三元流技術在鍋爐風機節能改造上的應用

文_陶英川 河北省節能監察監測中心

循環流化床鍋爐小型火力電廠的鍋爐風機電耗，占電廠用電的40%～60%。風機的電耗直接關系到電廠的用電率，實現風機的節電運行，是大形勢下節能降耗的需要。本項目采用三元流技術對鍋爐風機進行改造，整機運行節電率與普通風機相比，具有很大的節能效果。

1 三元流技術原理

三元流動理論就是把葉輪內部的三元立體空間無限地分割，通過對葉輪流道內各工作點的分析，建立起完整、真實的葉輪內流體流動的數學模型，依據三元流動理論設計出來的葉片形狀為不規則曲面形狀，葉輪葉片的結構可適應流體的真實流態，能夠控制葉輪內部全部流體質點的速度分布。

2 改造案例

2.1 改造內容

利用三元流技術定制風機葉輪，重新制作新式風機替換原老2#鍋爐一次風機；通過提高風機運行效率，降低風機耗電。

2.2 技術關鍵

利用三元流設計理念，對葉輪進出口尺寸、葉片進出口安裝角、輪蓋型線、進風口型線進行修正、提高加工精度，減少摩擦、減少流道阻力損失等方式來減少無用能耗。

由于原設計風機與現鍋爐煤種變化后的所需風量、風壓等發生變化，導致風機偏工況運行，遠離高效區間，運行效率低下。為此根據實際工況量身定做高效節能風機，能大大提高風機的運行效率，新型風機完全按國家節能標準來考核效率指標，能提高流體輸送系統在特殊工況下的運行效率。

實現數據模擬與實踐檢驗相結合的方式，降低了改造的投資風險。比較后發現改型后的葉輪氣動性能優良，葉輪出口和蝸殼出口沒有渦流，出口流量均勻，出風量和風壓均得到提高。

改造前、后風機流場效果見圖1、圖2。

圖1 改造前風機流場效果圖

圖2 改造后風機流場效果圖

2.3 創新點

充分利用了原風機設備的基礎、電機、附屬設備，避免了完全拆除和重建，節約了資金投入并縮短了施工工期。

采用的三元流風機節能技術比較先進，成功地優化了風機葉輪與蝸殼的流場氣動布局，降低了風機因運轉產生渦流、射流、尾跡帶來的內部損失，提高了風機的效率，降低能耗。

與以往的風機相比，利用數據建模方式選定的風機高效運行區域，工況更貼近現階段CFB鍋爐燃用煤種的運行工況，使得風機處于高效工況區域運行，實現提效節電。

不改變原有的控制操作系統，不增加專項維護人員和成本，運行費用低。

2.4 與變頻改造對比分析

以2#鍋爐一次風機改造為例，通過調研和分析測算，三元流技術與變頻改造優缺點對比情況如表1所示。

表1 三元流技術與變頻改造優缺點對比

2.5 改造前后對比

改造前、后風機參數如表2所示。

表2 改造前、后風機參數

改造前、后2#鍋爐一次風機運行數據如表3、表4所示。

表3 改造前2#鍋爐一次風機運行數據統計

表2、表3為改造前統計的不同工況下風機的運行參數和耗電指標，分別為2018年12月23日、25日，2019年3月28日、4月10日、14日幾天的一次風機運行參數，可以看出原有舊風機的平均小時耗電量約為251.27kWh。

表4 改造后2#鍋爐一次風機運行數據統計

表4為改造后統計的不同工況下風機的運行參數和耗電指標，分別為2019年8月1日、2日、4日、7日、8日幾天的一次風機運行參數，通過下表可以看出改造后風機的平均小時耗電量約為189.54kW。

風機的節電率=（改造前小時耗電量-改造后小時耗電量）÷改造前小時耗電量=（251.27-189.54）/251.27×100%=24.56%，即風機的節電率達到24.56%。

電廠鍋爐按6500h/a運行計算，風機節電量的計算=（改造前小時耗電量-改造后小時耗電量）×運行小時數=（251.27-189.54）×6500=401245kWh，即年節電量能達到40萬kWh，節電量非常可觀。

年節約成本=年節電量×電費單價=40萬kWh×0.334元/kWh=13.4萬元，即年可節約13.4萬元電費。

回收期，本項目按一次性投資為20萬元，計算回收期約為1.5a。

3 社會效益

三元流高效葉輪技術是一種新興的風機節電技術，是目前風機節電技術行業投資少見效快的改造方式，也是科技進步和新技術設計應用的方向。

節約廠用電耗，尤其是節約循環流化床鍋爐風機的電耗，是發電企業迫切需要解決的技術問題，此項新技術的產生和應用將為發電企業帶來巨大的效益空間。同時電能消耗的減少，可以在一定程度上減少因發電帶來的能源消耗，減少化石燃料的燃燒帶來的環境污染，具有很高的社會價值。三元流高效葉輪技術應用前景比較廣泛。