百万机组送风机选型比较

刘春芳

【摘要】电厂送风机作用一般是输送空气至空气预热器加热后向制粉系统提供干燥和输送煤粉所需的热空气。送风机运行状况直接影响整个电厂烟风系统的安全稳定。百万机组送风机轴流方案可选择1500r/min高转速方案和1000r/min低转速方案。但是高转速与低转速方案的风机全压效率、风机余量、风机安全裕量系数、风机节能效果等都不一样。选择送风机方案需要多方面对比考虑。

【关键词】转速、效率、失速、磨损、节能

某江苏百万机组送风机参数如下：

风机运行工况		TB工况	BMCR工况	BRL工况
体积流量	m3/h	1152000	1044000	972000
风机入口质量流量	kg/s	364.84	348.18	324.29
风机入口容积流量	m3/s	320.0	290.0	270.0
风机入口温度	℃	35	20	20
风机入口标态密度	kg/Nm3	1.288	1.288	1.288
风机入口密度	kg/m3	1.1401	1.2006	1.2011
风机入口静压	Pa	-500	-320	-280
风机出口静压	Pa	4500	4180	3520
风机全压	Pa	5000	4500	3800

1）TB（test block）工况的风量、风压值系在BMCR工况下考虑了裕量后的数据。

2）BMCR系锅炉最大连续出力，与汽轮机最大进汽量相匹配。

3）BRL工况的锅炉出力与汽轮机THA工况的进汽量相匹配。送风机在此工况下应运行在高效率区内。

4）风机入口静压包括消音器阻力，消音器在BMCR工况下的阻力按250Pa考虑。

一、静调方案

电厂送风机一般采用动调风机，但是也可尝试静调风机选型。

静调选型结果为AN28e6型号，即叶轮直径为2800mm，轮毂直径为1988mm，风机的轮毂比为0.71，风机运行转速为745r/min，则风机的线速度为109m/s。风机各个工况的效率分别为TB工况全压效率为82%、BMCR工况全压效率为84%、BRL工况全压效率为82%。风机各个工况的轴功率分别为TB工况轴功率为1891KW、BMCR工况轴功率为1545KW、BRL工况轴功率为1247KW。各个工况点在风机性能曲线上均远离失速线，各个工况等开度下失速偏离值分别是TB工况30%、BMCR工况35%、BRL工况32%，各个工况等开度下失速安全裕量系数分别是TB工况2.2、BMCR工况3.5、BRL工况3.8，均满足国家最新《DL∕T 468-2019 电站锅炉风机选型和使用导则》中要求失速裕量系数不低于1.35的要求。此方案选型可行。若是按照TB工况轴功率5%裕量选择配套高压电机额定功率，则电动机额定功率为2050KW。

静调风机的轮毂采用锅底形轮毂，与动调风机采用圆柱形轮毂不一样，且静调风机采用焊接式叶片，即叶轮叶片直接焊接在轮毂上，如此，风机运行也可更安全。但是常规动调风机叶轮叶片才是航空锻铝材料，由于航空锻铝材料焊接效果不太好，因此，一般若选型静调方案，则叶轮叶片才是采用钢板材料。

由于静调风机失速线比较陡，风机在低负荷运行时，可能会进入失速区域，造成风机不稳定运行。因此，建议给送风机预留防喘振KSE装置,主要功能是当风机的运行工况点进入喘振区风机仍然能稳定地运行。风机在小流量和较高压力的条件下运行时，叶轮外径的一部分或整个进口截面将出现失速。由于失速而产生的切向气流（漩涡）存在，气流开始反向流动，该风机的KSE装置中的导叶迫使反向气流整流后重新转入主气流，从而消除了切向分气流。在叶轮入口处气流平稳，风机将能够稳定运行。通常情况下，KSE装置不起任何作用。

若是打开KSE装置，则提高了风机安全运行稳定性，但是降低了风机整体效率，效率下降一般为2%，则需要重新计算风机全压效率及轴功率。风机各个工况的效率分别为TB工况全压效率为80%、BMCR工况全压效率为82%、BRL工况全压效率为80%。风机各个工况的轴功率分别为TB工况轴功率为1986KW、BMCR工况轴功率为1583KW、BRL工况轴功率为1278KW。电动机额定功率为2100KW。

二、高转速动调方案

一般来说，300MW机组送风机选型为高转速方案，即1490r/min转速方案、600MW机组送风机可选型高转速1490r/min方案和低转速990r/min方案。百万机组，由于整个机组所用煤量更多，烟风系统所需空气更多，因此，送风机需要处理的介质流量更大，从而需要选择叶轮直径更大的送风机型号，所以目前百万机组送风机更多的是选择低转速990r/min方案。但是，有些百万机组所用煤质很好，低位发热量很高，所需空气更低，因此，也可尝试选择高转速方案。根据以上参数，对送风机进行高转速动调方案选型。选型结果为叶轮直径2371mm，轮毂直径为1122mm，风机的轮毂比为0.473，风机运行转速为1490r/min，则风机的线速度为185m/s。风机各个工况的效率分别为TB工况全压效率为85.3%、BMCR工况全压效率为84.3%、BRL工况全压效率为81%。风机各个工况的轴功率分别为TB工况轴功率为1862KW、BMCR工况轴功率为1539KW、BRL工况轴功率为1263KW。各个工况点在风机性能曲线上均远离失速线，各个工况等开度下失速偏离值分别是TB工况20%、BMCR工况21.2%、BRL工况25%，各个工况等开度下失速安全裕量系数分别是TB工况1.4、BMCR工况2.2、BRL工况3，均满足国家最新《DL∕T 468-2019 电站锅炉风机选型和使用导则》中要求失速裕量系数不低于1.35的要求。单纯从风机选型上看，此方案也可行。若是按照TB工况轴功率5%裕量选择配套高压电机额定功率，则电动机额定功率为2000KW。

三、低转速动调方案

对此百万机组进行常规低转速动调选型。

选型结果为叶轮直径2661mm，轮毂直径为1413mm，风机的轮毂比为0.53，风机运行转速为990r/min，则风机的线速度为138m/s。风机各个工况的效率分别为TB工况全压效率为87.5%、BMCR工况全压效率为86.5%、BRL工况全压效率为84.0%。风机各个工况的轴功率分别为TB工况轴功率为1815KW、BMCR工况轴功率为1500KW、BRL工况轴功率为1218KW。各个工况点在风机性能曲线上均远离失速线，各个工况等开度下失速偏离值分别是TB工况15%、BMCR工况20%、BRL工况21%，各个工况等开度下失速安全裕量系数分别是TB工况1.38、BMCR工况2.0、BRL工况2.5，均满足国家最新《DL∕T 468-2019 电站锅炉风机选型和使用导则》中要求失速裕量系数不低于1.35的要求。此方案选型可行。若是按照TB工况轴功率5%裕量选择配套高压电机额定功率，则电动机额定功率为1950KW。

四、动调及静调方案对比

静调风机主轴承采用脂润滑方案，配置密封冷却风机对风机内腔进行密封及冷却，无需冷却水及润滑油，更无漏油，漏水问题。且叶轮叶片直接焊接在锅底形轮毂上，结构简单，可靠性高，因而维护简单方便，甚至在不停机时也可进行；对维护人员、操作人员的技术要求低，用户现场即可大修，且在小修、中修或者大修过程中，其检修难度小、时间快，费用低。动调风机叶片用螺栓与球形轮毂连接，叶片与叶柄轴连接部位需要加装密封装置，保证介质不能进入轮毂内腔。叶柄轴配合安装在轮毂上，通过电动执行器、控制阀、油缸、调节盘、曲柄带动叶柄轴及叶片转动，实现开度调节。因此，动调风机结构更复杂，可靠性相对更低。由于结构复杂，因而维护要求高，且必须在停机状态在进行，对维护人员、操作人员的技术水平要求较高，转子必须返厂大修。采用动力油站供轴承润滑及动叶调节，故油站需冷却水、油滤器及油压保护设备等，现在调节系统更大。

但是静调风机转速为745r/min，虽然叶片磨损速度与转速基本成三次方关系，即转速低，叶片磨损速度大大降低，则叶片理论设计寿命更长。但是，电动机转速低的话，电动机费用更高，且叶轮直径比动调风机更大，加装KSE装置，则风机整体重量提高，虽然无动调风机调节机构及油站，但是风机本体总体价钱相差不多，但是静调风机的电动机成本价格远高于动调风机的电动机成本价格。

静调风机的风机全压效率整体不如动调风机高，尤其是中低负荷效率不高，所以一般配置变频器以提高中低负荷效率，但是配置变频器则需要变频器成本且后期能效考核需要考虑变频器损耗。配置变频器与不配置变频器对于高负荷效率几乎无影响。而本次静调全压效率最高为82%，低于动调风机，所以从节能效果出发的话，静调风机方案不及动调风机方案。

五、动调高低转速方案对比

高转速动调风机和低转速动调风机内部结构是一样的，即复杂程度是一样的。将两种方案进行数据对比，如表1-1所示：

表1-1

风机运行工况		TB工况	BMCR工况	BRL工况
低转速方案效率	%	87.5	86.5	84.0
高转速方案效率	%	85.3	84.3	81.0
效率差	%	2.2	2.2	3.0
低转速方案轴功率	kW	1815	1500	1218
高转速方案轴功率	kW	1862	1539	1263
轴功率功率差	KW	-47	-39	-45
年运行时间	t	待定	待定	8000
低转速方案年耗电量（电价0.5元）	万kWh	待定	待定	974.4
低转速年耗电费用	万元	待定	待定	389.76
高转速方案年耗电量（电价0.5元）	万kWh	待定	待定	1010.4
高转速年耗电费用	万元	待定	待定	404.16
耗电量费用差	万元	待定	待定	14.4万

从上表格可以看出，由于TB工况和BMCR工况一般是裕量工况，风机一般运行不到这么高的负荷，因此，仅对比满负荷BRL工况。低转速方案效率比低转速高3%。最终反映在年耗电量费用上，低转速放比高转速方案费用节省14.4万元。所以，从节能效果上看，低转速方案节能效果明显。

但是，动调风机结构复杂，尤其是调节系统，高转速方案线速度为185m/s，比较高，由于叶片磨损与线速度约成三次方关系，叶片磨损较大。动调风机效率受叶片型线影响很大，在叶片型线磨损后，效率下降较多。一个大修期内则需更换一到两次叶片，更换叶片时需停机，影响机组发电时间。而低转速线速度为138m/s，较低，磨损很小，总的来说，风机总体效率相对高转速更高，叶片寿命相对高转速双级动调风机为2～3倍，维护周期长，叶片寿命至少可保证一个大修期，保证机组长时间运行。动调风机采用稀油润滑，采用液压调节装置调节风机出力，因此，为了防止漏油，设置了多种密封件。风机转速高，对密封件的磨损也大，在磨损后会出现漏油等情况，更换密封件同样需要停机，影响机组发电时间。转速低，密封件磨损小，风机出现漏油等情况的概率很低，密封件使用寿命为高转速的2～3倍。对于运行可靠性，对于低转速方案，允许更高的质量偏心距，风机振动更低。并且，风机整体噪声更低。但是，高转速方案的话，电动机价格更低，更加具有价格优势。但是，风机长期运行来看，实际是低转速方案更加节能和节省费用。

四、总结

对于百万机组送风机选型，静调风机不太合适。就江苏这个项目来说，为了响应国家降低碳排放的号召，对比之后是低转速方案更加合适。但是，由于各个百万机组项目参数不一样，所以需要参数具体分析。至于选择高转速方案还是低转速方案，需要进行效率、轴功率、振动、噪声、节能及后期运行维护多方面比较后，进行选取。其目的都是选择一个高效、安全、运行稳定、后期维护相对简单的方案。

参考文献

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