毛 剛，湯載陽

（1.武漢電之鋒技術(shù)服務(wù)有限公司，湖北 武漢 430000；2. 華北電力設(shè)計院有限公司，北京 100120）

動葉可調(diào)引風(fēng)機變頻改造的經(jīng)濟性論證

毛 剛1，湯載陽2

（1.武漢電之鋒技術(shù)服務(wù)有限公司，湖北 武漢 430000；2. 華北電力設(shè)計院有限公司，北京 100120）

摘要：隨著當(dāng)前全國節(jié)能減排工作的全面展開，火力發(fā)電廠節(jié)能改造項目都相互跟風(fēng)，并沒有結(jié)合本廠的實際情況進(jìn)行全面論證。文章針對國內(nèi)330MW火力發(fā)電機組的雙級動葉可調(diào)引風(fēng)機進(jìn)行變頻改造的經(jīng)濟性進(jìn)行論證，在滿足設(shè)計規(guī)范要求下，分析引風(fēng)機變頻改造后的節(jié)能情況。在機組負(fù)荷率變化的情況下，對應(yīng)引風(fēng)機變頻改造后的節(jié)能情況進(jìn)行論述，以尋求引風(fēng)機變頻改造對應(yīng)的最佳鍋爐運行負(fù)荷率，力求引風(fēng)機變頻改造后能獲得較高的經(jīng)濟性，為同類型機組提供改造的參考意義。

關(guān)鍵詞：雙級動葉可調(diào)引風(fēng)機；變頻改造；經(jīng)濟性分析

1　概述

由于目前絕大部分風(fēng)機都采用風(fēng)門擋板調(diào)節(jié)流量，造成大量的節(jié)流損耗，所以風(fēng)機若采用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，具有巨大的節(jié)能潛力。20世紀(jì)90年代，隨著電力電子技術(shù)和計算機控制技術(shù)的發(fā)展，變頻器很快占領(lǐng)電動機調(diào)速市場，并向高壓領(lǐng)域發(fā)展，使采用高壓電動機驅(qū)動的風(fēng)機進(jìn)行變頻調(diào)速節(jié)能改造成為可能。伴隨著《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13223-2011）于2014年全面實施，國內(nèi)大多數(shù)火力發(fā)電廠均已完成了脫硫、脫硝、除塵等項目的增容提效改造，引風(fēng)機也相應(yīng)改造為動葉可調(diào)的形式。隨著新一輪節(jié)能減排鼓勵政策的實施，對動葉可調(diào)引風(fēng)機進(jìn)行變頻改造也備受關(guān)注。

2　改造原則及節(jié)能分析

2.1改造原則

對于330 MW機組，按大中型火力發(fā)電廠設(shè)計規(guī)范（GB50660-2011），每臺機組配套兩臺引風(fēng)機，，每臺風(fēng)機的壓頭按設(shè)計煤種在鍋爐BMCR工況下，煙氣系統(tǒng)的計算阻力，且須有20%以上的裕量。風(fēng)機的總風(fēng)量裕量不低于設(shè)計煤種下鍋爐BMCR下煙氣量的10%，且宜加10℃～15℃的溫度裕量。隨著日趨嚴(yán)格的環(huán)保要求，原有的引風(fēng)機都進(jìn)行引增合一的改造，改造后，引風(fēng)機軸功率將達(dá)到2625 kW（BMCR），單臺風(fēng)機的功率很高，廠用電耗也將提高。是否增加變頻器，需從鍋爐平均負(fù)荷及負(fù)荷變化率結(jié)合風(fēng)機本身的性能來做分析。由于此項目引風(fēng)機選用雙級動葉可調(diào)軸流風(fēng)機，本身高效區(qū)較寬，適應(yīng)鍋爐負(fù)荷變化能力較強。以下為對雙級動葉可調(diào)軸流引風(fēng)機變頻改造的經(jīng)濟性進(jìn)行論證。

2.2節(jié)能分析

風(fēng)機軸功率計算公式：

式中：Ns為軸功率（ kW）；Qs為風(fēng)機流量（m3/h）；H為風(fēng)機全壓（Pa）；φρ為氣體壓縮系數(shù)；ηF為風(fēng)機空氣動力效率；ηm為風(fēng)機機械效率；Kr為制造廠樣板功率數(shù)據(jù)換算系數(shù)。

由風(fēng)機軸功率公式可知，在風(fēng)機的流量、全壓的參數(shù)都一致時，風(fēng)機的軸功率主要取決于風(fēng)機的效率，而采用變頻調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，可以使風(fēng)機能在較大的范圍內(nèi)一直保持很高的運行效率，這樣就大大減少了風(fēng)機的軸功率的額外損失，達(dá)到省電的目的。

對兩種（離心和軸流）風(fēng)機的性能進(jìn)行比較，圖1為定速軸流風(fēng)機和離心風(fēng)機性能曲線的重疊。

圖1　定速軸流風(fēng)機和離心風(fēng)機性能曲線的重疊

由圖1可見，離心式風(fēng)機的最高效率在進(jìn)口調(diào)節(jié)門的最大開度處，等效率線和鍋爐阻力曲線接近垂直，效率沿阻力線迅速下降。風(fēng)機能滿足TB點（鍋爐風(fēng)機設(shè)計點），但在100% MCR點（鍋爐滿負(fù)荷連續(xù)運行點）在低效率區(qū)，變工況時效率則更低，其平均運行效率比動葉可調(diào)的軸流風(fēng)機要低得多。如采用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，可將風(fēng)門開到最大，使風(fēng)機在高效區(qū)運行，而通過變頻改變風(fēng)機的轉(zhuǎn)速達(dá)到控制風(fēng)量的目的，風(fēng)機將在很大的范圍內(nèi)維持高效運行，從而達(dá)到很好的節(jié)能目的。

而動葉可調(diào)的軸流式風(fēng)機的等效率線與鍋爐的阻力曲線接近平行，高效率范圍寬，且位置適中，因而調(diào)節(jié)范圍寬。在滿足鍋爐設(shè)計點條件下，100%MCR工況點位于高效區(qū)，平均運行效率高。

如采用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，可將風(fēng)機的安裝角固定在高效區(qū)，而通過改變風(fēng)機的轉(zhuǎn)速達(dá)到控制風(fēng)量的目的，風(fēng)機將在很大的范圍內(nèi)維持高效運行，從而達(dá)到節(jié)能的目的，但是由于這時的調(diào)速范圍小，節(jié)能效果也就差。所以一般將風(fēng)機的安裝角調(diào)到最大，這樣雖然會降低一些運行效率，但是卻大大增加了調(diào)速范圍，增設(shè)變頻器后，風(fēng)機效率變化見圖2。

圖2　風(fēng)機效率變化

3　項目改造實例

寧夏某熱電聯(lián)產(chǎn)工程裝設(shè)2臺330 MW亞臨界參數(shù)燃煤發(fā)電機組，采用自然循環(huán)，四角切向燃燒方式，單爐膛，一次再熱，平衡通風(fēng)，鍋爐緊身封閉，室內(nèi)布置，固態(tài)排渣，全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)Ⅱ型汽包鍋爐。由環(huán)保類項目增容改造后，配置兩臺動葉可調(diào)式軸流引風(fēng)機，引風(fēng)機參數(shù)見表1，圖3為成都風(fēng)機廠給出的風(fēng)機選型性能參數(shù)圖。

表1　引風(fēng)機參數(shù)匯總

圖3　成都風(fēng)機廠風(fēng)機選型性能參數(shù)圖

如圖3三點，分別是引風(fēng)機在TB工況、BMCR工況及80%負(fù)荷工況的運行工況點。根據(jù)以上的選型數(shù)據(jù)，在鍋爐80%負(fù)荷時，引風(fēng)機效率依舊保持在83%以上。

3.1節(jié)能分析（鍋爐年平均負(fù)荷大于80%）

根據(jù)某熱電廠提供的運行數(shù)據(jù)，機組年平均負(fù)荷在82%左右，常年負(fù)荷率較高，負(fù)荷較為穩(wěn)定。如此項目改造中，對雙級動葉可調(diào)引風(fēng)機再增設(shè)變頻器，將顯得不經(jīng)濟。

按機組常年平均負(fù)荷維持在80%以上，如增設(shè)變頻器節(jié)電，保守計算，效率由83%提高到87%，及提高4個百分點，在80%負(fù)荷時，單臺風(fēng)機軸功率為1599 kW左右，即每小時可節(jié)約電量64 kWh，年運行小時數(shù)按7500小時計，單臺風(fēng)機總節(jié)約電量為48萬 kWh，按上網(wǎng)電價按0.4元/ kWh計，單臺風(fēng)機總節(jié)約電費19.2萬元。

通過對變頻器廠家的詢價了解，國產(chǎn)單臺4000 kW電機變頻器價格在170萬左右，變頻器一次性投資較高。

如每臺變頻器價格定為170萬元，單臺風(fēng)機配變頻器的投資回收年限為8.86年，相對來說是不經(jīng)濟。

由此可見，對于使用雙級動葉可調(diào)軸流風(fēng)機，且鍋爐年平均負(fù)荷能在80%以上時，引風(fēng)機增設(shè)變頻裝置是不經(jīng)濟的。

3.2節(jié)能分析（鍋爐年平均負(fù)荷大于70%）

如鍋爐年平均負(fù)荷略大于70%時，由風(fēng)機的性能曲線圖可知，風(fēng)機的效率將有比較大的下降，大約在72%左右，如增加變頻裝置，風(fēng)機的效率可提高到83%左右。單臺風(fēng)機軸功率為1200 kW左右，即每小時可節(jié)約電量132 kWh，年運行小時數(shù)按7500小時計，單臺風(fēng)機總節(jié)約電量為99萬 kWh，按上網(wǎng)電價按0.4元/ kWh計，單臺風(fēng)機總節(jié)約電費39.6萬元。如按最低價取值，每臺變頻器價格定為170萬元，單臺風(fēng)機配變頻器的投資回收年限為4.2年，相對來說這又是經(jīng)濟的。

4　結(jié)語

隨著環(huán)保要求的日趨嚴(yán)格，現(xiàn)階段大多數(shù)火力發(fā)電廠均已經(jīng)使用動葉可調(diào)軸流引風(fēng)機。動葉可調(diào)風(fēng)機加裝變頻裝置是否經(jīng)濟，從而實現(xiàn)節(jié)能的目標(biāo)，我們還需從機組的年平均負(fù)荷、機組的運行小時數(shù)、當(dāng)?shù)厣暇W(wǎng)電價及結(jié)合引風(fēng)機本身的性能特性來進(jìn)行判斷。

由于理論計算的煙氣阻力本身存在誤差，或電廠燃燒煤質(zhì)發(fā)生變化，加之引風(fēng)機選型時有較大的余量，這就可能產(chǎn)生引風(fēng)機的選型不能與煙氣系統(tǒng)的完美匹配，從而導(dǎo)致風(fēng)機效率偏低的情況時有發(fā)生。

對于年平均負(fù)荷較低、風(fēng)機選型偏離最高效率區(qū)域且年運行時間較長的機組，可以推薦采用增設(shè)變頻裝置，節(jié)約電量，以起到積極的節(jié)能減排作用。

將變得比較復(fù)雜，不利于實際的運行管理。

因此，在機組的實際運行負(fù)荷不是偏離設(shè)計值太大的情況下，動葉可調(diào)軸流風(fēng)機增設(shè)變頻器的必要性不是很大。

對于軸流風(fēng)機，它有駝峰形的性能曲線這一特點，理論上決定了軸流風(fēng)機有不穩(wěn)定工作的區(qū)域，當(dāng)風(fēng)機的實際工作點移動至不穩(wěn)定區(qū)域時，就有可能引起風(fēng)機失速及喘振等現(xiàn)象的發(fā)生。因此在軸流引風(fēng)機項目改造之前，應(yīng)充分了解機組負(fù)荷的變化情況，風(fēng)機具體運行工況點等，以避免失速及喘振問題的發(fā)生。

實際風(fēng)機在運行過程中，風(fēng)機的控制系統(tǒng)得到鍋爐的信號后，根據(jù)流量、壓力等來調(diào)整動葉的安裝角度來匹配鍋爐的負(fù)荷變化，如此系統(tǒng)再增加變頻的控制調(diào)節(jié)裝置，控制系統(tǒng)

參考文獻(xiàn)：

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［2］ DL/T468-2004，電站鍋爐和風(fēng)機選型和使用導(dǎo)則［S］.

［3］ 孫研.風(fēng)機產(chǎn)品樣本（上冊、下冊）［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2003.

［4］ 魏新利.泵與風(fēng)機節(jié)能技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

中圖分類號：TM621

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號：1671-9913（2015）02-0044-03

* 收稿日期：2014-10-30

作者簡介：毛剛（1987- ），男，浙江建德人，工程師，從事電力熱機專業(yè)設(shè)計工作。

Economic Argumentation of Variable Frequency Reconstruction for Axial Fan with Adjustable Blades

MAO Gang， TANG Zai-yang
（1. Wuhan Dianzhifeng Technical Services Co.， Ltd.， Wuhan 430000， China；2. North China Power Engineering Co.， Ltd.， Beijing 100120， China）

Abstract：With the current national energy conservation work in full swing， the power plants are energy-saving projects to follow suit each other， and not with the actual situation of the whole factory into surface argument. Articles for the domestic 330MW thermal power generating units of the axial fan with adjustable blades frequency transformation of the economy to demonstrate， to meet the design specifications， the analysis of energy savings Wind Blower after the transformation. In the case of the rate of change of the unit load， energy-saving status fan frequency corresponding lead after the transformation are discussed in order to seek the induced draft fan frequency transformation corresponding optimum boiler operating load rate， induced draft fan after strive to obtain a higher frequency transformation economy provide reference for the transformation of the same type of unit.

Key words：the axial fan with adjustable blades； the variable frequency transformation； economic analysis.