三元流技術(shù)在鍋爐風(fēng)機節(jié)能改造上的應(yīng)用

文_陶英川 河北省節(jié)能監(jiān)察監(jiān)測中心

循環(huán)流化床鍋爐小型火力電廠的鍋爐風(fēng)機電耗，占電廠用電的40%～60%。風(fēng)機的電耗直接關(guān)系到電廠的用電率，實現(xiàn)風(fēng)機的節(jié)電運行，是大形勢下節(jié)能降耗的需要。本項目采用三元流技術(shù)對鍋爐風(fēng)機進行改造，整機運行節(jié)電率與普通風(fēng)機相比，具有很大的節(jié)能效果。

1 三元流技術(shù)原理

三元流動理論就是把葉輪內(nèi)部的三元立體空間無限地分割，通過對葉輪流道內(nèi)各工作點的分析，建立起完整、真實的葉輪內(nèi)流體流動的數(shù)學(xué)模型，依據(jù)三元流動理論設(shè)計出來的葉片形狀為不規(guī)則曲面形狀，葉輪葉片的結(jié)構(gòu)可適應(yīng)流體的真實流態(tài)，能夠控制葉輪內(nèi)部全部流體質(zhì)點的速度分布。

2 改造案例

2.1 改造內(nèi)容

利用三元流技術(shù)定制風(fēng)機葉輪，重新制作新式風(fēng)機替換原老2#鍋爐一次風(fēng)機；通過提高風(fēng)機運行效率，降低風(fēng)機耗電。

2.2 技術(shù)關(guān)鍵

利用三元流設(shè)計理念，對葉輪進出口尺寸、葉片進出口安裝角、輪蓋型線、進風(fēng)口型線進行修正、提高加工精度，減少摩擦、減少流道阻力損失等方式來減少無用能耗。

由于原設(shè)計風(fēng)機與現(xiàn)鍋爐煤種變化后的所需風(fēng)量、風(fēng)壓等發(fā)生變化，導(dǎo)致風(fēng)機偏工況運行，遠離高效區(qū)間，運行效率低下。為此根據(jù)實際工況量身定做高效節(jié)能風(fēng)機，能大大提高風(fēng)機的運行效率，新型風(fēng)機完全按國家節(jié)能標準來考核效率指標，能提高流體輸送系統(tǒng)在特殊工況下的運行效率。

實現(xiàn)數(shù)據(jù)模擬與實踐檢驗相結(jié)合的方式，降低了改造的投資風(fēng)險。比較后發(fā)現(xiàn)改型后的葉輪氣動性能優(yōu)良，葉輪出口和蝸殼出口沒有渦流，出口流量均勻，出風(fēng)量和風(fēng)壓均得到提高。

改造前、后風(fēng)機流場效果見圖1、圖2。

圖1 改造前風(fēng)機流場效果圖

圖2 改造后風(fēng)機流場效果圖

2.3 創(chuàng)新點

充分利用了原風(fēng)機設(shè)備的基礎(chǔ)、電機、附屬設(shè)備，避免了完全拆除和重建，節(jié)約了資金投入并縮短了施工工期。

采用的三元流風(fēng)機節(jié)能技術(shù)比較先進，成功地優(yōu)化了風(fēng)機葉輪與蝸殼的流場氣動布局，降低了風(fēng)機因運轉(zhuǎn)產(chǎn)生渦流、射流、尾跡帶來的內(nèi)部損失，提高了風(fēng)機的效率，降低能耗。

與以往的風(fēng)機相比，利用數(shù)據(jù)建模方式選定的風(fēng)機高效運行區(qū)域，工況更貼近現(xiàn)階段CFB鍋爐燃用煤種的運行工況，使得風(fēng)機處于高效工況區(qū)域運行，實現(xiàn)提效節(jié)電。

不改變原有的控制操作系統(tǒng)，不增加專項維護人員和成本，運行費用低。

2.4 與變頻改造對比分析

以2#鍋爐一次風(fēng)機改造為例，通過調(diào)研和分析測算，三元流技術(shù)與變頻改造優(yōu)缺點對比情況如表1所示。

表1 三元流技術(shù)與變頻改造優(yōu)缺點對比

2.5 改造前后對比

改造前、后風(fēng)機參數(shù)如表2所示。

表2 改造前、后風(fēng)機參數(shù)

改造前、后2#鍋爐一次風(fēng)機運行數(shù)據(jù)如表3、表4所示。

表3 改造前2#鍋爐一次風(fēng)機運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計

表2、表3為改造前統(tǒng)計的不同工況下風(fēng)機的運行參數(shù)和耗電指標，分別為2018年12月23日、25日，2019年3月28日、4月10日、14日幾天的一次風(fēng)機運行參數(shù)，可以看出原有舊風(fēng)機的平均小時耗電量約為251.27kWh。

表4 改造后2#鍋爐一次風(fēng)機運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計

表4為改造后統(tǒng)計的不同工況下風(fēng)機的運行參數(shù)和耗電指標，分別為2019年8月1日、2日、4日、7日、8日幾天的一次風(fēng)機運行參數(shù)，通過下表可以看出改造后風(fēng)機的平均小時耗電量約為189.54kW。

風(fēng)機的節(jié)電率=（改造前小時耗電量-改造后小時耗電量）÷改造前小時耗電量=（251.27-189.54）/251.27×100%=24.56%，即風(fēng)機的節(jié)電率達到24.56%。

電廠鍋爐按6500h/a運行計算，風(fēng)機節(jié)電量的計算=（改造前小時耗電量-改造后小時耗電量）×運行小時數(shù)=（251.27-189.54）×6500=401245kWh，即年節(jié)電量能達到40萬kWh，節(jié)電量非?？捎^。

年節(jié)約成本=年節(jié)電量×電費單價=40萬kWh×0.334元/kWh=13.4萬元，即年可節(jié)約13.4萬元電費。

回收期，本項目按一次性投資為20萬元，計算回收期約為1.5a。

3 社會效益

三元流高效葉輪技術(shù)是一種新興的風(fēng)機節(jié)電技術(shù)，是目前風(fēng)機節(jié)電技術(shù)行業(yè)投資少見效快的改造方式，也是科技進步和新技術(shù)設(shè)計應(yīng)用的方向。

節(jié)約廠用電耗，尤其是節(jié)約循環(huán)流化床鍋爐風(fēng)機的電耗，是發(fā)電企業(yè)迫切需要解決的技術(shù)問題，此項新技術(shù)的產(chǎn)生和應(yīng)用將為發(fā)電企業(yè)帶來巨大的效益空間。同時電能消耗的減少，可以在一定程度上減少因發(fā)電帶來的能源消耗，減少化石燃料的燃燒帶來的環(huán)境污染，具有很高的社會價值。三元流高效葉輪技術(shù)應(yīng)用前景比較廣泛。