600 MW 機(jī)組脫硫增壓風(fēng)機(jī)與引風(fēng)機(jī)二合一節(jié)能改造

于 泳，馬月明

(華潤(rùn)電力常熟有限公司，江蘇常熟 215536)

根據(jù)國(guó)家環(huán)保政策和江蘇省地方政府要求，在2013年底，江蘇省所有燃煤機(jī)組的旁路煙道均要全部拆除，并且全省運(yùn)行火電機(jī)組均要建設(shè)完成脫硝裝置（SCR）?；痣姍C(jī)組旁路煙道拆除后，增壓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)串聯(lián)布置的方式就顯得過(guò)于復(fù)雜。為了便于調(diào)節(jié)，可將增壓風(fēng)機(jī)與引風(fēng)機(jī)合并改造[1]。引風(fēng)機(jī)與增壓風(fēng)機(jī)合并可簡(jiǎn)化系統(tǒng)、減少系統(tǒng)阻力和占地面積、降低運(yùn)行成本，在保證機(jī)組安全運(yùn)行的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。經(jīng)計(jì)算，機(jī)組加裝脫硝系統(tǒng)后，鍋爐系統(tǒng)煙氣側(cè)阻力將增加1000 Pa，加之合并改造后脫硫煙道阻力為2000 Pa，引風(fēng)機(jī)總?cè)珘荷仨氝_(dá)到5167 Pa 以上，而現(xiàn)有引風(fēng)機(jī)最大全壓升為3830 Pa 無(wú)法達(dá)到鍋爐帶負(fù)荷能力的要求，故需對(duì)引風(fēng)機(jī)進(jìn)行增容改造。

1 風(fēng)機(jī)選型比較

引風(fēng)機(jī)輸送介質(zhì)為具有含塵且溫度較高的煙氣。選用引風(fēng)機(jī)的因素除考慮風(fēng)機(jī)體積、重量、效率和調(diào)節(jié)性能外，還要求耐磨、對(duì)灰塵的適應(yīng)性好，以保證在規(guī)定的檢修周期內(nèi)能安全運(yùn)行。目前，電站鍋爐引風(fēng)機(jī)一般采用動(dòng)葉可調(diào)軸流式、靜葉可調(diào)軸流式、和靜葉可調(diào)軸流式加變頻調(diào)節(jié)3 種方式[2]，采用哪一種方式需科學(xué)的論證。

1.1 動(dòng)葉可調(diào)軸流式引風(fēng)機(jī)

動(dòng)葉可調(diào)風(fēng)機(jī)軸承箱為整體式結(jié)構(gòu),整體式軸承箱及其固定方式在多次拆裝后，葉輪總能保證與機(jī)殼同心，不需重新調(diào)心。葉輪輪轂采用低碳合金鋼焊接結(jié)構(gòu)，重量輕、強(qiáng)度高、離心力小。葉片采用低碳合金鋼經(jīng)數(shù)控加工中心銑切并壓制成型，表面噴焊硬質(zhì)合金耐磨層。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，采用該技術(shù)可從根本上解決動(dòng)葉可調(diào)軸流式引風(fēng)機(jī)葉片的抗磨損問(wèn)題。葉輪內(nèi)部設(shè)置平衡配重，克服葉片回復(fù)力矩，液壓調(diào)節(jié)裝置操縱力矩僅為30～50 Nm，采用100 Nm 電動(dòng)執(zhí)行器即可調(diào)節(jié)。

1.2 靜葉可調(diào)式軸流式

靜葉可調(diào)引風(fēng)機(jī)受其特性限制，風(fēng)機(jī)裝置效率不會(huì)超過(guò)87%，比動(dòng)葉可調(diào)試軸流風(fēng)機(jī)低，且高效率區(qū)比軸流式風(fēng)機(jī)小，適用于壓力系數(shù)介于離心風(fēng)機(jī)和動(dòng)葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)之間。另外，會(huì)使風(fēng)機(jī)在小流量運(yùn)行或啟動(dòng)后調(diào)節(jié)靜葉至運(yùn)行工況的小流量階段，進(jìn)入喘振區(qū)。因此對(duì)于大型調(diào)峰機(jī)組不宜選用靜葉可調(diào)式軸流式風(fēng)機(jī)。

靜葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)主軸兩端各由2個(gè)軸承座支持。葉輪與主軸用高強(qiáng)度螺栓直接連接。葉輪檢修裝拆后，需要重新調(diào)心。葉片為由鋼板制成的扭曲葉片，與輪轂焊接，所以不能進(jìn)行耐磨處理。葉片磨損后只能割掉，在輪轂其他位置焊上新葉片，經(jīng)熱處理后方能使用。更換2至3 次葉片后，需更換整個(gè)葉輪。

1.3 靜葉可調(diào)軸流式+變頻組合方式

1.3.1 靜葉可調(diào)軸流式+變頻驅(qū)動(dòng)優(yōu)點(diǎn)

無(wú)論在怎樣的設(shè)定轉(zhuǎn)速下，風(fēng)機(jī)都有其特定的內(nèi)特性。在不同轉(zhuǎn)速下，風(fēng)機(jī)所提供流量和壓力的能力隨轉(zhuǎn)速變化。采用變頻驅(qū)動(dòng)后，風(fēng)機(jī)在設(shè)計(jì)點(diǎn)的效率不變，風(fēng)機(jī)運(yùn)行在低于設(shè)計(jì)工況的其他工況點(diǎn)具有較高效率[3]。

1.3.2 靜葉可調(diào)軸流式+變頻驅(qū)動(dòng)缺點(diǎn)

（1）轉(zhuǎn)子橫向振動(dòng)。轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)的剛性在垂直方向與水平方向不同，通常垂直剛度要大于水平剛度，轉(zhuǎn)子的不平衡載荷會(huì)在一倍工作轉(zhuǎn)速和二倍的工作轉(zhuǎn)速產(chǎn)生激振作用。在恒速驅(qū)動(dòng)下，轉(zhuǎn)子的計(jì)算要簡(jiǎn)單得多，只考慮主軸的一階模態(tài)就可以了，轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)計(jì)算需要保證臨界轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)離工作轉(zhuǎn)速并有一定的裕量，同時(shí)轉(zhuǎn)子的各個(gè)模態(tài)的自然頻率要避開(kāi)一倍工作轉(zhuǎn)速和二倍工作轉(zhuǎn)速下的諧振頻率。在變頻驅(qū)動(dòng)下，需計(jì)算各轉(zhuǎn)速下的自然頻率與一倍工作轉(zhuǎn)速、二倍工作轉(zhuǎn)速的關(guān)系，確保轉(zhuǎn)子安全。所以轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速設(shè)定必須確保避開(kāi)主軸的各個(gè)模態(tài)與一倍工作轉(zhuǎn)速和二倍工作轉(zhuǎn)速產(chǎn)生諧振的頻率點(diǎn)，并有一定裕量。因此變頻驅(qū)動(dòng)條件下轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)計(jì)算非常復(fù)雜。

（2）轉(zhuǎn)子扭振。除了轉(zhuǎn)子的橫向振動(dòng)，還要考慮轉(zhuǎn)子的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。通常情況下風(fēng)機(jī)采用變頻驅(qū)動(dòng)時(shí)會(huì)使用撓性聯(lián)軸器，聯(lián)軸器的剛性會(huì)隨著轉(zhuǎn)速的改變而變化，使整個(gè)軸系的扭轉(zhuǎn)頻率也隨之變化，所以轉(zhuǎn)速的設(shè)定必須使軸系的扭轉(zhuǎn)頻率避開(kāi)一倍工作轉(zhuǎn)速和二倍工作轉(zhuǎn)速的諧振頻率點(diǎn)，避免轉(zhuǎn)子產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)共振。

（3）葉輪振動(dòng)。采用變頻驅(qū)動(dòng)，必須先計(jì)算確定葉輪各模態(tài)下的自然頻率。在轉(zhuǎn)速設(shè)定時(shí)必須避開(kāi)這些振型的自然頻率的共振頻率點(diǎn)，一旦產(chǎn)生共振，葉輪會(huì)發(fā)生毀壞。

（4）風(fēng)機(jī)采用變頻驅(qū)動(dòng)時(shí)，由于風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化特別是大范圍頻繁調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子在這個(gè)過(guò)程中承受了交變載荷，如果改變轉(zhuǎn)速?gòu)?00%至30%，將會(huì)產(chǎn)生超過(guò)葉輪最大應(yīng)力90%的疲勞應(yīng)力，轉(zhuǎn)子的疲勞是逐漸積累的，如果轉(zhuǎn)子承受過(guò)大的疲勞載荷，將會(huì)損傷其疲勞壽命，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致疲勞破壞。

1.4 技術(shù)比較

1.4.1 引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉可調(diào)和靜葉可調(diào)工藝比較

（1）系統(tǒng)中使用的聯(lián)合風(fēng)機(jī)，要求風(fēng)機(jī)提供大流量的同時(shí)，還要滿足較高的壓力要求。無(wú)論是動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)還是靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)，在氣動(dòng)性能上都可以滿足要求，只是動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)通常為雙級(jí)設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)速高、尺寸小、功耗低。

（2）動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)和靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)在不同工況下的性能比較如表1 所示。表1的比較表明動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)與靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)相比，具有變工況性能好，效率高的優(yōu)點(diǎn)。

表1 動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)與靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)氣動(dòng)性能比較

1.4.2 引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉可調(diào)和引風(fēng)機(jī)變頻改造路線比較

（1）對(duì)于引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉可調(diào)路線，電氣改動(dòng)量相對(duì)較少，而引風(fēng)機(jī)變頻調(diào)節(jié)則需考慮配套改造控制環(huán)節(jié)，該改動(dòng)工作量大。

（2）在引風(fēng)機(jī)變頻改造中，需增加變頻裝置、動(dòng)力電纜、控制電纜及一些輔助設(shè)備，其電氣改造總費(fèi)用較引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉可調(diào)改造增加約538.3 萬(wàn)元。

1.4.3 經(jīng)濟(jì)性比較

（1）據(jù)估算，采用動(dòng)葉可調(diào)風(fēng)機(jī)投資（含電機(jī)）約500 萬(wàn)元，采用靜葉可調(diào)風(fēng)機(jī)投資（含電機(jī)）約360 萬(wàn)元。

（2）在風(fēng)機(jī)改造中，除考慮初投資外，還應(yīng)該考慮風(fēng)機(jī)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。通常，發(fā)電機(jī)組并不總是在額定負(fù)荷工作，為滿足電網(wǎng)調(diào)峰需求，多數(shù)電廠在40%～100%額定負(fù)荷范圍運(yùn)行。這種情況下，如果只以額定負(fù)荷工況下的風(fēng)機(jī)功率來(lái)評(píng)估其運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，顯然與真實(shí)情況相差甚遠(yuǎn)。因此更為實(shí)際、客觀的方法是選擇機(jī)組在年平均負(fù)荷工況下的風(fēng)機(jī)功率消耗和運(yùn)行時(shí)間作比較。以年平均負(fù)荷為80%，對(duì)2 種風(fēng)機(jī)的實(shí)際功耗進(jìn)行的比較如表2 所示。按上網(wǎng)電價(jià)0.3 元/（kW·h），年平均5500 h 計(jì)算，2 臺(tái)動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)年運(yùn)行節(jié)省電費(fèi)87 萬(wàn)元。

表2 動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)與靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)功耗比較

（3）綜合以上分析，一臺(tái)機(jī)組進(jìn)行動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)和靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)+變頻改造綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較如表3 所示。

表3 動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)和靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)+變頻改造綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較 萬(wàn)元

從表3 看出，一臺(tái)機(jī)組動(dòng)調(diào)方案初投資較靜調(diào)+變頻方案節(jié)約744.3 萬(wàn)元，機(jī)組按年運(yùn)行5500 h，平均負(fù)荷率80%計(jì)，一臺(tái)機(jī)組動(dòng)調(diào)方案運(yùn)行電費(fèi)比靜調(diào)+變頻方案節(jié)約87 萬(wàn)元?？梢?jiàn)在增壓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)二合一改造中，選用動(dòng)葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)方案較為經(jīng)濟(jì)。

1.4.4 選型結(jié)論

通過(guò)對(duì)動(dòng)葉可調(diào)軸流引風(fēng)機(jī)和靜葉可調(diào)軸流引風(fēng)機(jī)配變頻器調(diào)速風(fēng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性比較發(fā)現(xiàn)，采用大功率高壓變頻器的初投資成本非常高，其所帶來(lái)的風(fēng)機(jī)節(jié)電效果在短期內(nèi)不足以彌補(bǔ)初投資差距。即使未來(lái)上網(wǎng)電價(jià)提高，考慮到銀行利息、長(zhǎng)期維護(hù)成本等因素，采用變頻器方案也是不經(jīng)濟(jì)的。

通過(guò)上述分析，對(duì)于600 MW 及以上容量燃煤鍋爐，應(yīng)用動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)無(wú)論在技術(shù)、運(yùn)行可靠性和經(jīng)濟(jì)性等方面都具有明顯優(yōu)勢(shì)。

2 改造實(shí)例

在某電廠2 號(hào)爐增壓風(fēng)機(jī)與引風(fēng)機(jī)二合一技改中，風(fēng)機(jī)改造為上海鼓風(fēng)機(jī)廠生產(chǎn)的動(dòng)葉可調(diào)軸流引風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，節(jié)電效果明顯。改造前的原引風(fēng)機(jī)的主要性能數(shù)據(jù)如表4 所示。改造前的原增壓風(fēng)機(jī)的主要性能數(shù)據(jù)如表5 所示。改造后的動(dòng)葉可調(diào)風(fēng)機(jī)的主要性能數(shù)據(jù)如表6 所示。

表4 改造前的原引風(fēng)機(jī)的主要性能數(shù)據(jù)

表5 改造前的原增壓風(fēng)機(jī)的主要性能數(shù)據(jù)

2 號(hào)爐引風(fēng)機(jī)最終改造設(shè)備費(fèi)用565 萬(wàn)元，改造施工費(fèi)用410 萬(wàn)元，共975 萬(wàn)元，與預(yù)算較為接近。

2.1 引風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行工況節(jié)電分析

改造前2 號(hào)爐增壓風(fēng)機(jī)與引風(fēng)機(jī)能量消耗占總發(fā)電量比率為1.098%，改造后二合一風(fēng)機(jī)能量消耗占總發(fā)電量比率為0.920%。按單機(jī)年發(fā)電42×108 kW·h計(jì)，改造后引風(fēng)機(jī)年節(jié)電為750×104 kW·h，年節(jié)省225 萬(wàn)元。

表6 改造后的動(dòng)葉可調(diào)風(fēng)機(jī)的主要性能數(shù)據(jù)

2.2 假設(shè)無(wú)脫硝裝置工況下引風(fēng)機(jī)節(jié)電分析

脫硝改造后，引風(fēng)機(jī)入口負(fù)壓增加約800 Pa，這部分阻力為脫硝改造新增的阻力，將增大改造后的引風(fēng)機(jī)實(shí)測(cè)能耗，故假設(shè)無(wú)脫硝裝置，引風(fēng)機(jī)的節(jié)電效果將更加明顯。即扣除脫硝阻力后，引風(fēng)機(jī)電流估算將比目前的電流下降約140 A，這部分可另外節(jié)約電費(fèi)達(dá)到473 萬(wàn)元。綜合上述2 項(xiàng)分析結(jié)果，如假設(shè)本次改造無(wú)脫硝裝置的話，總計(jì)可節(jié)能698 萬(wàn)元。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)比分析靜葉可調(diào)軸流引風(fēng)機(jī)和動(dòng)葉可調(diào)軸流引風(fēng)機(jī)的設(shè)備特點(diǎn)、初投資、運(yùn)行和節(jié)能效果，在機(jī)組脫硝改造配套引風(fēng)機(jī)增容過(guò)程中，應(yīng)選用動(dòng)葉可調(diào)軸流引風(fēng)機(jī)。改造結(jié)果表明，采用動(dòng)葉可調(diào)軸流引風(fēng)機(jī)不僅投資少，運(yùn)行安全穩(wěn)定，且節(jié)能效果明顯。

[1]劉家鈺，王寶華，岳佳全，等.1000 MW 機(jī)組引風(fēng)機(jī)與脫硫增壓風(fēng)機(jī)合并改造研究[J].熱力發(fā)電，2010，39(8)：45-50.

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