電廠鍋爐風(fēng)機(jī)節(jié)能改造探討

摘 要：文章對(duì)某電廠鍋爐軸流式風(fēng)機(jī)變頻調(diào)節(jié)改造方案進(jìn)行了對(duì)比分析，獲得了最佳改造方案，有較好經(jīng)濟(jì)效益，可作為燃煤機(jī)組節(jié)能減排的實(shí)施方案之一。

關(guān)鍵詞：軸流式風(fēng)機(jī)；變頻調(diào)節(jié)；節(jié)能減排

伴隨著能源價(jià)格的不斷上漲，燃煤電廠的經(jīng)營(yíng)成本也越來越高，節(jié)能減排成為經(jīng)營(yíng)管理的重要方面，其中對(duì)效率低的老式風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造成為一種發(fā)展趨勢(shì)。

1 風(fēng)機(jī)節(jié)能改造原理

1.1 一般運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性

在電廠鍋爐中，若風(fēng)機(jī)處于高出力區(qū)域，各種類型風(fēng)機(jī)效率差距較小，風(fēng)機(jī)節(jié)流損失較小，接近額定出力，風(fēng)機(jī)均無節(jié)流損失。在低出力區(qū)域，離心式風(fēng)機(jī)和軸流風(fēng)機(jī)前導(dǎo)葉調(diào)節(jié)存在較大的節(jié)流損失，而軸流式動(dòng)葉調(diào)節(jié)幾乎無節(jié)流損失，效率相對(duì)較高。

1.2 典型風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)特性

1.2.1 進(jìn)氣預(yù)旋（靜葉）原理。某電廠鍋爐風(fēng)機(jī)采用進(jìn)氣預(yù)旋調(diào)節(jié)，即將導(dǎo)流器安裝在介質(zhì)進(jìn)口處進(jìn)行調(diào)節(jié)。導(dǎo)流器有可轉(zhuǎn)動(dòng)的導(dǎo)向葉片，氣流經(jīng)導(dǎo)向葉片進(jìn)入風(fēng)機(jī)。改變導(dǎo)向葉片角度，可以改變氣流進(jìn)入風(fēng)機(jī)時(shí)的速度大小和方向，導(dǎo)流器使風(fēng)進(jìn)入風(fēng)機(jī)前的氣流產(chǎn)生預(yù)旋，從而使氣流圓周分速度加大，壓力降低。導(dǎo)向葉片轉(zhuǎn)動(dòng)角度越大，風(fēng)量越小，氣流產(chǎn)生的預(yù)旋越強(qiáng)烈，壓力降低越大，所以風(fēng)機(jī)特性曲線越陡直。此種調(diào)節(jié)方式雖有較高的調(diào)節(jié)范圍和一定的經(jīng)濟(jì)性，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且存在沖擊損失，維修費(fèi)用較高。

1.2.2 變速調(diào)節(jié)原理。變速調(diào)節(jié)即改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，以改變風(fēng)機(jī)的風(fēng)量的一種調(diào)節(jié)方式，從空氣動(dòng)力學(xué)理論來講，改變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)是最合理的。變速調(diào)節(jié)一般通過變頻調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)，即改變電動(dòng)機(jī)輸入電流頻率。采用這種調(diào)節(jié)方式風(fēng)機(jī)無附加功耗，風(fēng)機(jī)所耗功率是根據(jù)實(shí)際需要而改變，所以更為經(jīng)濟(jì)。

由流體力學(xué)可知，風(fēng)量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比，風(fēng)壓與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，當(dāng)風(fēng)量減少，轉(zhuǎn)速下降時(shí)，其功率降低很多。

1.2.3 雙速電機(jī)調(diào)節(jié)。雙速調(diào)節(jié)是指利用雙速電機(jī)控制風(fēng)機(jī)在高速和低速兩個(gè)轉(zhuǎn)速下切換，可以靠改變電流或電壓來改變轉(zhuǎn)速，常有交流和直流兩種。在負(fù)載較大時(shí)啟用高速控制，在負(fù)載較小時(shí)啟用低速控制，是變頻調(diào)節(jié)的一種特殊形式。不同之處在于，通過變頻器調(diào)節(jié)能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)機(jī)的連續(xù)變轉(zhuǎn)速控制，在各負(fù)荷段均具有節(jié)能效果，而雙速電機(jī)調(diào)節(jié)使得風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速存在明顯的階躍現(xiàn)象，僅在較低負(fù)荷段具有節(jié)能效果。

2 改造方案的經(jīng)濟(jì)型比較

對(duì)于某電廠300MW機(jī)組，吸風(fēng)機(jī)和增壓風(fēng)機(jī)均采用動(dòng)葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)，系統(tǒng)布置為兩臺(tái)吸風(fēng)機(jī)和一臺(tái)增壓風(fēng)機(jī)，為進(jìn)一步提高三臺(tái)風(fēng)機(jī)的總效率，可采取下列三種方案。

方案一：三臺(tái)風(fēng)機(jī)全部采用變頻調(diào)節(jié)。每臺(tái)風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)節(jié)后，在低負(fù)荷時(shí)均具有一定的節(jié)能效果，但初始投資較大，變頻裝置維護(hù)和更換的費(fèi)用也較大。

方案二：兩臺(tái)吸風(fēng)機(jī)變頻調(diào)節(jié)，增壓風(fēng)機(jī)不變?？紤]到脫硫系統(tǒng)阻力變化幅度較小，增壓風(fēng)機(jī)變頻經(jīng)濟(jì)性有限，不采用變頻調(diào)節(jié)，僅對(duì)吸風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)節(jié)。

方案三：一臺(tái)吸風(fēng)機(jī)變頻調(diào)節(jié)，另一臺(tái)吸風(fēng)機(jī)和增壓風(fēng)機(jī)不變。一臺(tái)吸風(fēng)機(jī)長(zhǎng)期處于高效區(qū)運(yùn)行，承擔(dān)“基本出力”，另一臺(tái)吸風(fēng)機(jī)按照變頻調(diào)節(jié)方式運(yùn)行，根據(jù)機(jī)組負(fù)荷調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)而改變吸風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)，共同滿足鍋爐的安全運(yùn)行要求。

相對(duì)于離心式風(fēng)機(jī)和靜葉可調(diào)式風(fēng)機(jī)來說，軸流動(dòng)葉可調(diào)式風(fēng)機(jī)在調(diào)節(jié)過程中動(dòng)葉與氣流入口的切角相對(duì)較小，因此其氣流的流動(dòng)阻力較小，葉片做功損失較小，而變頻調(diào)節(jié)過程中氣流與葉片之間幾乎無沖擊損失，因此在運(yùn)行過程中，變頻調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)相對(duì)于軸流式風(fēng)機(jī)仍有一定的效率優(yōu)勢(shì)。軸流式動(dòng)葉可調(diào)風(fēng)機(jī)與采用變頻裝置后軸流式風(fēng)機(jī)性能曲線如圖1所示，由圖可知，根據(jù)變頻后性能曲線，在機(jī)組相同的負(fù)荷下，風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)將略有上移，從70%～80%效率區(qū)進(jìn)入>80%效率區(qū)，風(fēng)機(jī)效率有所提高。

根據(jù)軸流式風(fēng)機(jī)的性能曲線和變頻前后性能的模擬分析，對(duì)該吸風(fēng)機(jī)進(jìn)行推測(cè)計(jì)算，得到變頻前后軸流式風(fēng)機(jī)效率變化曲線，如圖2所示。

根據(jù)上述分析計(jì)算，對(duì)三種方案的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行計(jì)算對(duì)比。以該機(jī)組為例，假設(shè)條件有：全年運(yùn)行小時(shí)數(shù)7200小時(shí)，負(fù)荷率70%，廠用電費(fèi)用0.4元/千瓦時(shí)，變頻改造費(fèi)用200萬元/臺(tái)，計(jì)算期為5年，鍋爐及脫硫系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，相對(duì)于現(xiàn)有運(yùn)行方式，各改造方案的經(jīng)濟(jì)性比較見表1。

從表1中的分析結(jié)果可看到，相對(duì)于兩臺(tái)吸風(fēng)機(jī)一臺(tái)增壓風(fēng)機(jī)（軸流式動(dòng)葉可調(diào)）的典型配置，方案一和方案二都存在初始投資過大、效益不明顯、投資回收時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)，方案三節(jié)約電量較大，經(jīng)濟(jì)效益較高，可以作為現(xiàn)有風(fēng)機(jī)系統(tǒng)改造的可行性方案。

需要注意的是，方案三中一臺(tái)吸風(fēng)機(jī)承擔(dān)基本出力，接近風(fēng)機(jī)的BMCR工況點(diǎn)，另一臺(tái)吸風(fēng)機(jī)承擔(dān)出力較小，必然導(dǎo)致鍋爐尾部煙道兩側(cè)存在流量不均的現(xiàn)象，可能引起兩側(cè)空預(yù)器一次風(fēng)溫差異較大，除塵器兩側(cè)除塵負(fù)載相差較大，尾部受熱面局部存在熱偏差等問題，因此在實(shí)踐中仍需要結(jié)合一次風(fēng)系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)和受熱面的實(shí)際布置和設(shè)備特性來克服上述困難。

參考文獻(xiàn)

[1]徐志強(qiáng).火電廠300MW機(jī)組引風(fēng)機(jī)變頻改造[J].能源研究與利用，2008，1：47-48.

[2]吳劍恒.電站鍋爐風(fēng)機(jī)的節(jié)能改造工程[J].電力需求側(cè)管理，2008，1：42-45.