600 MW機組一次風機節能提效改造

田 田，龔 峻，盛 澍，唐海寧，丁 宏，劉 賓，楊祖旺，周 靜，譚厚章

(1.揚州第二發電有限責任公司，江蘇 揚州 225000；2.西安格瑞電力科技有限公司，西安 710049； 3.西安交通大學，西安 710049)

0 引 言

隨著環境污染問題的日益嚴重，國家對節能減排的要求也逐步提高。在超低排放的背景下，節約能源意味著減少排放。電廠中的重要輔助設備占據了廠用電的絕大部分，提高重要輔助設備的運行效率，降低其能耗，對電廠運營的降本增效、節能減排具有十分明顯的正面作用[1-2]。

某電廠#1機組(600 MW)在額定工況下，兩臺一次風機長期處于低效區域運行，其進口導葉的開度僅為30%～35%，根據一次風機性能曲線，一次風機長期處于低效區域運行，反映出設備參數選擇的不夠合理，需先對一次風系統進行性能摸底實驗，針對問題進行專項調整改造，提高一次風系統的運行效率，降低設備的能耗[3-4]。

另外，#1機組一次風機轉子組件經過多年運行已逐漸老化，通過無損檢測發現其葉輪側板已有裂紋，因此從提高設備運行可靠性方面來看，也需對一次風機轉子組件換型改造。本次優化改造項目針對這些問題提出了提高風機運行效率的措施，對國內具有重要的參考價值。

1 提效改造

1.1 改造設備

該電廠#1機組安裝有美國B&W公司生產的2 000 t/h鍋爐，采用固態排渣方式，為亞臨界一次再熱自然循環汽包爐，前后墻布置旋流燃燒器，配備直吹式制粉系統，安裝有六臺MPS-89G磨煤機。兩臺一次風機(1A、1B)由美國TLT-Babcock生產的離心式風機，規格為：1464AZ/1355，一次風機改造前的試驗參數見表1。

表1 一次風機改造前試驗參數

1.2 問題和研究思路

經過改造前的一次風系統性能試驗以及設備的運行狀態主要發現了兩個問題：(1)兩臺一次風機運行效率低：改造前在#1機組在額定工況下，一次風機入口導葉的開度約30%，根據一次風機性能曲線，反映出風機長期處于低效區域運行，運行效率僅為55%左右。本次提效改造的目標是增加一次風機入口導葉開度，減少節流損失，提升風機運行效率至70%以上，從而達到降低一次風機電耗的目的。(2)風機轉子組件老化較嚴重，裂紋有擴展風險，存在安全隱患。

綜合上述存在的兩個問題，本次提效改造分別提出了以下研究思路：(1)風機效率偏低的研究思路：造成一次風機運行效率低下的主要原因是風機選型時P-Q曲線與一次風系統阻力特性匹配不佳造成的。無論風機采用什么形式調節(擋板調節或變轉速調節)，如果風機特性與系統阻力特性不匹配，風機的運行效率都會下降。因此，要使風機能高效安全運行，首先要使所選風機的運行特性與系統的阻力特性相匹配；(2)風機轉子組件老化損傷的研究思路：由于一次風機葉輪外形特異，如對裂紋部位打磨補焊處理，經過長時間運行后，補焊部位仍有可能開裂，因此選擇重新設計、制造新的轉子組件，以做更換處理。

圖1 實際風機與選型風機阻力特性曲線

1.3 改造方案

改造方案包括如下內容：(1)依據上述研究思路，通過對試驗數據進行計算和分析，結合鍋爐運行的相關數據以及煤質等數據，得出實際風機系統的阻力特性曲線，確定最經濟合理的改造后風機的設計參數；(2)采用專業的設計軟件設計與之匹配的高效的風機葉型；(3)在試驗室進行仿真模擬試驗，對風機葉型的性能進行測試校核，最終確定風機參數及葉型，以保證風機在各工況點的效率不會太低，使之與一次風系統最大程度的相匹配；(4)最后，委托國內高水平的的風機制造廠家加工制作，在出廠前進行動平衡試驗。具體的阻力特性曲線、選型的葉輪流場分布如圖1和圖2所示。

圖2 選型后的葉輪流場分布

1.4 改造施工

現場的改造施工工期為30天，改造方案主要是：(1)更換兩臺一次風機的葉輪和集流器，改變葉片型線，重新設計葉輪，使實際需要的風量風壓靠近高效區；(2)保留風機基礎、傳動組、軸系不變；(3)保留風機蝸殼外殼不變；(4)為了使現有蝸殼能與改后葉輪配合，根據葉輪情況對蝸舌進行局部改造；(5)改變風機進風口(集流器)與葉輪入口(前盤)的密封形式，采用端面和徑向雙密封形式。在集流器內部加裝銅質密封環，使端面密封間隙<0.5 mm，徑向密封間隙<3 mm，進一步減小風機內漏損失，提高風機效率。具體的施工流程如圖3所示。

2 試驗

2.1 試驗內容

改造前性能試驗用于尋找一次風機出現上述問題的原因，所需工況較少，選擇在鍋爐負荷600、480、360 MW三個工況下進行，試驗測定了一次風機運行的流量、壓力、功率以及其他相關運行參數。試驗期間要求將機組鍋爐各項參數調整到正常狀態，保持機組負荷和鍋爐燃燒穩定，保持鍋爐氧量、爐膛負壓為正常穩定狀態，試驗時期間保持鍋爐不吹灰。

圖3 施工流程圖

改造后需詳細評估一次風機的工作性能，所需試驗工況較多，具體包括：

(1)工況1和工況2：在機組100%BRL工況下，六臺磨煤機運行，進行兩臺一次風機性能試驗，負荷分別為600 MW和300 MW；

(2)工況3：在機組100%BRL工況下，五臺磨煤機運行，進行兩臺一次風機性能試驗，負荷為600 MW；

(3)工況4：在機組熱態條件下，進行一次風機1B的TB工況性能試驗，負荷為249 MW；

(4)工況5：在機組冷態條件下，進行一次風機1B的TB工況性能試驗。

2.2 改造前后一次風機熱態試驗結果

改造前一次風機熱態試驗內容包括三個工況：600、480、360 MW，將A、B二側風機計算結果平均得到：三種負荷下風機全壓效率為54.80%、51.94%和45.23%。提效改造后，工況1(600 MW)，6臺磨運行時，風機的全壓效率提高了20.87%，提升十分明顯；工況2(300 MW)，6臺磨運行時，風機全壓效率提高了近19.70%，在低負荷下，其節流損失很少，效率提升同樣相當明顯；工況3(600 MW)，5臺磨運行時，兩臺風機的全壓效率分別高達78.17%和76.90%，均能夠運行良好；工況4和5運行時，一次風機1B單獨運行時其全壓效率在75%左右，這也表明風機運行狀態良好，提效改造成果顯著。

改造前兩臺一次風機運行的電流分別為94.9A和94.1A，經過節能提效改造后兩臺一次風機運行的電流分別下降為77.2A和76.6A，分別下降了17.7A和17.5A，降低約19%，具有顯著的節能效果。

此外，經過一段時間的運行后，風機轉子未再發現裂紋，運行良好。

2.3 經濟效益

本次#1機組兩臺一次風機節能提效改造項目總費用約180萬元，改造后風機運行效率提高約20%，根據該電廠月度技術指標完成情況統計，#1機組一次風機改造前、改造后的參數對比見表2。

表2 一次風機改造前后的參數對比

按上表統計，2017年8月與2018年8月#1機組的發電量基本相同，每度電按0.4元計算，同比節省費用為=電價×電量×(2017年8月電耗-2018年8月電耗)=0.4×31400×(1.08-0.89)/100=23.86萬元，經濟效益顯著。同時，風機葉輪更換后消除了側板開裂的安全隱患，設備運行的安全性大幅提高。

3 結束語

(1)本次提效改造針對風機效率低下和風機葉輪老化問題進行了充分的理論論證、模型試驗和現場實驗，確定了對一次風機葉輪進行換型改造的方案。

(2)改造結果顯示：在600 MW和300 MW負荷下風機全壓效率均得到了顯著提高，提高了約20%，其他工況下風機也同樣處于高效運行狀態；滿負荷狀態下風機運行電流較改造前降低了19%，節能效果顯著。

(3)改造后每月可直接節省電費約23萬元，避免由于葉輪損壞造成的設備停運搶修，經濟效益、安全效益顯著。