循環流化床鍋爐風機選型探討

曾國川

摘 要：循環流化床鍋爐具有燃料適應性廣、不投油穩燃負荷范圍大、可以實現爐內直接脫硫、NOx排放低、易于實現灰渣綜合利用等優點近年來得到了廣泛的研究與應用。目前國內首臺600MW循環流化床鍋爐已投入運行，還有一些600MW機組正在處于設計階段。一次風機作為循環流化床鍋爐的主要輔機，其提供的一次風，主要用作爐膛流化風。為了克服風板的阻力，一次風壓頭較高，流量也大。

關鍵詞：循環流化床;鍋爐;風機選型

某電廠600MW循環流化床鍋爐機組正處于設計階段。由于本工程鍋爐采用外換熱器，部分負荷下的爐床壓力大于BMCR工況下的爐床壓力，這也是600MW循環流化床鍋爐與小功率循環流化床鍋爐的區別，同時也導致了一次風機選型的特殊性。

1一次風機選型

1.1選擇參數

而75%THA和50%THA工況下的一次風系統阻力比BMCR工況下的大。這是因為本工程600MW循環流化床鍋爐采用外換熱器，這是與普通煤粉鍋爐和小功率循環流化床鍋爐最大的區別。

1.2風機選型

本次選擇的風機轉速為1480r/min，根據選擇參數，TB點的比轉速為50.2。離心風機的比轉速一般為ns=15～80，軸流風機的比轉速一般為ns=100～500，因此CFB鍋爐一次風機宜采用離心式。離心風機有兩種：單吸和雙吸。大型離心風機一般選用雙吸雙支撐式。對于雙吸離心風機，比轉速除以。

風機形式為離心風機，可根據選擇參數選擇風機型號。選用原則是選用效率高、運行穩定的風機。一般情況下，高效風機有兩種或三種類型，其比轉速與選擇參數計算的比轉速接近，因此有必要選擇合適的風機類型。離心風機的壓力流量曲線呈凸形，存在不穩定工作區。在壓力特性峰值處，不穩定運行區在左側，穩定運行區在右側。當風機在不穩定區域運行時，風機可能發生喘振，因此在選擇電廠風機時，必須注意避免風機在不穩定區域運行。

2風機驅動調節方式的探討

2.1風機驅動方式探討

目前，風機的主要驅動方式是電機和小汽輪機。大多數風扇是由電動機驅動的。部分600MW和1000MW大功率引風機采用小汽輪機驅動。從動引風機為帶可調靜葉的軸流風機。目前沒有小型汽輪機驅動的離心風機，建議一次風機采用電動機驅動。

2.2風機調節方式的探討

2.2.1風機調節方式的經濟性探討

一次風機在實際運行中達不到TB和BMCR工況，主要依靠BRL、75%THA和50%THA來判斷風機是否有效。結果表明，BRL工況下一次風機總壓效率提高10%，75%tha工況提高3%，50%tha工況提高3.9%。變頻調節一次風機的總壓效率高于工頻調節，但中、低負荷時總壓效率的提高有限。另外，變頻器本身存在功率損耗，高壓變頻器的效率約為95%?？紤]到變頻器的功率損耗，一次風機變頻器在75%THA和50%THA工況下的變速調節功耗大于調節閥。機組為調峰機組，大部分時間在中、低負荷運行。采用變頻調速時，機組不能節能。另外，由于功率大，逆變器的采購成本也很高。因此，建議600MW循環流化床一次風機采用調節閥調節。

2.2.2風機調節方式安全性探討

煤粉鍋爐和小功率循環流化床鍋爐離心式一次風機低負荷運行參數小，許多電廠低負荷一次風機開度小于30%。此時攻角大幅度增大，造成葉輪葉片通道邊界層嚴重分離，葉片非工作面產生漩渦，造成葉輪出口氣流周期性強脈動，引起風機殼和出口風道強烈振動。煤粉鍋爐和小功率循環流化床鍋爐的離心式一次風機在選用變頻調速后，葉片始終處于全開位置，以避免風機振動，提高一次風機運行的安全性。600mw循環流化床一次風機在低負荷時的壓頭高于TB工況。結果表明，在75%THA和50%THA工況下，一次風機開度均達到90%。即使設計裕度過大，實際運行中最小開度也會大于30%。因此，本工程一次風機采用調節閥調節，不會出現低負荷振動現象。

3一次風機的設計特點

3.1葉輪

目前高強度合金鋼主要有進口的wledox700、wledox900等，通過近幾年的試驗研究和工程實踐，國內主要風機廠家對高強度鋼板的焊接和熱處理工藝已經非常完善，因此，采用高強度鋼板制造是可行的。雙吸離心風機葉輪中板的應力遠高于葉片和前板的應力。如果整個葉輪的選材以中板為基礎，材料成本會更高。為了降低成本，葉片和前板可選用強度較低的鋼材。由于葉片和中板的屈服強度不同，對焊接和熱處理提出了更高的要求。經過多年的研究和實踐，成都電力機械廠掌握了不同強度鋼材的焊接和熱處理工藝。

3.2主軸

由于一次風機葉輪質量大、轉速高，傳統實心軸的直徑和質量都比較大，給主軸的鍛造和風機軸承的承載帶來了很大的問題。在臨界轉速相同的情況下，空心管主軸能有效降低主軸的質量，在保證鍛造質量方面具有一定的優勢。空心管主軸的主軸頭與空心管主要通過焊接和干涉連接。焊接空心軸制造復雜，生產工藝多，成本高，干涉空心軸制造成本低，加工方便。但是，過盈空心軸的允許轉矩較低，不適用于大轉矩風機。本工程一次風機軸功率大、扭矩大，不宜采用過盈空心管主軸，必須選用焊接空心管主軸。

3.3螺栓直接連接

葉輪中板與空心軸肩采用螺栓連接，無需輪轂，大大降低了生產成本。而且，裝配過程非常簡單，現場更換或維修葉輪也非常簡單。由于葉輪工作產生的扭矩完全作用在空心軸的軸肩上，因此對空心軸的鍛造工藝提出了更高的要求，以避免因局部應力過大而產生裂紋。輪轂的曲面形狀可以使氣流沿曲面進入葉輪。取消輪轂后，氣流從集熱器進入葉輪的過程中沒有曲面過渡，中間板根部會產生局部渦流。經多次風機試驗，風機效率降低0.5%～1%。這種方法雖然會使風機效率略有下降，但對于600MW循環流化床一次風機等大型離心風機來說，更重要的是降低生產成本，便于現場維護。因此，許多大型離心風機采用這種方案。

3.4軸承座

600MW循環流化床鍋爐一次風機為雙吸雙支撐式，即葉輪兩側各有一個軸承座，一個為驅動端軸承座，另一個為非驅動端軸承座。軸承座同時受轉子靜載荷和動載荷的影響。在選擇軸承時，通常認為軸承壽命在100000小時以上。軸承的形式有滾動軸承和滑動軸承，相應的軸承座也不同。滾動軸承軸承座采用強制循環水冷卻、油浴潤滑、迷宮密封，結構簡單，維修方便。滑動軸承座需設置潤滑油站進行強制循環油潤滑，冷卻方式為油冷。有時為了提高冷卻效果，采用油冷卻和水冷卻。由于滑動軸承設有強制潤滑油站，且油站內有多個熱監測點，維護比較復雜。一般情況下，如果滾動軸承能滿足風機負荷的要求，則首選滾動軸承。本工程一次風機采用鋸齒中板和空心管主軸，有效降低了軸承負荷。經計算可選用滾動軸承，軸承座采用強迫水冷。

結論

600MW循環流化床鍋爐一次風機必須根據具體轉速選擇離心風機。由于一次風機的低負荷壓力高于TB點工作壓力，采用變頻調速后效率提高不明顯，且風機開度振動不小，因此一次風機采用進口調節閥進行調節。風機葉輪材料可采用高強度合金鋼和鋸齒;主軸采用空心軸，主軸和葉輪可通過輪轂或直接連接;軸承采用滾動軸承，冷卻方式為強制水冷;選擇膜片聯軸器;殼體需要加強，以滿足壓縮和減振的需要。

參考文獻：

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