左寧心，舒 展，王良超

(1.中國國電益陽發(fā)電有限公司，湖南 益陽 413000;2.湖北省電力建設(shè)第二工程公司，湖北 武漢 430030)

目前，國產(chǎn)300 MW機組中間儲倉式制粉系統(tǒng)普遍采用離心風(fēng)機作為排粉風(fēng)機，但實際運行中離心風(fēng)機效率并不高，其主要原因之一是風(fēng)機及拖動電機選型偏大，風(fēng)機實際運行工況點遠離風(fēng)機的最高效率點。我國火力發(fā)電廠設(shè)計技術(shù)規(guī)程(DL5000—94)明文規(guī)定:中間儲倉式燃煤鍋爐的排粉風(fēng)機的風(fēng)量裕度為5%至10%，風(fēng)壓裕度為10%至15%。在設(shè)計過程中，考慮到管網(wǎng)的阻力及長期運行過程中可能發(fā)生的各種問題，通?？偸前严到y(tǒng)的最大風(fēng)量和風(fēng)壓富裕量作為選擇風(fēng)機型號的設(shè)計值。但風(fēng)機的型號和系列是有限的，往往在選用不到合適的風(fēng)機型號時，只好往大機號上靠。這樣，火電廠排粉風(fēng)機的風(fēng)量和風(fēng)壓富裕度達20%至30%是比較常見的。風(fēng)量與風(fēng)壓的富裕度直接導(dǎo)致風(fēng)機的運行工況點與設(shè)計高效點相偏離，從而使風(fēng)機的運行效率大幅度下降。因此，根據(jù)火電廠實際運行中風(fēng)量及風(fēng)壓參數(shù)所需，定制個性化高效排粉風(fēng)機，是風(fēng)機節(jié)能降耗最有效的途徑之一［1－4］。

1 設(shè)備概述

國電益陽電廠2×300 MW機組鍋爐制粉系統(tǒng)采用中間儲倉式制粉系統(tǒng)，每臺爐配4臺鋼球磨煤機，型號為MTZ3570型，配4臺型號為M6－31－11NO21D的排粉風(fēng)機和對應(yīng)的細粉分離器、給煤機等設(shè)備。系統(tǒng)流程如圖1所示［5］。排粉機及電機設(shè)計參數(shù)見表1。

圖1 鍋爐制粉系統(tǒng)流程圖Fig.1 Boiler coal pulverizing system

表1 排粉機及電機設(shè)計參數(shù)Table 1 Design parameter of powder ejector and electric machine

正常運行中排粉機電流為60～72 A，平均為66 A左右，出力偏大、制粉單耗偏高(為29～31 kWh/噸煤)，高出中間儲倉式制粉系統(tǒng)電耗20%～30%，有較大的節(jié)能降耗空間。

2 改造前試驗

2009年8月，國電益陽電廠委托國電科學(xué)技術(shù)研究院北京電力技術(shù)研究分院對2×300 MW機組中運行電流最低的1C排粉風(fēng)機分別在入口擋板門開度為100%，80%，60% 時進行運行參數(shù)的測試并記錄有關(guān)鍋爐運行參數(shù)。測量內(nèi)容有風(fēng)機進、出口靜壓;風(fēng)機進、出口溫度;風(fēng)機進口或出口動壓;風(fēng)機驅(qū)動功率參數(shù);再循環(huán)風(fēng)量、再循環(huán)風(fēng)壓及再循環(huán)風(fēng)溫度;3次風(fēng)靜壓。通過風(fēng)機運行參數(shù)的測量，評價風(fēng)機與制粉系統(tǒng)的匹配性和風(fēng)機運行的安全經(jīng)濟性，為風(fēng)機的改進提供依據(jù)。測量結(jié)果見表2。

表2 排粉風(fēng)機測試數(shù)據(jù)Table 2 Summary test data of powder exhausting fan

由表2測試結(jié)果可知，隨著排粉機入口擋板開度由100%減小到65%，排粉機流量略有減小，由33.3 m3/s降低到32.7 m3/s;排粉機入口靜壓降低，由－5240 Pa降低到－4325 Pa;入口擋板前后壓差增大，由260 Pa增加到2385 Pa;風(fēng)機的效率下降，由71.0%降低到64.3%?？偟膩碚f風(fēng)機效率不高，風(fēng)機效率在70%左右。

從運行參數(shù)來看，額定300 MW負荷時在3臺磨運行的情況下，1次風(fēng)率約為30%，2次風(fēng)率約為50%，3次風(fēng)率約為20%。1次風(fēng)率和3次風(fēng)率都偏大，造成爐內(nèi)組織燃燒的2次風(fēng)量比例偏小，爐內(nèi)燃燒組織較為困難。此時為穩(wěn)定燃燒，運行操作人員不得不在循環(huán)風(fēng)門開度(最大達80%，低負荷時最大為全開)加大3次風(fēng)，浪費了排粉風(fēng)機的出力。

從以上數(shù)據(jù)可以看出，國電益陽電廠2×300 MW機組排粉機設(shè)計出力偏大，效率偏低。通過多次試驗及計算，風(fēng)溫100℃時，選用風(fēng)量及全壓分別為 105 km3/h(29.17 m3/s)、11 kPa 的排粉風(fēng)機適宜，而風(fēng)機的保證效率為80%以上。

3 選型及計算

3.1 風(fēng)機選型

根據(jù)風(fēng)機選型計算，介質(zhì)溫度為100℃、介質(zhì)密度為0.93 kg/m3、風(fēng)量為105 km3/h(TB)、全壓為11 kPa、轉(zhuǎn)速為1490 rpm時，可以計算出風(fēng)機的一階比轉(zhuǎn)速為ns=32。根據(jù)此比轉(zhuǎn)速可選用M6－29系列風(fēng)機作為改造后的基礎(chǔ)模型，該模型風(fēng)機具有效率高、性能曲線平坦、耐磨損、工作穩(wěn)定好等的特點。在此模型基礎(chǔ)上，風(fēng)機設(shè)計為單吸入式、錐形前盤、后彎雙圓弧葉片(推薦葉片數(shù)量Z=10、出口角度β2=45°)、葉輪有效直徑D= Φ1990 mm(可由公式D=28.87/n×pst1/2初步計算，式中n為葉輪轉(zhuǎn)速，r/min;pst為用戶要求靜壓，Pa;D為輪轂直徑，m)額定工況下，風(fēng)機效率設(shè)計為82%。

根據(jù)上述設(shè)計要求，風(fēng)機的具體型號定為M6－29－NO19.9D。為提高風(fēng)機的耐磨性，葉輪、蝸殼均采用鑲崁陶瓷進行防磨，為便于葉輪拆裝，蝸殼設(shè)計為分體式結(jié)構(gòu)，與進、出口管道均采用法蘭連接［2－3］。

風(fēng)機的特性曲線及選型報告見圖2和表3～表4。

圖2 離心風(fēng)機性能曲線Fig.2 Performance curve of centrifugal fan

表3 離心風(fēng)機選型報告Table 3 Centrifugal fan model selection report

表4 風(fēng)機性能表Table 4 Performance of fan

3.2 功率計算

(1)設(shè)計參數(shù)下風(fēng)機有效功率Nyx=Q×H=(105×1000/3600)×11000=321 kW，式中Q和H分別為設(shè)計參數(shù)下風(fēng)機的的流量及全壓。但考慮到實際運行中介質(zhì)溫度要低于100℃，且全壓為11000 Pa時應(yīng)考慮到介質(zhì)的壓縮性即馬赫數(shù)，因此風(fēng)機實際有效功率應(yīng)比計算有效功率要小。經(jīng)風(fēng)機設(shè)計單位計算該風(fēng)機實際有效功率應(yīng)在310 kW左右。

(2)風(fēng)機軸功率 Nz=Nyx/η =310/0.82=378 kW，式中η為風(fēng)機效率(對于后向式葉片風(fēng)機的效率一般為 0.8～0.9，本風(fēng)機設(shè)計效率為82%)。

(3)配套電機功率

電機功率N=k×Nz/ηm，式中k為電機容量的儲備系數(shù)，由表3選k=1.08;ηm為機械傳動效率，由表4選ηm=0.98(所設(shè)計風(fēng)機與電機通過聯(lián)軸器直聯(lián)傳動)，則 N=1.08 × 391/0.98=431 kW［6－8］。

3.3 配套電機選型

上世紀末至本世紀初，YFQF，YFSK，YFKK 6KV系列火電設(shè)備風(fēng)機專用三相異步電動機在國產(chǎn)常規(guī)火力發(fā)電廠普遍使用。其中YFKK 6KV系列電機在益陽電廠得以廣泛應(yīng)用，且多數(shù)同型設(shè)備均配有2～3臺備用電機。根據(jù)表5，可以選用YFKK4004－4型電機，該電機功率為450 kW、額定電流53.6 A、功率因數(shù)為0.86、許用負載轉(zhuǎn)動慣量為 415 kg·m2［9］

表5 電機容量的儲備系數(shù)kTable 5 Reserve coefficient of electric machine capacity

表6 機械傳動效率ηmTable 6 Transmission efficiency of machine

4 改造后風(fēng)機效率測試

2010年6月A級檢修期間，益陽電廠對2 A排粉機進行了換型(保留型號為YFKK500－4、功率為710KW的老電機，將風(fēng)機換成 M6－29－NO19.9D型號)改造。同年10月，委托湖南省湘電試驗研究院有限公司在機組負荷為300 MW、排粉機入口擋板開度為100%、再循環(huán)風(fēng)門開度為23.4%的情況下，對2 A排粉機進行了效率測試。測試結(jié)果顯示在正常出力工況下，2 A排粉機電流為52 A、風(fēng)機效率為83%，在最大出力工況下，電流為53 A、風(fēng)機效率為81%(改造前2 A排粉機正常運行電流為68 A，其他排粉機電流在70 A左右)，排粉機改造后的工作電流下降了16 A。

2010年11月，利用停機檢修機會，將2 A排粉機驅(qū)動電機由YFKK500－4型、710KW更換成YKK4502－4、560 KW，同時在正常工況及最大出力工況下記錄風(fēng)機的運行電流分別為47，49 A，比電機更換前下降了5 A左右。由此可知，驅(qū)動電機功率越接近設(shè)計所需功率(431 kW)，風(fēng)機的運行電流亦越小，但減小的幅度變小(預(yù)計采用YFKK4004－4，450 kW電機驅(qū)動時，工作電流應(yīng)該在45 A左右)，考慮到節(jié)能值與電機采購成本，使用淘汰下來的YKK4502－4，560 kW電機作為驅(qū)動，比較經(jīng)濟適用［10－11］。

5 改造后風(fēng)機節(jié)能分析

2A排粉風(fēng)機改造前風(fēng)機所消耗有效功率Nxh=×U×I×cosψ=×6×68×0.86=607 kW(改造前運行電流為68 A)，風(fēng)機換型改造后，電機消耗有效功率Nxh=×U ×I×cosψ可以算出Nxh=×6×47×0.86=420 kW(式中U為電壓、I為電流、ψ為功率因數(shù)角、cosψ為功率因數(shù)選0.86)。則風(fēng)機改造前后所節(jié)省的功率為Njs=607－420=187 kW，則每小時節(jié)約廠用電量W=187度電，折合成人民幣37.4元。益陽電廠共計8臺同型號的排粉風(fēng)機，按年利用5000 h計算，則每年可節(jié)省廠用電187×5000×8=748萬度，折合成人民幣150萬元。按每臺排粉風(fēng)機改造費用15萬元計算則共計需要15×8=120萬元，改造后不到1年即可全部收回成本。

6 結(jié)語

通過在運行中試驗并測量系統(tǒng)各相關(guān)參數(shù)，獲得為益陽電廠排粉機及電機選型改造的實測數(shù)據(jù)，基于實測數(shù)據(jù)的分析，提出節(jié)能改造方法，實際運行表明所提出的節(jié)能改造方法正確可行，節(jié)能效果明顯。

表7 YFKK系列(6 kV)IP44、IP54(空冷)Table 7 YFKK series(6 kv)IP44 IP54(Air－cooling)

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