l 保留原工頻系統及其聯動方式，和節電設備系統互為備用，具有遠程控制和就地控制兩種方式。l 充分利用原有空地及設施，合理配置，以降低工程費用，提高項目的經濟效益和社會效益。l 妥善安置設備，按有關規范進行安裝。保證設備通風良好，遠離熱源，避開塵埃多和濕度大的場所，確保用戶設備的壽命。4.2設備選型風機/水泵流量與轉速成正比、軸功率與轉速的3次方成正比，根據這一原理，采用變頻調速類節能設備，可以為用戶節省大量的電費支出。鑒于用戶的設備，我們推薦在系統中采用我公司研發的LP系列節電設備其特點是成本低、體積小，可為用戶節省經費、節省場地。配置2009-3節能控制軟件。保留原工頻系統及其聯動方式，和節電設備系統互為備用，具有遠程控制和就地控制兩種方式。詳配如下表:序號使用系統規格型號設備功率(kW)數量改造設備總功率(kW)1引風機LPHT-6K-10-500A5001臺5002送風機LPHT-6K-10-450A4502臺9003二次風機LPHT-6K-10-250A2502臺5004給水泵LPHT-6K-10-250A2502臺5005循環泵LPLT-380-10-160A1602臺320合 計9臺2720五、效益分析5.1 效益預算設備名稱設備功率(kW)安裝設備前每月耗電(萬度)安裝設備后每月節電(萬度)安裝設備前每月耗電費(萬元)安裝設備后每月節電費(萬元)1引風機5001臺25.28.8215.375.382送風機4502臺45.3615.8827.679.693二次風機2502臺25.28.8215.375.384給水泵2502臺25.25.0415.373.075循環泵1602臺23.042.314.051.4合計272014440.8687.8324.92根據上表可以看出在貴單位安裝9臺高、低壓LP智能化系列節電設備后，每月可節約用電40.86萬度，按每度電單價0.61元計算，每月可為貴單位節約電費24.92萬元；設備設計使用壽命15年即180個月，至少可為貴單位節約電費4485.2萬元。以上數據均為預算（按每天24小時，每月均按30天，額定功率的70%（循環設備額定功率），給水泵系統平均節電率20%計算，風機系統平均節電率35%，循環水泵系統平均節電率10%），具體節省費用按實際使用情況計算。5.2 間接效益l LP智能化節電設備對負載電機具有過壓、欠壓、短路、缺相等保護功能。延長水泵、風機電機的使用壽命，減少貴單位水泵、風機電機的維保費用。l LP智能化節電設備具有平滑軟啟動功能，降低啟動電流對電網及水泵、風機電機的沖擊，減少水泵、風機電機的磨損，延長電機使用壽命。而且也減少對水泵、風機電機維修時投入的人力、物力。據已安裝單位反應，使用LP智能化節電設備后，風機、水泵、電機的維修同期減少了一半以上，大大降低公司的運營成本。5.3 社會效益進行節電改造后不僅僅能為企業創造了很高的經濟效益，同時又創造了環境效益，每月節約的電能40.86萬度，按照國家標準：1kWh0.366 kg標準煤；1噸標準煤2.5噸二氧化碳排放量；1噸標準煤0.0165噸二氧化硫排放量；1噸標準煤0.014噸TSP排放量（總懸浮顆粒物）。節電改造后每年為我們的大氣環境做出的貢獻。l 每年節約的電能477.18萬度(每年按11個月預算)，折合成標準煤：174.65噸；l 每年減耗174.65噸標準煤，可以減少二氧化碳排放量：436.63噸；l 每年減少二氧化硫排放量：2.88噸；l 每年減少TSP排放量：2.445噸。綜上所述，本項目的節能改造方案，符合國家的“十一五”期間制定的節能減排政策，是一個利國利民，造福子孫后代的好項目。六、節電率測算6.1 測試方法 在LP智能化節電設備安裝前，由我公司工程技術人員指導，雙方共同參與先在原工頻線路上安裝一塊電度表，進行