火电厂锅炉送风机的选型

火电厂锅炉送风机的选型

吴兴伟/沈阳工程学院

摘要:分析了火电厂锅炉送风机的特点, 指出了送风机选型中应该注意的问题, 从调节特性、运行效率、设备投资3个方面分析比较了离心风机、静叶可调轴流风机和动叶可调轴流风机的特点, 提出了200MW 及以下机组选用离心风机, 300MW 及以上机组选用动叶可调轴流风机的建议。

关键词:锅炉通风机; 选型

中图分类号:TH43 文献标识码:B 文章编号:1006-8155(2007) 03-0025-04The Selection of the Forced Draught Fan in Therm al Power Plant

Abstract:This article analyzes the characteristic of forced draught fan in thermal pow er plant and pointes out the problems should be noticed for se lection of forced draug ht fan. To com pare the specialties among the centrifugal fan , static blade adjustable axial _flow fan, and variable blade ad justable ax ial_flowfan in adjustable particularity , running efficiency and investment equipment. To g ive the suggestion of selecting centrifug al fan un der 200MW units, and variable blade adjustment ax ial_flowfan above 300MW units. Key words:boiler fan; selection 1 锅炉送风机的特点

在火电厂中, 锅炉送风机主要是用来克服风道系统(包括燃烧设备) 的通风阻力, 向锅炉提供燃料燃烧所需要的空气。送风机输送的空气温度不高, 所含的灰尘极少, 在空气预热器漏风变化不大的情况下, 风量、风压比较稳定。在正压通风方式的锅炉烟风系统中, 外界冷空气经送风机升压后送至空气预热器, 在空气预热

收稿日期:2006-12-30 沈阳市 110136

器内被烟气加热成热空气。一部分热空气送至磨煤机, 用于干燥和输送煤粉, 这部分热空气称为一次风。另一部分热空气直接经燃烧器送至炉膛, 这部分热空气称为二次风。二次风在炉膛内与已燃烧的煤粉气流混合, 并参与燃烧反应。在不采用一、二次空气分仓的空气预热器时, 送风机兼作二次风机用。2 送风机选型应该注意的问题2. 1 风量和风压的富裕量

风量和风压是风机的两个最重要的基本参数, 风机选型要求必须满足系统所需要的最大风量和风压, 并在此基础上留有一定的富裕量。我国现行的火力发电厂设计技术规程规定, 火电厂锅炉送风机的富裕度为5%~10%(比转数小时取大值) , 风压的富裕度为10%~15%(比转数大时取大值) 。

目前, 我国各电厂在送风机选型过程中普遍存在的问题是风量和风压的裕量偏大, 工作点偏离高效率区, 增加了风机的初投资和运行费用。出现这种现象的主要原因是由于设计过程中很难准确地估算出管网阻力和将来长期运行过程中可能发生的各种问题, 所以通常在系统所需的最大风量和风压的基础上, 再附加一部分数值作为风机选型的设计值。在实际选型过程中, 由于可供选择的风机系列和型号是有限的, 如果选不到恰好满足需要的型号, 也只好往大机号上靠。因此, 实际上电厂锅炉送风机的裕量通常达20%~30%。例如, 闵行电厂8号炉送风机的风量富裕度是31%, 风压富裕度是67. 8%[1]。

风机技术 2007年第3期/

设计计算

应按具体情况予以修正。

电动机额定功率的取值要在P N 计算值的基础上加上一个裕量, 留有一定的安全系数, 避免电动机过载。

表1给出了电动机额定功率与电动机容量安全系数之间的关系。

表1 电动机额定功率与容量安全系数的关系

电动机额定功率P N /kW

安全系数k

2~51. 2

5~501. 15

>501. 08

风量和风压富裕度过大导致了风机运行效率降低。如华东电网10家电厂12. 5万kW 以上机组的41台送风机设计点效率都在81%~85%之间, 但实际运行效率大于70%的只有15台, 63%的风机工作效率都在70%以下, 这些风机的导向挡板开度大都在35%~60%。随着电网容量的不断增大, 好多机组面临参加调峰问题, 对于参加调峰的机组来说, 与锅炉配套的送风机还需长时间在更低的负荷下运行, 造成大量节流损失。例如:北京石景山发电总厂京西电厂200MW 机组有近1/3的时间带100MW 的负荷。

送风机风量与风压的富裕量以及机组调峰运行导致风机的运行工况点与设计工况点相偏离, 致使送风机的使用效率远低于其最高效率, 增加了运行费用。送风机风量与风压的富裕量过大还会增加风机设备的一次性投资, 增加电增容费用。

为了避免风量和风压富裕量过大, 在风机选型过程中首先要确定好设计参数, 不要留过多的未考虑因素, 避免从设计开始就留有过大的富裕量。其次, 在选择风机时, 要保证实际运行值不超过设计参数的 10%。火力发电厂设计技术规程规定, 风量和风压这两个参数的系统设计值与所选用的风机设备的实际运行值允许有 10%的偏差。在实际选型时, 能够完全符合风量和风压要求最好, 不完全符合的, 其中任何参数都不要超出设计参数的 10%。2. 2 电动机功率的富裕量

合理选择电动机的额定功率, 也是在送风机选型工作中应该注意的一个问题。

电动机的额定功率是电动机铭牌上标定的功率, 风机轴功率是电动机输送到风机轴上的功率, 也是风机的输入功率。为了电动机运行的安全, 电动机的额定功率必须满足风机在最大出力时的需要, 即

P N ! k s

h

式中P N 为电动机的额定功率, kW; P s 为送风机的轴功率, kW; K 为机械储备系数, 送风机为1. 15; k 为温度修正系数, 空气温度为25∀时取1. 1, 空气温度为30∀时取1. 08; k h 为海拔修正系数, 当电动机用于海拔1000m 及以下地区时, k h =1; 用于海拔1000m 以上地区时, 由表1可见, 电动机额定功率不同, 其容量安全系数也不相同, 在给定送风机轴功率的情况下, 一定要正确选择电动机的额定功率, 留有合适的富裕量。电动机容量安全系数不能选小, 电动机的额定功率偏小会满足不了风机的需要, 出现#小马拉大车∃现象, 容易烧坏电动机; 但也不能选得过大, 电动机额定功率过大会造成#大马拉小车∃的现象, 造成电能浪费和设备投资增加。3 3种型式风机比较

离心风机、静叶可调轴流风机、动叶可调轴流风机都可以作为火电厂锅炉送风机使用。3. 1 风机调节方式比较

风机的型式不同, 运行调节方式不同。锅炉送风机可以选择的调节方式主要有:

(1) 动叶可调轴流风机, 液压动叶安装角调节, 定速电动机驱动;

(2) 静叶可调轴流风机, 前置导叶调节, 定速电动机驱动;

(3) 离心风机通常有5种组合方式。%进口导叶调节, 定速电动机驱动; &进口挡板调节, 定速电动机驱动; ∋进口导叶调节, 双速电动机驱动; (液力耦合器调节, 定速电动机驱动; ) 变频器调节, 变速电动机驱动。离心风机的5种组合方式可以概括为进口调节(进口导流器或进口挡板) 和变速调节两种方式。进口调节是以损失能量为代价的, 特别是进口挡板调节, 会使电动机的相当一部分能量损失在克服管路阻力上, 但进口调节结构简单, 操作简便, 在小型机组配套的送风机上还经常采用。大型机组选用的离心式送风机大都采用进口导叶调节加双速电动机驱动的运行调节方式, 部分调峰用机组离心式送风机也有采用

变频器调节方式的。新颁发的电力行业标准DL/T468-2004∗电站锅炉风机选型和使用导则+对离心式风机调节方式作了明确的规定[2]。标准规定:200M W 及以上机组的送风机宜采用进口导流器加双速电动机, 且风机在低速挡运行时, 能满足锅炉风机额定负荷的要求; 对调峰机组的送风机可采用变速调节, 但采用何种变速调节装置必须进行详细技术经济比较后方可确定。

静叶可调轴流风机是借助其静叶在一定范围内调节来改变风机的内特性。由于风机的正、负旋绕都能改变风机的性能, 即能实现双向调节, 因而该风机具有较宽的调节范围, 且可以获得较高的平均计权效率。因此, 静叶可调轴流风机的调节性能优于进口挡板调节的离心风机, 其调节效果与进口导叶加双速电动机驱动的离心风机或变频器调节的离心风机接近, 但低于动叶可调轴流风机。

动叶可调轴流风机是通过液压调节驱动装置来改变动叶片的安装角度, 以获得风机风量和风压的变化。由于动叶安装角的改变, 使得该风机冲击损失较小、效率较高, 并且具有调节幅度深和非常宽的调节范围, 因此该风机调节性能好, 可在较大的变工况范围内保持高效率运行。

通过比较可知, 从调节性能来看, 动叶可调轴流风机优于其他型式的风机及其调节方式。3. 2 风机效率的比较

风机效率是风机在单位时间内输出空气所获得的能量(有效功率) 与电动机所输入的能量(轴功率) 之比, 即

=Qp /10. 2, 3600, t P s

式中 为风机效率; Q 为风机的风量, m 3/h; p 为风机的全压, Pa; t 为机械传动效率, 联轴器传动为0. 98, 三角皮带传动为0. 95; P s 为风机轴功率, kW 。

选择送风机, 要在满足最大风量和风压的前提下, 优先选择最高效率高且高效率区宽的风机。双速电动机驱动的离心风机, 当锅炉负荷为额定负荷时采用低速挡, 此时风机的效率最高; 当负荷降低时配以进口调节(导叶调节或挡板调节) 。当锅炉负荷降低时, 所需空气量减少, 风机的工作点向小流量方向移动, 采用进口

调节, 管路性能曲线上扬, 能量损失增加, 效率下降, 并且效率下降明显, 风机将在低效率区内运行。

动叶可调轴流风机的等效率曲线近似一椭圆, 其长轴方向与阻力线接近平行, 最高效率区域位置适中且范围较宽, 可调节范围较大。在选型时, 它有可能使锅炉设计点(TB 点) 与最大连续工况点(100%MCR 点) 同时落在风机的高效率区域内。

静叶可调轴流风机的等效率线近似一圆形, 其高效率区域靠近曲线上部导叶的大开度位置。以静叶可调轴流风机作为锅炉送风机, 若满足锅炉设计点和100%MCR 点同时落在高效率区较难办到。它与动叶可调轴流风机相比, 变工况运行效率下降较快, 风机运行的平均效率低于动叶可调轴流风机。

所以, 从运行效率的角度看, 动叶可调轴流风机最佳, 静叶可调轴流风机次之, 离心风机较差。

3. 3 风机运行可靠性及设备投资比较

在选择送风机时还要考虑风机运行的可靠性、使用维护的简便性、运行维护费用和设备投资情况。在同等条件下, 优先选择运行可靠、运行费用低、维护方便、设备投资少的风机。

3种型式的风机比较而言, 离心风机结构简单、运动部件少、易于维护、运行可靠, 在我国有比较成熟的运行和维护经验。但随着机组单机容量的增加, 离心风机的尺寸增大, 叶轮材料的强度受到影响, 因焊接问题引起的叶片断裂或风机损坏的事故时有发生, 因而使离心风机运行的可靠性有所下降。轴流风机结构比较紧凑, 外形尺寸小, 质量轻。如600MW 负压燃煤机组采用轴流送风机, 其质量可比离心风机减轻30t, 空间尺寸可减少30%。但轴流风机的转子结构复杂, 特别是动叶可调轴流风机, 由于增加了一套复杂的高速旋转的调节机构和液压调节系统, 其检修工作量比离心风机要大很多, 检修工艺要求也比离心风机高很多。静叶可调轴流风机检修工作量和检修工艺要求介于动叶可调轴流风机和离心风机之间。近几年, 由于轴流风机的高效性和调节特性引起了人们的关注, 很多风机生产厂家对它们的可靠性作了广泛的研究和改进, 轴流风机运行的可靠性已经

风机技术 2007年第3期/

设计计算

总体来看, 200M W 及以下发电机组锅炉送风机应该选择离心式风机(双速电动机驱动) , 其主要优点是设备投资小, 结构简单, 运行可靠, 在额定负荷时效率较高。若机组用作调峰, 则可采用变频器调节, 其优点是变工况运行时, 也会保证较高的运行效率。300M W 及以上发电机组锅炉送风机一般选用动叶可调轴流式风机, 因为送风机不存在磨损问题, 运行安全可靠, 而且安装维护方便, 并且由于叶片角度能随锅炉负荷的变化在转动中随时调整, 从而可以使送风机始终在高效率区运行。

参

考

文

献

有了很大程度的提高。目前国内有很多电厂采用了轴流风机, 其可靠性已得到实践证明。从设备投资来看, 离心风机相对便宜, 静叶可调轴流风机次之, 动叶可调轴流风机最贵, 而三者配用电动机的价格次序相反; 据资料介绍[3-4], 双吸离心风机所配套的双速电动机价格比动叶可调轴流风机所配套的电动机价格高80%左右; 从风机维修安装吊车吨位和基础尺寸来看, 离心风机的投资也相对较大, 静叶可调轴流风机次之, 动叶可调轴流风机最小。3种因素综合在一起考虑, 离心风机的设备投资最大, 动叶可调轴流风机次之, 静叶可调轴流风机最便宜。4 结束语

风机选型是一项系统工程, 需要考虑的因素很多, 既要满足锅炉的最大负荷需要, 又不能留有过大的裕量; 既要考虑节电, 又不能把电动机的容量选取的过小; 既要考虑运行调节方便, 又要考虑风机的最佳工作区范围; 既要考虑设备的一次性投资, 又要考虑运行维护费用等。(上接第21页)

通风机内部效率 i 按式(19) 第二式为

= −(24) 式(22) 、(23) 、(24) 为通风机性能参数相似设计计算的基本公式。

按式(1) 可得

D 2−

C l =

D 2

按式(1) 可得

D 1=(m)

按式(2) 可得! 1=! −1, ! 2=按式(3) 可得

Z =Z −

按式(4) 可得

A i =A i −/C l 2, A 0=A 0−/C l 2(m 2) 按式(6) 可得

C Q =C v C l 2=C Q 或C v =Q C l (30) (28) (29)

! 2−

D 1−/

C l , b 1=

b 1−/

C l , b 2=b 2/C l , =

−

0/

[1]史改玲, 李文雅, 苏超杰, 等. 电厂离心风机的应用现状与

经济分析[J]. 风机技术, 2006(2) :38-40.

[2]刘家钰. DL/T 468-2004∗电站锅炉风机选型和使用导则+

简介[J]. 电力标准化与技术经济, 2005(1) :18-19. [3]吴兴伟. 火电厂大机组锅炉引风机选型的探讨[J]. 电力建

设, 2000(1) :31-33.

[4]王俊梅. 电站锅炉常用通风机的特点及应用[J ]. 风机技

术, 2005(4) :54-55.

按式(5) 可得v i =v i /C v , v 0=v 0/C v , w 1=w 1/C v , u 1=u 1/C v , w 2=w 2/C v , u 2=u 2/C v , v 1=v 1−/C v , v 2=v 2−/C v (m /s)

(31)

式(20) ~式(31) 就是通风机性能参数相似设计计算全套公式, 并按上面顺序进行计算。

−

−

−

−

−−

(25)

6 结论

(1) 通风机性能参数相似设计计算全套公式是以相似理论为基础再结合通风机实际性能推导出来的。这套公式简单、明了, 便于快捷运算。

(2) 能够获得通风机性能参数相似设计计算公式简单、明了的直接原因是采用了式(14) 的李富成数L 产生的结果。

参

考

文

献

−/C l , D i =

D i −/

C l , L 0=L C l , B 0=

B 0−/

C l

(26)

(27)

[1]李富成. 通风机无因次数及无因次性能曲线[J]. 透平压缩

机械, 1975(4) .