動葉可調引風機變頻改造的經濟性論證

毛 剛，湯載陽

（1.武漢電之鋒技術服務有限公司，湖北 武漢 430000；2. 華北電力設計院有限公司，北京 100120）

動葉可調引風機變頻改造的經濟性論證

毛 剛1，湯載陽2

（1.武漢電之鋒技術服務有限公司，湖北 武漢 430000；2. 華北電力設計院有限公司，北京 100120）

摘要：隨著當前全國節能減排工作的全面展開，火力發電廠節能改造項目都相互跟風，并沒有結合本廠的實際情況進行全面論證。文章針對國內330MW火力發電機組的雙級動葉可調引風機進行變頻改造的經濟性進行論證，在滿足設計規范要求下，分析引風機變頻改造后的節能情況。在機組負荷率變化的情況下，對應引風機變頻改造后的節能情況進行論述，以尋求引風機變頻改造對應的最佳鍋爐運行負荷率，力求引風機變頻改造后能獲得較高的經濟性，為同類型機組提供改造的參考意義。

關鍵詞：雙級動葉可調引風機；變頻改造；經濟性分析

1　概述

由于目前絕大部分風機都采用風門擋板調節流量，造成大量的節流損耗，所以風機若采用轉速調節，具有巨大的節能潛力。20世紀90年代，隨著電力電子技術和計算機控制技術的發展，變頻器很快占領電動機調速市場，并向高壓領域發展，使采用高壓電動機驅動的風機進行變頻調速節能改造成為可能。伴隨著《火電廠大氣污染物排放標準》（GB 13223-2011）于2014年全面實施，國內大多數火力發電廠均已完成了脫硫、脫硝、除塵等項目的增容提效改造，引風機也相應改造為動葉可調的形式。隨著新一輪節能減排鼓勵政策的實施，對動葉可調引風機進行變頻改造也備受關注。

2　改造原則及節能分析

2.1改造原則

對于330 MW機組，按大中型火力發電廠設計規范（GB50660-2011），每臺機組配套兩臺引風機，，每臺風機的壓頭按設計煤種在鍋爐BMCR工況下，煙氣系統的計算阻力，且須有20%以上的裕量。風機的總風量裕量不低于設計煤種下鍋爐BMCR下煙氣量的10%，且宜加10℃～15℃的溫度裕量。隨著日趨嚴格的環保要求，原有的引風機都進行引增合一的改造，改造后，引風機軸功率將達到2625 kW（BMCR），單臺風機的功率很高，廠用電耗也將提高。是否增加變頻器，需從鍋爐平均負荷及負荷變化率結合風機本身的性能來做分析。由于此項目引風機選用雙級動葉可調軸流風機，本身高效區較寬，適應鍋爐負荷變化能力較強。以下為對雙級動葉可調軸流引風機變頻改造的經濟性進行論證。

2.2節能分析

風機軸功率計算公式：

式中：Ns為軸功率（ kW）；Qs為風機流量（m3/h）；H為風機全壓（Pa）；φρ為氣體壓縮系數；ηF為風機空氣動力效率；ηm為風機機械效率；Kr為制造廠樣板功率數據換算系數。

由風機軸功率公式可知，在風機的流量、全壓的參數都一致時，風機的軸功率主要取決于風機的效率，而采用變頻調節轉速，可以使風機能在較大的范圍內一直保持很高的運行效率，這樣就大大減少了風機的軸功率的額外損失，達到省電的目的。

對兩種（離心和軸流）風機的性能進行比較，圖1為定速軸流風機和離心風機性能曲線的重疊。

圖1　定速軸流風機和離心風機性能曲線的重疊

由圖1可見，離心式風機的最高效率在進口調節門的最大開度處，等效率線和鍋爐阻力曲線接近垂直，效率沿阻力線迅速下降。風機能滿足TB點（鍋爐風機設計點），但在100% MCR點（鍋爐滿負荷連續運行點）在低效率區，變工況時效率則更低，其平均運行效率比動葉可調的軸流風機要低得多。如采用轉速調節，可將風門開到最大，使風機在高效區運行，而通過變頻改變風機的轉速達到控制風量的目的，風機將在很大的范圍內維持高效運行，從而達到很好的節能目的。

而動葉可調的軸流式風機的等效率線與鍋爐的阻力曲線接近平行，高效率范圍寬，且位置適中，因而調節范圍寬。在滿足鍋爐設計點條件下，100%MCR工況點位于高效區，平均運行效率高。

如采用轉速調節，可將風機的安裝角固定在高效區，而通過改變風機的轉速達到控制風量的目的，風機將在很大的范圍內維持高效運行，從而達到節能的目的，但是由于這時的調速范圍小，節能效果也就差。所以一般將風機的安裝角調到最大，這樣雖然會降低一些運行效率，但是卻大大增加了調速范圍，增設變頻器后，風機效率變化見圖2。

圖2　風機效率變化

3　項目改造實例

寧夏某熱電聯產工程裝設2臺330 MW亞臨界參數燃煤發電機組，采用自然循環，四角切向燃燒方式，單爐膛，一次再熱，平衡通風，鍋爐緊身封閉，室內布置，固態排渣，全鋼架懸吊結構Ⅱ型汽包鍋爐。由環保類項目增容改造后，配置兩臺動葉可調式軸流引風機，引風機參數見表1，圖3為成都風機廠給出的風機選型性能參數圖。

表1　引風機參數匯總

圖3　成都風機廠風機選型性能參數圖

如圖3三點，分別是引風機在TB工況、BMCR工況及80%負荷工況的運行工況點。根據以上的選型數據，在鍋爐80%負荷時，引風機效率依舊保持在83%以上。

3.1節能分析（鍋爐年平均負荷大于80%）

根據某熱電廠提供的運行數據，機組年平均負荷在82%左右，常年負荷率較高，負荷較為穩定。如此項目改造中，對雙級動葉可調引風機再增設變頻器，將顯得不經濟。

按機組常年平均負荷維持在80%以上，如增設變頻器節電，保守計算，效率由83%提高到87%，及提高4個百分點，在80%負荷時，單臺風機軸功率為1599 kW左右，即每小時可節約電量64 kWh，年運行小時數按7500小時計，單臺風機總節約電量為48萬 kWh，按上網電價按0.4元/ kWh計，單臺風機總節約電費19.2萬元。

通過對變頻器廠家的詢價了解，國產單臺4000 kW電機變頻器價格在170萬左右，變頻器一次性投資較高。

如每臺變頻器價格定為170萬元，單臺風機配變頻器的投資回收年限為8.86年，相對來說是不經濟。

由此可見，對于使用雙級動葉可調軸流風機，且鍋爐年平均負荷能在80%以上時，引風機增設變頻裝置是不經濟的。

3.2節能分析（鍋爐年平均負荷大于70%）

如鍋爐年平均負荷略大于70%時，由風機的性能曲線圖可知，風機的效率將有比較大的下降，大約在72%左右，如增加變頻裝置，風機的效率可提高到83%左右。單臺風機軸功率為1200 kW左右，即每小時可節約電量132 kWh，年運行小時數按7500小時計，單臺風機總節約電量為99萬 kWh，按上網電價按0.4元/ kWh計，單臺風機總節約電費39.6萬元。如按最低價取值，每臺變頻器價格定為170萬元，單臺風機配變頻器的投資回收年限為4.2年，相對來說這又是經濟的。

4　結語

隨著環保要求的日趨嚴格，現階段大多數火力發電廠均已經使用動葉可調軸流引風機。動葉可調風機加裝變頻裝置是否經濟，從而實現節能的目標，我們還需從機組的年平均負荷、機組的運行小時數、當地上網電價及結合引風機本身的性能特性來進行判斷。

由于理論計算的煙氣阻力本身存在誤差，或電廠燃燒煤質發生變化，加之引風機選型時有較大的余量，這就可能產生引風機的選型不能與煙氣系統的完美匹配，從而導致風機效率偏低的情況時有發生。

對于年平均負荷較低、風機選型偏離最高效率區域且年運行時間較長的機組，可以推薦采用增設變頻裝置，節約電量，以起到積極的節能減排作用。

將變得比較復雜，不利于實際的運行管理。

因此，在機組的實際運行負荷不是偏離設計值太大的情況下，動葉可調軸流風機增設變頻器的必要性不是很大。

對于軸流風機，它有駝峰形的性能曲線這一特點，理論上決定了軸流風機有不穩定工作的區域，當風機的實際工作點移動至不穩定區域時，就有可能引起風機失速及喘振等現象的發生。因此在軸流引風機項目改造之前，應充分了解機組負荷的變化情況，風機具體運行工況點等，以避免失速及喘振問題的發生。

實際風機在運行過程中，風機的控制系統得到鍋爐的信號后，根據流量、壓力等來調整動葉的安裝角度來匹配鍋爐的負荷變化，如此系統再增加變頻的控制調節裝置，控制系統

參考文獻：

［1］ GB50660-2011，大中型火力發電廠設計規范［S］.

［2］ DL/T468-2004，電站鍋爐和風機選型和使用導則［S］.

［3］ 孫研.風機產品樣本（上冊、下冊）［M］.北京：機械工業出版社，2003.

［4］ 魏新利.泵與風機節能技術［M］.北京：化學工業出版社，2011.

中圖分類號：TM621

文獻標志碼：B

文章編號：1671-9913（2015）02-0044-03

* 收稿日期：2014-10-30

作者簡介：毛剛（1987- ），男，浙江建德人，工程師，從事電力熱機專業設計工作。

Economic Argumentation of Variable Frequency Reconstruction for Axial Fan with Adjustable Blades

MAO Gang， TANG Zai-yang
（1. Wuhan Dianzhifeng Technical Services Co.， Ltd.， Wuhan 430000， China；2. North China Power Engineering Co.， Ltd.， Beijing 100120， China）

Abstract：With the current national energy conservation work in full swing， the power plants are energy-saving projects to follow suit each other， and not with the actual situation of the whole factory into surface argument. Articles for the domestic 330MW thermal power generating units of the axial fan with adjustable blades frequency transformation of the economy to demonstrate， to meet the design specifications， the analysis of energy savings Wind Blower after the transformation. In the case of the rate of change of the unit load， energy-saving status fan frequency corresponding lead after the transformation are discussed in order to seek the induced draft fan frequency transformation corresponding optimum boiler operating load rate， induced draft fan after strive to obtain a higher frequency transformation economy provide reference for the transformation of the same type of unit.

Key words：the axial fan with adjustable blades； the variable frequency transformation； economic analysis.