電廠鍋爐風機節能改造探討

摘 要：文章對某電廠鍋爐軸流式風機變頻調節改造方案進行了對比分析，獲得了最佳改造方案，有較好經濟效益，可作為燃煤機組節能減排的實施方案之一。

關鍵詞：軸流式風機；變頻調節；節能減排

伴隨著能源價格的不斷上漲，燃煤電廠的經營成本也越來越高，節能減排成為經營管理的重要方面，其中對效率低的老式風機進行改造成為一種發展趨勢。

1 風機節能改造原理

1.1 一般運行經濟性

在電廠鍋爐中，若風機處于高出力區域，各種類型風機效率差距較小，風機節流損失較小，接近額定出力，風機均無節流損失。在低出力區域，離心式風機和軸流風機前導葉調節存在較大的節流損失，而軸流式動葉調節幾乎無節流損失，效率相對較高。

1.2 典型風機調節特性

1.2.1 進氣預旋（靜葉）原理。某電廠鍋爐風機采用進氣預旋調節，即將導流器安裝在介質進口處進行調節。導流器有可轉動的導向葉片，氣流經導向葉片進入風機。改變導向葉片角度，可以改變氣流進入風機時的速度大小和方向，導流器使風進入風機前的氣流產生預旋，從而使氣流圓周分速度加大，壓力降低。導向葉片轉動角度越大，風量越小，氣流產生的預旋越強烈，壓力降低越大，所以風機特性曲線越陡直。此種調節方式雖有較高的調節范圍和一定的經濟性，但其結構復雜，且存在沖擊損失，維修費用較高。

1.2.2 變速調節原理。變速調節即改變電動機的轉速，以改變風機的風量的一種調節方式，從空氣動力學理論來講，改變轉速調節是最合理的。變速調節一般通過變頻調節來實現，即改變電動機輸入電流頻率。采用這種調節方式風機無附加功耗，風機所耗功率是根據實際需要而改變，所以更為經濟。

由流體力學可知，風量與轉速的一次方成正比，風壓與轉速的平方成正比，軸功率與轉速的三次方成正比，當風量減少，轉速下降時，其功率降低很多。

1.2.3 雙速電機調節。雙速調節是指利用雙速電機控制風機在高速和低速兩個轉速下切換，可以靠改變電流或電壓來改變轉速，常有交流和直流兩種。在負載較大時啟用高速控制，在負載較小時啟用低速控制，是變頻調節的一種特殊形式。不同之處在于，通過變頻器調節能夠實現風機的連續變轉速控制，在各負荷段均具有節能效果，而雙速電機調節使得風機轉速存在明顯的階躍現象，僅在較低負荷段具有節能效果。

2 改造方案的經濟型比較

對于某電廠300MW機組，吸風機和增壓風機均采用動葉可調軸流式風機，系統布置為兩臺吸風機和一臺增壓風機，為進一步提高三臺風機的總效率，可采取下列三種方案。

方案一：三臺風機全部采用變頻調節。每臺風機采用變頻調節后，在低負荷時均具有一定的節能效果，但初始投資較大，變頻裝置維護和更換的費用也較大。

方案二：兩臺吸風機變頻調節，增壓風機不變。考慮到脫硫系統阻力變化幅度較小，增壓風機變頻經濟性有限，不采用變頻調節，僅對吸風機采用變頻調節。

方案三：一臺吸風機變頻調節，另一臺吸風機和增壓風機不變。一臺吸風機長期處于高效區運行，承擔“基本出力”，另一臺吸風機按照變頻調節方式運行，根據機組負荷調節電機轉速進而改變吸風機工作點，共同滿足鍋爐的安全運行要求。

相對于離心式風機和靜葉可調式風機來說，軸流動葉可調式風機在調節過程中動葉與氣流入口的切角相對較小，因此其氣流的流動阻力較小，葉片做功損失較小，而變頻調節過程中氣流與葉片之間幾乎無沖擊損失，因此在運行過程中，變頻調節風機相對于軸流式風機仍有一定的效率優勢。軸流式動葉可調風機與采用變頻裝置后軸流式風機性能曲線如圖1所示，由圖可知，根據變頻后性能曲線，在機組相同的負荷下，風機工作點將略有上移，從70%～80%效率區進入>80%效率區，風機效率有所提高。

根據軸流式風機的性能曲線和變頻前后性能的模擬分析，對該吸風機進行推測計算，得到變頻前后軸流式風機效率變化曲線，如圖2所示。

根據上述分析計算，對三種方案的經濟性進行計算對比。以該機組為例，假設條件有：全年運行小時數7200小時，負荷率70%，廠用電費用0.4元/千瓦時，變頻改造費用200萬元/臺，計算期為5年，鍋爐及脫硫系統正常運轉，相對于現有運行方式，各改造方案的經濟性比較見表1。

從表1中的分析結果可看到，相對于兩臺吸風機一臺增壓風機（軸流式動葉可調）的典型配置，方案一和方案二都存在初始投資過大、效益不明顯、投資回收時間長等缺點，方案三節約電量較大，經濟效益較高，可以作為現有風機系統改造的可行性方案。

需要注意的是，方案三中一臺吸風機承擔基本出力，接近風機的BMCR工況點，另一臺吸風機承擔出力較小，必然導致鍋爐尾部煙道兩側存在流量不均的現象，可能引起兩側空預器一次風溫差異較大，除塵器兩側除塵負載相差較大，尾部受熱面局部存在熱偏差等問題，因此在實踐中仍需要結合一次風系統、除塵系統和受熱面的實際布置和設備特性來克服上述困難。

參考文獻

[1]徐志強.火電廠300MW機組引風機變頻改造[J].能源研究與利用，2008，1：47-48.

[2]吳劍恒.電站鍋爐風機的節能改造工程[J].電力需求側管理，2008，1：42-45.