益陽電廠300 MW機組排粉風機節能改造研究＊*

左寧心，舒 展，王良超

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

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

1 設備概述

國電益陽電廠2×300 MW機組鍋爐制粉系統采用中間儲倉式制粉系統，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的排粉風機和對應的細粉分離器、給煤機等設備。系統流程如圖1所示［5］。排粉機及電機設計參數見表1。

圖1 鍋爐制粉系統流程圖Fig.1 Boiler coal pulverizing system

表1 排粉機及電機設計參數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電耗20%～30%，有較大的節能降耗空間。

2 改造前試驗

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

表2 排粉風機測試數據Table 2 Summary test data of powder exhausting fan

由表2測試結果可知，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;風機的效率下降，由71.0%降低到64.3%。總的來說風機效率不高，風機效率在70%左右。

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

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

3 選型及計算

3.1 風機選型

根據風機選型計算，介質溫度為100℃、介質密度為0.93 kg/m3、風量為105 km3/h(TB)、全壓為11 kPa、轉速為1490 rpm時，可以計算出風機的一階比轉速為ns=32。根據此比轉速可選用M6－29系列風機作為改造后的基礎模型，該模型風機具有效率高、性能曲線平坦、耐磨損、工作穩定好等的特點。在此模型基礎上，風機設計為單吸入式、錐形前盤、后彎雙圓弧葉片(推薦葉片數量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，風機效率設計為82%。

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

風機的特性曲線及選型報告見圖2和表3～表4。

圖2 離心風機性能曲線Fig.2 Performance curve of centrifugal fan

表3 離心風機選型報告Table 3 Centrifugal fan model selection report

表4 風機性能表Table 4 Performance of fan

3.2 功率計算

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

(2)風機軸功率 Nz=Nyx/η =310/0.82=378 kW，式中η為風機效率(對于后向式葉片風機的效率一般為 0.8～0.9，本風機設計效率為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，由表3選k=1.08;ηm為機械傳動效率，由表4選ηm=0.98(所設計風機與電機通過聯軸器直聯傳動)，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系列火電設備風機專用三相異步電動機在國產常規火力發電廠普遍使用。其中YFKK 6KV系列電機在益陽電廠得以廣泛應用，且多數同型設備均配有2～3臺備用電機。根據表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、功率因數為0.86、許用負載轉動慣量為 415 kg·m2［9］

表5 電機容量的儲備系數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%、再循環風門開度為23.4%的情況下，對2 A排粉機進行了效率測試。測試結果顯示在正常出力工況下，2 A排粉機電流為52 A、風機效率為83%，在最大出力工況下，電流為53 A、風機效率為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，驅動電機功率越接近設計所需功率(431 kW)，風機的運行電流亦越小，但減小的幅度變小(預計采用YFKK4004－4，450 kW電機驅動時，工作電流應該在45 A左右)，考慮到節能值與電機采購成本，使用淘汰下來的YKK4502－4，560 kW電機作為驅動，比較經濟適用［10－11］。

5 改造后風機節能分析

2A排粉風機改造前風機所消耗有效功率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為功率因數角、cosψ為功率因數選0.86)。則風機改造前后所節省的功率為Njs=607－420=187 kW，則每小時節約廠用電量W=187度電，折合成人民幣37.4元。益陽電廠共計8臺同型號的排粉風機，按年利用5000 h計算，則每年可節省廠用電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 結語

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

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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