发电厂锅炉引风机节能改造

李成喜，王焕新，陈国艳

(1.武汉凯迪控股投资有限公司，湖北 武汉 430223;2.清华大学热能系，北京 100084)

0 引言

风机节能在国民经济各部门中的地位和作用是举足轻重的。因而风机的节能具有十分重要的意义［1］。造成风机能耗较高的原因有多种。例如，由于通风工程设计者对管网阻力计算不准确，选用风机的人员又担心计算压力和流量不能满足工况需要，故选用过大的安全裕量，或者无适宜性能的风机规格可选而选用风机的高档性能或高压区。结果，由于层层加码，造成所选用风机的额定风量远远超过工况实需风量。这时风机操作者只好采用插板或调节门节流来增加阻力，以求减少风量，使之符合工况要求。

风机的配套电动机容量选取偏大。由于国产电动机的规格难以完全满足风机的配套，采购时往往选取高档额定功率的电动机，造成大马拉小车，降低了电动机的负荷率，浪费了电能。风机使用中采用了不适宜的或效率低的调节方法，降低了风机的调节效率［2－4］。

据某煤炭公司对148台矿井主通风机的调查，运行效率在70%以上的占10%左右;运行效率低于55%的竟达59%。据某钢铁联合企业的调查，通风机的平均运行效率只有40%左右。某发电厂锅炉鼓引风机的最高运行效率只有67.5%，最低仅为45.2%［5－7］。

因此，本文充分利用凯迪公司现有的设备进行研究改造，以期取得良好的效果，为推广风机节能工作提供基础试验数据。

1 引风机性能

本试验引风机选用两台电机功率800 kW的型号为Y6－40－26F引风机，参数如表1所示。

2 试验工况

为了准确掌握目前引风机及其相关烟道的特性，为引风机改型提供准确的数据，进行引风机性能试验，并根据试验结果计算引风机改型设计参数。通过锅炉负荷分别在不同工况条件下，对两台引风机进行试验，获得其性能参数。

#1炉两台引风机甲和乙进行试验，每次试验选择8个工况，各个工况的试验内容如下:

(1)工况1:甲引风机单独运行，乙引风机停用，锅炉负荷为经常出现的低负荷。

(2)工况2:甲引风机单独运行，乙引风机停用，甲引风机进口风门开度为100%，锅炉负荷调整至相应引风量下的负荷。

(3)工况3:启动乙引风机，甲引风机仍保持运行，且它的进口风门开度仍保持100%，调整乙引风机进口风门，使得锅炉负荷达到额定值，且此时总引风量为额定锅炉负荷下的可能的最大值。

(4)工况4:两台引风机投用，锅炉负荷、总引风量维持在工况3下的数值，将两台引风机调整至相同电流。

(5)工况5:两台引风机投用，将锅炉负荷调整至经常运行的高负荷，相应调整两台引风机使得两台引风机保持相同的电流。

(6)工况6:两台引风机投用，将锅炉负荷、总引风量恢复到工况3下的数值，乙引风机进口风门开度调整至100%，而甲引风机进口风门开度调整至合适的数值。

(7)工况7:甲引风机停用，乙引风机单独运行，乙引风机进口风门开度为100%，锅炉负荷调整至相应引风量下的负荷。

(8)工况8:甲引风机停用，乙引风机单独运行，锅炉负荷为经常出现的低负荷。

由于工况3、工况6的一侧引风机进口风门全开、另一侧引风机进口风门开度较小，以致除尘器后的两侧烟道的烟气量相差很大，使得烟气量小的一侧烟气速度较低，部分测点速度接近于零甚至有回流，存在较大的烟气量测量误差，因此，对工况3、工况6的试验数据不作分析计算。

3 试验结果与分析

3.1 不同试验工况下烟气量特性

本试验分别对六种工况进行试验，并对各个工况下的参数在不同氧量和不同转速的条件下进行了修正，如表2所示。关于表中的文字内容在表后做了相应注释。

3.2 #1炉引风量选型分析

由表2可以看出，在同等开度下，#1炉引风机甲各项指标、出力不及引风机乙，故#1炉选择引风机甲改造，引风机乙备用。将工况4烟气量修正至常态、设计转速、高氧量时的数值为105.93 m3/s，即在上述状态下，锅炉所需的总引风量为105.93 m3/s，单台引风量为52.96 m3/s，取53 m3/s作为改型设计工况1的风量用于#1炉风机选型。

根据表2中试验结果，拟合出常态、设计转速、高氧量时锅炉负荷与引风量的关系曲线与表格，#1炉如图1所示。

图1 #1炉引风量与负荷关系图

高负荷220 t/h、高氧量5.0%、引风机进口密度为0.87 kg/m3、引风机转速为960 r/min时，锅炉总引风量为98.44 m3/s，单台引风机的引风量为49.22 m3/s，取该值作为改型设计工况2的风量用于#1炉风机选型。

高负荷220 t/h、正常氧量3.5%、引风机进口密度为0.87 kg/m3、引风机转速为960 r/min时，锅炉总引风量为90.00 m3/s，因此初步决定此时采用单侧运行，所以取该值作为改型设计工况3的风量用于风机选型完全满足要求［8－10］。

3.3 不同试验工况下引风机风压试验

由表3可见:将满负荷试验工况4的引风机风压修正至常态、设计转速、高氧量时，此数值为:甲侧6147 Pa，乙侧6042 Pa，为了安全起见，加之乙侧风压可能不可靠，取两侧中的较大值并近似至6150 Pa，作为改型设计工况1的风压用于风机选型。该取值对应的风门开度仍为工况4的风门开度72% ～81%，即按6150 Pa取值，引风机仍有较大的风压富裕量。

高负荷220 t/h、高氧量5.0%、引风机进口密度为 0.87 kg/m3、引风机转速为 960 r/min、锅炉总引风量为 98.44 m3/s、单台引风机的引风量为49.22 m3/s时，所 需风压为 5308.5 Pa，近似 取5310 Pa作为改型设计工况2的风压用于风机选型。

3.4 引风机改型设计参数汇总确定

根据前面对几种改型设计工况风量、风压的推算，得出改型设计参数汇总如表4所示，按锅炉负荷为220 t/h，引风机投入运行的是甲引风机，电机功率800 kW容量。

经过对锅炉不同工况、不同煤种引风机的引风量、风压等所有相关数据进行测试、试验，经过调研、技术论证和立项批准，决定引风机重新选型改造;对主要部件叶轮、集流器、机壳蜗舌、出口烟道流线重新设计，原出口烟道扩散角度约19°，不符合风机设计规范要求，规范要求出口烟道扩散角度不大于12°，此次改造一并设计，重新制作。为了节省费用，保留原风机电机、风箱、轴、轴承座等。根据性能试验结果，选取#1炉引风机甲改造。

根据前面性能试验，对设计工况风量、风压进行推算，得出改型设计参数汇总，选择国内业绩较好的引风机专业制造厂家作为引风机改造单位。

表2 #1炉引风机风量试验

表3 #1炉引风机风压试验

表4 #1炉引风机改型参数汇总

参照改型设计参数，根据本厂引风机生产系列，最终确定选择 Y4－60－14No.25.5F型引风机，叶轮(包括防磨处理)、集流器，机壳等主要部件由成都电力机械厂制作，出口烟道由我公司自行按规范设计，设备安装包括出口烟道安装由我公司生产部承担，改造后在现场进行动平衡调整试验。风机改型后的性能参数如表5所示［11］。

表5 #1炉甲引风机改型后参数

#1炉引风机甲于#1机组大修期间开始施工，改型后投用前，甲风机现场进行了动平衡调整，轴承振动都不超过0.03 mm，机械性能符合规范。#1炉引风机甲满载运行锅炉平均负荷195 t/h左右，比改造前负荷平均上升25 t/h，单引风机运行基本能满足当前负荷要求，对风机性能进行了测试，数据表明，#1 炉引风机效率为76.2%［12］。

3.5 经济性能分析

对电力市场和供热市场按年发电利用小时6300 h、年供热 210000 t，预测锅炉年产汽3250000 t，机组的引风机单耗比改造前平均下降1.44 kWh/t汽，则:

年节约厂用电:

3250000 t×1.44kW/t汽=468000 kWh

年实现净效益:

4680000kWh× 0.469元/kWh=2194920元

项目改造后实现效益约219.5万元/年。

4 结论

经过对锅炉不同工况、不同煤种引风机的引风量、风压等所有相关数据进行测试、试验，决定对引风机重新选型改造。参照改型设计参数，根据本厂引风机生产系列，最终确定选择 Y4－60－14No.25.5F型引风机。另外对改型后的经济性能分析，可节约成本219.5万元/年，效益可观。

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