送風(fēng)機(jī)節(jié)能改造分析

曹 巍，王 星，敬小磊，龐 順，張 杰

（1.國家能源集團(tuán)宿遷發(fā)電有限公司，江蘇 宿遷；2.西安熱工研究院有限公司，陜西 西安；3.安徽淮南平圩第二發(fā)電有限責(zé)任公司，安徽 淮南）

引言

2021 年10 月份國務(wù)院印發(fā)的《2030 年前碳達(dá)峰行動方案》中明確提出要開展節(jié)能降碳增效行動，實施重點(diǎn)行業(yè)如電力行業(yè)的節(jié)能降碳工程，推進(jìn)重點(diǎn)用能設(shè)備如風(fēng)機(jī)的節(jié)能增效工作。

電站風(fēng)機(jī)作為火電機(jī)組的最大耗能輔機(jī)是節(jié)能工作的重點(diǎn)[1]。風(fēng)機(jī)節(jié)能首先通過系統(tǒng)優(yōu)化將系統(tǒng)阻力和風(fēng)量降低到合理水平，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行風(fēng)機(jī)優(yōu)化，才能達(dá)到最佳節(jié)能效果[2]。

本文在管網(wǎng)不變的情況下對某電廠600MW 容量2 號機(jī)組送風(fēng)機(jī)節(jié)能提效手段進(jìn)行了探討和分析，綜合考慮初始投資、節(jié)能效果、運(yùn)行安全性等因素，給出最佳的改造方案[3]。經(jīng)過改造，送風(fēng)機(jī)在相同出力的工況下，電流下降明顯，取得了顯著的節(jié)能效果，改造非常成功。

1 設(shè)備概況及研究背景

1.1 設(shè)備概況

某電廠1、2 號鍋爐均配置2 臺動葉調(diào)節(jié)式送風(fēng)機(jī)，TB 工況設(shè)計流量297 m3/s、全壓4 558 Pa、風(fēng)機(jī)效率83.5%。

1.2 研究背景

投產(chǎn)以來一直存在著送風(fēng)機(jī)運(yùn)行開度較小，出口壓力較低的問題。初步判斷送風(fēng)機(jī)裕量偏大，有一定節(jié)能空間。為了解實際運(yùn)行狀態(tài)、對節(jié)能空間進(jìn)行預(yù)估并提出可行的節(jié)能改造方案，需要對送風(fēng)機(jī)進(jìn)行熱態(tài)性能試驗，提出風(fēng)機(jī)節(jié)能改造方案。

2 風(fēng)機(jī)熱態(tài)性能試驗分析

2.1 試驗標(biāo)準(zhǔn)及方法

依據(jù)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T469－2019《電站鍋爐風(fēng)機(jī)現(xiàn)場性能試驗》和國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 10178－2006《工業(yè)通風(fēng)機(jī)現(xiàn)場性能試驗》。

本次試驗對象：2 號機(jī)組的送風(fēng)機(jī)，試驗工況458MW 和304MW。

2.2 熱態(tài)性能試驗數(shù)據(jù)

送風(fēng)機(jī)運(yùn)行點(diǎn)換算至設(shè)計狀況在性能曲線上的位置如圖1 所示。

圖1 送風(fēng)機(jī)性能曲線及風(fēng)機(jī)運(yùn)行點(diǎn)

將試驗主要結(jié)果與性能曲線對應(yīng)值進(jìn)行比較列于圖2。

圖2 送風(fēng)機(jī)主要試驗結(jié)果對比

由圖2 數(shù)據(jù)可以看出：

送風(fēng)機(jī)表盤與性能曲線的對應(yīng)開度偏差較小，均在3°以內(nèi)。

實測與曲線對應(yīng)效率偏差超過5%，A側(cè)、B 側(cè)效率最大偏低13.2%、13.9%。

推測現(xiàn)有送風(fēng)機(jī)實際性能低于設(shè)計[4]。

2.3 風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)分析

由于試驗期間機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)受限，為進(jìn)一步評估送風(fēng)機(jī)在歷史典型運(yùn)行工況617MW、604MW、243MW 的情況。

根據(jù)歷史表盤數(shù)據(jù)和實測數(shù)據(jù)進(jìn)行換算[5]：

（1） 在458MW、304MW 工況下，實測送風(fēng)機(jī)總質(zhì)量流量為1 197.6 t/h、782.1 t/h，表盤顯示為1 196.4 t/h、746.8 t/h，偏差均在5%以內(nèi)。

（2） 表盤顯示風(fēng)機(jī)開度與性能曲線對應(yīng)的開度基本吻合。

（3） 實測送風(fēng)機(jī)出口靜壓和表盤送風(fēng)機(jī)出口靜壓基本一致。

表明表盤流量、開度、出口壓力準(zhǔn)確。

因此，可根據(jù)表盤顯示的送風(fēng)機(jī)流量、出口靜壓和開度標(biāo)在性能曲線上，如圖3 所示。

圖3 典型工況預(yù)估運(yùn)行點(diǎn)在性能曲線上的位置

將604MW 工況實測參數(shù)換算至BMCR 工況下流量269.2 m3/s、壓力3 277.6 Pa，與設(shè)計參數(shù)（TB、BMCR 工況流量297 m3/s、260.8 m3/s；全壓4 558 Pa、3 798 Pa）進(jìn)行比較：

（1） 高負(fù)荷設(shè)計效率最高為86%，預(yù)估實際效率70%左右，風(fēng)機(jī)實際與設(shè)計效率偏差較大。

（2） 動葉開度最大為37°，距離滿開度55°還有將近50%的裕量。

（3） 風(fēng)量裕量為10.3%，壓力裕量為39.1%，裕量較大，風(fēng)機(jī)與現(xiàn)有系統(tǒng)匹配性較差。

綜上分析可知：

（1） 現(xiàn)有送風(fēng)機(jī)運(yùn)行性能未達(dá)到設(shè)計值。

（2） 送風(fēng)機(jī)裕量較大，具有一定的節(jié)能空間。

3 送風(fēng)機(jī)節(jié)能改造方案研究

3.1 送風(fēng)機(jī)新選型參數(shù)確定

下文以夏季出力較大的歷史604MW 工況數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)進(jìn)行計算。

3.1.1 風(fēng)量參數(shù)確定

典型大負(fù)荷604MW 工況下平均流量為238.1 m3/s，換算BMCR 平均流量為269.2 m3/s，取10%的裕量作為TB 點(diǎn)設(shè)計選型參數(shù)。即TB 點(diǎn)參數(shù)為296.12 m3/s，圓整取295.0 m3/s。

3.1.2 壓力參數(shù)確定

典型大負(fù)荷604MW 工況下平均壓力為2 628.3 Pa，換算BMCR 平均壓力為3 277.6 Pa，取15%的裕量作為TB 點(diǎn)設(shè)計選型參數(shù)，可得TB 點(diǎn)參數(shù)為圓整取3 700.0 Pa。

3.1.3 電機(jī)功率參數(shù)確定

TB 工況所需的電機(jī)輸入功率為1 328.5 kW，考慮選取5%的安全裕量，新送風(fēng)機(jī)電機(jī)功率為1 400.0 kW。現(xiàn)有電機(jī)功率為1 700.0 kW，能夠滿足要求。

圖4 給出新風(fēng)機(jī)選型參數(shù)在原風(fēng)機(jī)性能曲線上的分布情況。

圖4 新選型參數(shù)點(diǎn)在其性能曲線上的位置

從圖4 中可以看出：現(xiàn)有送風(fēng)機(jī)運(yùn)行點(diǎn)位于性能曲線下方，新確定的TB 點(diǎn)位置僅在其45°開度線位置，即現(xiàn)有送風(fēng)機(jī)在45°以上開度屬于完全無用的區(qū)域，風(fēng)機(jī)裕量較大。

3.2 送風(fēng)機(jī)節(jié)能改造手段簡介

對于送風(fēng)機(jī)節(jié)能改造，需要依據(jù)實際運(yùn)行情況進(jìn)行深入的節(jié)能優(yōu)化技術(shù)研究，提出投資回收周期短的風(fēng)機(jī)節(jié)能方案[6]。依據(jù)國內(nèi)送風(fēng)機(jī)節(jié)能改造經(jīng)驗，目前常用的送風(fēng)機(jī)定制節(jié)能方案主要有：風(fēng)機(jī)降速（雙速）節(jié)能改造方案、葉片數(shù)減半節(jié)能改造方案和葉片優(yōu)化改造方案[7]。

3.2.1 送風(fēng)機(jī)降速（雙速）節(jié)能改造方案

降低送風(fēng)機(jī)出力最簡單的方法就是降低風(fēng)機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速[8]。通過對電機(jī)改造，可以將風(fēng)機(jī)額定運(yùn)行轉(zhuǎn)速990 r/min 降為750 r/min。

但是該方案無法滿足TB 工況的出力需求，中低負(fù)荷工況風(fēng)機(jī)效率可提高11%～14%。預(yù)估年節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用27.1 萬元。改造需耗資140 萬元左右，6 年內(nèi)可回收成本。

3.2.2 送風(fēng)機(jī)葉片數(shù)減半節(jié)能改造方案

通過減少葉片數(shù)變更葉片稠度可以降低風(fēng)壓。停機(jī)后將葉輪拆卸后返廠檢修，將現(xiàn)在葉片數(shù)減半，并對葉柄進(jìn)行密封封堵[9]。

改后風(fēng)機(jī)性能可以滿足各負(fù)荷工況要求。高負(fù)荷風(fēng)機(jī)效率可提升3.3%，中、低負(fù)荷風(fēng)機(jī)效率可提高8%以上，年可節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用22.3 萬元。葉輪返廠改造費(fèi)用預(yù)估為100 萬，5 年內(nèi)可回收成本。不返廠改造費(fèi)用預(yù)估為30 萬，2 年內(nèi)可回收成本。

3.2.3 送風(fēng)機(jī)葉片葉型優(yōu)化改造方案

可針對葉片進(jìn)行變型設(shè)計優(yōu)化，輪轂軸系等保持不變。根據(jù)新選型參數(shù)，降低風(fēng)機(jī)出力，提高運(yùn)行效率。該方案改動量少，能根據(jù)需要定制葉片型式[10]。

改后現(xiàn)有送風(fēng)機(jī)高、中、低負(fù)荷效率分別提高4%、7%、8%，年節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用約21.2 萬元。改造耗資預(yù)估100 萬元，5 年內(nèi)可回收成本。

4 風(fēng)機(jī)改后效果分析

根據(jù)試驗數(shù)據(jù)和改造方案的分析，最終選擇葉片數(shù)減半節(jié)能方案對風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造。

將改前、后機(jī)組各負(fù)荷工況下集控的送風(fēng)機(jī)電流對比列于圖5。

圖5 送風(fēng)機(jī)改前、后電流對比

600MW、450MW 工況下，改后送風(fēng)機(jī)總電流下降約30.6 A、14.1 A；300MW 工況下，改后送風(fēng)機(jī)總電流基本不變。綜上所述，本次改造非常成功，中、高負(fù)荷節(jié)能效果顯著。

5 結(jié)論

本文詳細(xì)介紹了送風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)分析以及送風(fēng)機(jī)節(jié)能改造方案研究，得出以下結(jié)論：

（1） 送風(fēng)機(jī)風(fēng)量裕量為10.3%，壓力裕量為39.1%，裕量較大，風(fēng)機(jī)與現(xiàn)有系統(tǒng)匹配性較差。送風(fēng)機(jī)裕量較大，風(fēng)機(jī)具有一定的節(jié)能空間。

（2） 根據(jù)送風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，定制了三種送風(fēng)機(jī)節(jié)能方案：風(fēng)機(jī)降速（雙速）節(jié)能改造方案、葉片數(shù)減半節(jié)能改造方案和葉片優(yōu)化改造方案，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)和改造方案的分析，最終選擇葉片數(shù)減半節(jié)能方案對風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造。

（3） 采用葉片數(shù)減半節(jié)能改造方案，根據(jù)改前、后機(jī)組各負(fù)荷工況下集控的送風(fēng)機(jī)主要運(yùn)行數(shù)據(jù)，600MW 工況下，改后送風(fēng)機(jī)總電流下降約30.6 A；450MW 工況下，改后送風(fēng)機(jī)總電流下降約14.1 A；300MW 工況下，改后送風(fēng)機(jī)總電流基本不變。本次改造非常成功，中、高負(fù)荷工況下節(jié)能效果顯著。