三元流技术在锅炉风机节能改造上的应用

文_陶英川 河北省节能监察监测中心

循环流化床锅炉小型火力电厂的锅炉风机电耗，占电厂用电的40%～60%。风机的电耗直接关系到电厂的用电率，实现风机的节电运行，是大形势下节能降耗的需要。本项目采用三元流技术对锅炉风机进行改造，整机运行节电率与普通风机相比，具有很大的节能效果。

1 三元流技术原理

三元流动理论就是把叶轮内部的三元立体空间无限地分割，通过对叶轮流道内各工作点的分析，建立起完整、真实的叶轮内流体流动的数学模型，依据三元流动理论设计出来的叶片形状为不规则曲面形状，叶轮叶片的结构可适应流体的真实流态，能够控制叶轮内部全部流体质点的速度分布。

2 改造案例

2.1 改造内容

利用三元流技术定制风机叶轮，重新制作新式风机替换原老2#锅炉一次风机；通过提高风机运行效率，降低风机耗电。

2.2 技术关键

利用三元流设计理念，对叶轮进出口尺寸、叶片进出口安装角、轮盖型线、进风口型线进行修正、提高加工精度，减少摩擦、减少流道阻力损失等方式来减少无用能耗。

由于原设计风机与现锅炉煤种变化后的所需风量、风压等发生变化，导致风机偏工况运行，远离高效区间，运行效率低下。为此根据实际工况量身定做高效节能风机，能大大提高风机的运行效率，新型风机完全按国家节能标准来考核效率指标，能提高流体输送系统在特殊工况下的运行效率。

实现数据模拟与实践检验相结合的方式，降低了改造的投资风险。比较后发现改型后的叶轮气动性能优良，叶轮出口和蜗壳出口没有涡流，出口流量均匀，出风量和风压均得到提高。

改造前、后风机流场效果见图1、图2。

图1 改造前风机流场效果图

图2 改造后风机流场效果图

2.3 创新点

充分利用了原风机设备的基础、电机、附属设备，避免了完全拆除和重建，节约了资金投入并缩短了施工工期。

采用的三元流风机节能技术比较先进，成功地优化了风机叶轮与蜗壳的流场气动布局，降低了风机因运转产生涡流、射流、尾迹带来的内部损失，提高了风机的效率，降低能耗。

与以往的风机相比，利用数据建模方式选定的风机高效运行区域，工况更贴近现阶段CFB锅炉燃用煤种的运行工况，使得风机处于高效工况区域运行，实现提效节电。

不改变原有的控制操作系统，不增加专项维护人员和成本，运行费用低。

2.4 与变频改造对比分析

以2#锅炉一次风机改造为例，通过调研和分析测算，三元流技术与变频改造优缺点对比情况如表1所示。

表1 三元流技术与变频改造优缺点对比

2.5 改造前后对比

改造前、后风机参数如表2所示。

表2 改造前、后风机参数

改造前、后2#锅炉一次风机运行数据如表3、表4所示。

表3 改造前2#锅炉一次风机运行数据统计

表2、表3为改造前统计的不同工况下风机的运行参数和耗电指标，分别为2018年12月23日、25日，2019年3月28日、4月10日、14日几天的一次风机运行参数，可以看出原有旧风机的平均小时耗电量约为251.27kWh。

表4 改造后2#锅炉一次风机运行数据统计

表4为改造后统计的不同工况下风机的运行参数和耗电指标，分别为2019年8月1日、2日、4日、7日、8日几天的一次风机运行参数，通过下表可以看出改造后风机的平均小时耗电量约为189.54kW。

风机的节电率=（改造前小时耗电量-改造后小时耗电量）÷改造前小时耗电量=（251.27-189.54）/251.27×100%=24.56%，即风机的节电率达到24.56%。

电厂锅炉按6500h/a运行计算，风机节电量的计算=（改造前小时耗电量-改造后小时耗电量）×运行小时数=（251.27-189.54）×6500=401245kWh，即年节电量能达到40万kWh，节电量非常可观。

年节约成本=年节电量×电费单价=40万kWh×0.334元/kWh=13.4万元，即年可节约13.4万元电费。

回收期，本项目按一次性投资为20万元，计算回收期约为1.5a。

3 社会效益

三元流高效叶轮技术是一种新兴的风机节电技术，是目前风机节电技术行业投资少见效快的改造方式，也是科技进步和新技术设计应用的方向。

节约厂用电耗，尤其是节约循环流化床锅炉风机的电耗，是发电企业迫切需要解决的技术问题，此项新技术的产生和应用将为发电企业带来巨大的效益空间。同时电能消耗的减少，可以在一定程度上减少因发电带来的能源消耗，减少化石燃料的燃烧带来的环境污染，具有很高的社会价值。三元流高效叶轮技术应用前景比较广泛。