600MW超临界机组联合引风机选型分析

闫桂林

(广东省粤电集团茂名热电厂,广东茂名 525000)

1 引风机概况

目前,随着国家对环保的要求不断提高,高效电除尘器、电袋复合除尘器及布袋除尘器的大规模应用已比较普及,引风机入口烟气的含尘量也不断降低。广东省粤电集团茂名热电厂采用龙净环保公司生产的电-袋复合除尘器,生产厂家对除尘器出口烟气含尘量保证值＜26mg/m3,另外,叶片材质及防磨措施的改进,又大大增加了风机叶片尤其是动调风机叶片的抗磨损能力。所以,风机的抗磨损能力已不是制约广东省粤电集团茂名热电厂引风机选型的关键因素。在国内大型机组锅炉所配置的引风机中,各个电厂根据自身不同的使用情况,动叶可调轴流式风机(以下简称动调风机)和静叶可调轴流式风机(以下简称静调风机)都有较好的应用。

静调风机有着安全可靠性高、耐磨性好、运行效率较高、维护方便等优势,占据了相对较高市场份额。但随着大容量机组开始参与电网调峰,动调风机国产化程度提高,烟气含尘量下降,叶片材质及耐磨措施的改进,动调风机在机组调峰运行时能够保持较高效率的优势,已引起了电厂有关方面的重视。

2 联合引风机选型分析

在关于动调、静调引风机的比较中,一般都会根据调节效率、设备费用、维护费用、可靠性分析等内容进行比较。另外,根据目前广东省粤电集团茂名热电厂所面临的实际情况:外系统电厂项目(如阳江核电、阳西电厂等大型发电项目)在茂名周边陆续上马,国家也加大了对西南水电和云南、贵州2省火电的开发力度,建设相应输电工程向广东送电,可以预见的是,广东省粤电集团茂名热电厂今后不得不面对机组深度调峰的现实。所以,必须在机组调峰时,对2种风机的运行经济性进行比较。

2.1 动调风机与静调风机的运行经济性比较

表1是#7炉在不同工况下相关的锅炉引风机入口烟气参数。

表1 不同工况下锅炉引风机入口烟气参数

表2是根据#7机组风机的选型参数(表1参数)计算出的动调、静调2种引风机在不同负荷下的风机效率和轴功率对比结果。经简单计算可以得出,在相同负荷下,动调风机比静调风机所消耗的轴功率要小,随着机组负荷的降低,动调风机的节能优势会逐步提升。

参考#5、#6机组2009年度的负荷率和年运行小时数,将#7机组投产后负荷率按75%、年运行小时数按8000h计算,机组年发电量为36亿kW·h,机组在600MW(100%负荷)的运行小时数为1500h,在450MW(75%负荷)的运行小时数为5000h,在300MW(50%负荷)的运行小时数为1000h,在240MW(40%负荷)的运行小时数为500h,则2种风机的能耗对比见表3。

表2 2种(单台)风机效率和轴功率对比

通过计算对比可见,单台风机运行1年时间,动调风机比静调风机少耗能2981000kW·h,广东省粤电集团茂名热电厂上网电价按0.42元/(kW·h)计算,则每台动调风机运行1年比静调风机节约电费约为2981000×0.42=125.202(万元)。

2.2 结构比较

2.2.1 动调轴流式风机

动叶可调即叶片角度在风机运行中可依靠液压调节机构进行调节,改变风机风压、风量。动调引风机由进气箱、带整流导叶环的机壳、扩压器和转子组成。电动机通过中间轴传动风机主轴。机壳具有水平中分面,便于安装和检修。转子有叶轮、轴承箱、中间轴和液压调节机构等组成。

轴承箱为整体式结构,借助于2个与主轴同心的支承环,内置于机壳内筒中的下半法兰上,轴承箱2个法兰的下半部分与机壳内筒的机座法兰用螺栓固定。整体式轴承箱以及其固定方式保证无论拆装多少次,总能保证叶轮和机壳同心,不需重新调心。

叶轮轮毂采用低碳合金钢(轮毂和承载环为锻件)焊接结构,质量小、强度高、离心力小。叶片用高强度螺栓直接固定于轮毂内的叶柄上,加上机壳中分面结构,更换叶片方便(2个工人8h即可更换整套叶片)。叶轮内部设置平衡重,可以克服叶片回复力矩,所以,液压调节装置操纵力矩小,仅30～50N·m,采用100N·m电动执行器即可方便调节。整体式的液压和润滑联合油站自带控制、保护、报警和联锁仪表,运行安全、可靠和动态操作方便。

引风机的叶片采用低碳合金钢,经数控加工中心铣切并压制成型,表面喷焊耐磨层,增强叶片的耐磨性。几十家电厂引风机的运行经验表明,引风机耐磨层在灰尘质量浓度为350mg/m3的情况下,可安全运行26000h以上,在叶片表面磨损后,还能修补7到8次并重复使用,轮毂寿命可保证30年以上。此外,广东省粤电集团茂名热电厂采用了电-袋除尘器,除尘器出口烟气中灰尘质量浓度＜26 mg/m3。所以,磨损问题已经不再是制约引风机选型的根本因素。

2.2.2 静叶可调轴流式风机

静叶可调风机在运行中风机进口导叶依靠调节机构可进行调节,从而达到改变风压、风量的目的。静调风机由进气箱、进口调节门、整流导叶环的机壳、扩压器和转子组成。电动机通过钢挠性联轴器直接传动风机主轴。主轴两端各有2个轴承座可作支持。叶轮与主轴用高强度螺栓直接联接。叶轮检修装拆后,需重新调心。

动叶片是由低碳合金钢板压成扭曲叶片,与轮毂焊接。工业实践中,在不加任何防磨措施时,在灰尘质量浓度为250～400mg/m3的烟气中其耐磨寿命可超过25000h,甚至有些烟气中灰尘质量浓度较低的电厂可达到50000h。为进一步提高风机叶片及导叶耐磨寿命,可在叶轮叶片和后导叶上喷熔镍基碳化钨耐磨材料,硬度为55～60HRC。当叶片磨损后需返厂将其从叶轮割掉,将轮毂表面打磨平整,沿周向在轮毂其他位置焊上新叶片,经热处理后使用。所以,更换4到5次叶片后,需更换整个叶轮。

表3 2种(单台)风机年能耗对比表

过去业内人员普遍认为静调轴流风机效率低,实际上目前采用的最新叶型的静调风机最高效率已经与动调风机的最高效率相当,其运行效率已大为提高。但静调引风机受其特性限制,高效率区比轴流式风机小,风机在机组低负荷运行时,效率下降较快,2种风机综合技术比较见表4。

2.3 风机调节性能比较

从2种风机的性能曲线图可知,动调风机及静调风机的等效率曲线均为椭圆形,等效率曲线的长轴与系统阻力曲线基本平行。就目前的风机制造水平而言,2种风机的等效率曲线中的最高效率已经基本相当,但在机组降负荷运行时,静调风机的效率下降较快,而动调风机的高效区域较宽,风机效率下降相对较慢。因此,动调风机具有较好的调节特性,静调风机次之。

表4 2种风机综合技术比较

2.4 风机价格比较

就目前的市场价格来说,#7机组引风机所配的5000kW等级的电动机单台价格约为100万元左右,静调风机(含测振仪、防喘振装置等)单台价格约为90万元,动调风机配国产液压缸和进口调节机构(含油站)单台价格约为200万元,即#7机组所配2台风机,如采用动调风机比采用静调风机共需多投入220万元左右。

2.5 维护、检修费用比较

广东省粤电集团茂名热电厂除尘器采用龙净环保公司生产的电-袋复合型除尘器,厂家对除尘器出口烟气中灰尘质量浓度保证值＜26mg/m3,在叶片及导叶的磨损问题上,动调风机和静调风机的差异基本相当,所以,对2种风机在维护和检修费用进行比较,统一按照机组1个大修周期(40000h)风机所需更换的备品备件来比较。

经过机组1个大修周期后,动调风机更换1组动叶片的费用约40万元/台(套),后导叶0.6万元/台(套),主轴承和几十个叶柄轴承共约12万元/台(套),进口密封元件约8万元/台(套),液压油站元件10万元/台(套),即动调风机1个大修周期后所需要更换备件费用总计约70.6万元;经过机组1个大修周期后,静调风机更换1组动叶片的费用约20万元/台(套),后导叶1.2万元/台(套),主轴承约10万元/台(套),即静调风机1个大修周期后所需要更换备件费用总计约31.2万元。

3 结论

针对广东省粤电集团茂名热电厂引风机选型所面对的实际情况,采取了具体问题具体分析的方法。综合计算分析可知,机组经历1个大修周期(40000 h),动调风机在运行经济性上比静调风机可节约电费约626.01万元,但动调风机比静调风机需多支出的检修维护费用约为39.4万元,即在机组1个大修周期,动调风机比静调风机共节约费用约为:586.61万元。

基于上述计算和分析,广东省粤电集团茂名热电厂#7机组引风机选型推荐采用动调风机。