益阳电厂300 MW机组排粉风机节能改造研究＊*

左宁心，舒 展，王良超

(1.中国国电益阳发电有限公司，湖南 益阳 413000;2.湖北省电力建设第二工程公司，湖北 武汉 430030)

目前，国产300 MW机组中间储仓式制粉系统普遍采用离心风机作为排粉风机，但实际运行中离心风机效率并不高，其主要原因之一是风机及拖动电机选型偏大，风机实际运行工况点远离风机的最高效率点。我国火力发电厂设计技术规程(DL5000—94)明文规定:中间储仓式燃煤锅炉的排粉风机的风量裕度为5%至10%，风压裕度为10%至15%。在设计过程中，考虑到管网的阻力及长期运行过程中可能发生的各种问题，通常总是把系统的最大风量和风压富裕量作为选择风机型号的设计值。但风机的型号和系列是有限的，往往在选用不到合适的风机型号时，只好往大机号上靠。这样，火电厂排粉风机的风量和风压富裕度达20%至30%是比较常见的。风量与风压的富裕度直接导致风机的运行工况点与设计高效点相偏离，从而使风机的运行效率大幅度下降。因此，根据火电厂实际运行中风量及风压参数所需，定制个性化高效排粉风机，是风机节能降耗最有效的途径之一［1－4］。

1 设备概述

国电益阳电厂2×300 MW机组锅炉制粉系统采用中间储仓式制粉系统，每台炉配4台钢球磨煤机，型号为MTZ3570型，配4台型号为M6－31－11NO21D的排粉风机和对应的细粉分离器、给煤机等设备。系统流程如图1所示［5］。排粉机及电机设计参数见表1。

图1 锅炉制粉系统流程图Fig.1 Boiler coal pulverizing system

表1 排粉机及电机设计参数Table 1 Design parameter of powder ejector and electric machine

正常运行中排粉机电流为60～72 A，平均为66 A左右，出力偏大、制粉单耗偏高(为29～31 kWh/吨煤)，高出中间储仓式制粉系统电耗20%～30%，有较大的节能降耗空间。

2 改造前试验

2009年8月，国电益阳电厂委托国电科学技术研究院北京电力技术研究分院对2×300 MW机组中运行电流最低的1C排粉风机分别在入口挡板门开度为100%，80%，60% 时进行运行参数的测试并记录有关锅炉运行参数。测量内容有风机进、出口静压;风机进、出口温度;风机进口或出口动压;风机驱动功率参数;再循环风量、再循环风压及再循环风温度;3次风静压。通过风机运行参数的测量，评价风机与制粉系统的匹配性和风机运行的安全经济性，为风机的改进提供依据。测量结果见表2。

表2 排粉风机测试数据Table 2 Summary test data of powder exhausting fan

由表2测试结果可知，随着排粉机入口挡板开度由100%减小到65%，排粉机流量略有减小，由33.3 m3/s降低到32.7 m3/s;排粉机入口静压降低，由－5240 Pa降低到－4325 Pa;入口挡板前后压差增大，由260 Pa增加到2385 Pa;风机的效率下降，由71.0%降低到64.3%。总的来说风机效率不高，风机效率在70%左右。

从运行参数来看，额定300 MW负荷时在3台磨运行的情况下，1次风率约为30%，2次风率约为50%，3次风率约为20%。1次风率和3次风率都偏大，造成炉内组织燃烧的2次风量比例偏小，炉内燃烧组织较为困难。此时为稳定燃烧，运行操作人员不得不在循环风门开度(最大达80%，低负荷时最大为全开)加大3次风，浪费了排粉风机的出力。

从以上数据可以看出，国电益阳电厂2×300 MW机组排粉机设计出力偏大，效率偏低。通过多次试验及计算，风温100℃时，选用风量及全压分别为 105 km3/h(29.17 m3/s)、11 kPa 的排粉风机适宜，而风机的保证效率为80%以上。

3 选型及计算

3.1 风机选型

根据风机选型计算，介质温度为100℃、介质密度为0.93 kg/m3、风量为105 km3/h(TB)、全压为11 kPa、转速为1490 rpm时，可以计算出风机的一阶比转速为ns=32。根据此比转速可选用M6－29系列风机作为改造后的基础模型，该模型风机具有效率高、性能曲线平坦、耐磨损、工作稳定好等的特点。在此模型基础上，风机设计为单吸入式、锥形前盘、后弯双圆弧叶片(推荐叶片数量Z=10、出口角度β2=45°)、叶轮有效直径D= Φ1990 mm(可由公式D=28.87/n×pst1/2初步计算，式中n为叶轮转速，r/min;pst为用户要求静压，Pa;D为轮毂直径，m)额定工况下，风机效率设计为82%。

根据上述设计要求，风机的具体型号定为M6－29－NO19.9D。为提高风机的耐磨性，叶轮、蜗壳均采用镶崁陶瓷进行防磨，为便于叶轮拆装，蜗壳设计为分体式结构，与进、出口管道均采用法兰连接［2－3］。

风机的特性曲线及选型报告见图2和表3～表4。

图2 离心风机性能曲线Fig.2 Performance curve of centrifugal fan

表3 离心风机选型报告Table 3 Centrifugal fan model selection report

表4 风机性能表Table 4 Performance of fan

3.2 功率计算

(1)设计参数下风机有效功率Nyx=Q×H=(105×1000/3600)×11000=321 kW，式中Q和H分别为设计参数下风机的的流量及全压。但考虑到实际运行中介质温度要低于100℃，且全压为11000 Pa时应考虑到介质的压缩性即马赫数，因此风机实际有效功率应比计算有效功率要小。经风机设计单位计算该风机实际有效功率应在310 kW左右。

(2)风机轴功率 Nz=Nyx/η =310/0.82=378 kW，式中η为风机效率(对于后向式叶片风机的效率一般为 0.8～0.9，本风机设计效率为82%)。

(3)配套电机功率

电机功率N=k×Nz/ηm，式中k为电机容量的储备系数，由表3选k=1.08;ηm为机械传动效率，由表4选ηm=0.98(所设计风机与电机通过联轴器直联传动)，则 N=1.08 × 391/0.98=431 kW［6－8］。

3.3 配套电机选型

上世纪末至本世纪初，YFQF，YFSK，YFKK 6KV系列火电设备风机专用三相异步电动机在国产常规火力发电厂普遍使用。其中YFKK 6KV系列电机在益阳电厂得以广泛应用，且多数同型设备均配有2～3台备用电机。根据表5，可以选用YFKK4004－4型电机，该电机功率为450 kW、额定电流53.6 A、功率因数为0.86、许用负载转动惯量为 415 kg·m2［9］

表5 电机容量的储备系数kTable 5 Reserve coefficient of electric machine capacity

表6 机械传动效率ηmTable 6 Transmission efficiency of machine

4 改造后风机效率测试

2010年6月A级检修期间，益阳电厂对2 A排粉机进行了换型(保留型号为YFKK500－4、功率为710KW的老电机，将风机换成 M6－29－NO19.9D型号)改造。同年10月，委托湖南省湘电试验研究院有限公司在机组负荷为300 MW、排粉机入口挡板开度为100%、再循环风门开度为23.4%的情况下，对2 A排粉机进行了效率测试。测试结果显示在正常出力工况下，2 A排粉机电流为52 A、风机效率为83%，在最大出力工况下，电流为53 A、风机效率为81%(改造前2 A排粉机正常运行电流为68 A，其他排粉机电流在70 A左右)，排粉机改造后的工作电流下降了16 A。

2010年11月，利用停机检修机会，将2 A排粉机驱动电机由YFKK500－4型、710KW更换成YKK4502－4、560 KW，同时在正常工况及最大出力工况下记录风机的运行电流分别为47，49 A，比电机更换前下降了5 A左右。由此可知，驱动电机功率越接近设计所需功率(431 kW)，风机的运行电流亦越小，但减小的幅度变小(预计采用YFKK4004－4，450 kW电机驱动时，工作电流应该在45 A左右)，考虑到节能值与电机采购成本，使用淘汰下来的YKK4502－4，560 kW电机作为驱动，比较经济适用［10－11］。

5 改造后风机节能分析

2A排粉风机改造前风机所消耗有效功率Nxh=×U×I×cosψ=×6×68×0.86=607 kW(改造前运行电流为68 A)，风机换型改造后，电机消耗有效功率Nxh=×U ×I×cosψ可以算出Nxh=×6×47×0.86=420 kW(式中U为电压、I为电流、ψ为功率因数角、cosψ为功率因数选0.86)。则风机改造前后所节省的功率为Njs=607－420=187 kW，则每小时节约厂用电量W=187度电，折合成人民币37.4元。益阳电厂共计8台同型号的排粉风机，按年利用5000 h计算，则每年可节省厂用电187×5000×8=748万度，折合成人民币150万元。按每台排粉风机改造费用15万元计算则共计需要15×8=120万元，改造后不到1年即可全部收回成本。

6 结语

通过在运行中试验并测量系统各相关参数，获得为益阳电厂排粉机及电机选型改造的实测数据，基于实测数据的分析，提出节能改造方法，实际运行表明所提出的节能改造方法正确可行，节能效果明显。

表7 YFKK系列(6 kV)IP44、IP54(空冷)Table 7 YFKK series(6 kv)IP44 IP54(Air－cooling)

［1］孙 研.通风机选型实用手册［M］.北京:机械工业出版社，2000.SUN Yan.The ventilator selection for manual［M］.Beijing:China Machine Press，2000.

［2］商景泰.通风机实用技术手册［M］.北京:机械工业出版社，2005.SHANG Jing-tai.The ventilator applicable technical manual［M］.Beijing:China Machine Press，2005.

［3］续魁昌.风机手册［M］.北京:机械工业出版社，1999.JI Kui-chang.Fan manual［M］.Beijing:China Machine Press，1999.

［4］DL/T 468—2004，电站锅炉风机选型和使用导则［S］.DL/T 468—2004，Guide for type selection and application for power boiler fans［S］.

［5］刘 洪，柴桂森，唐军生.柳电公司锅炉排粉风机改造［J］.广西电力，2002，25(4):30 －31.LIU Hong，CHAI Gui-sen，TANG Jun-sheng.Boiler row powder transformation fan in liu electricity company［J］.Guangxi Electric Power，2002，25(4):30 －31.

［6］孔 煜.风机选型设计适用手册［M］.北京:中国知识出版社，2006.KONG li.Fan type design，applicable manual［M］.Beijing:Chinese Knowledge Press，2006.

［7］成大先.机械设计手册(5版)［M］.北京:化学工业出版社，2008.CHENG Da-xian.Handbook of mechanical design，Sth E-dition［M］.Beijing:Chemical Industry Press，2008.

［8］李建峰，吕俊复，张 海，等.排粉风机内部气固两相流动特性研究［J］.流体机械，2008，36(2):22－26.LI Jiang-feng，LU Jun-fu，ZHANG Hai，et al.Research on characteristic of particle－gas two－phase flow inside the coal － powder exhauster.［J］.Fluid Machinery，2008，36(2):22 －26.

［9］文鸣明.M9－26排粉风机节能改造［J］.青海电力，2008，27(2):36 －37.WEN Ming-ming.Reform for energy saving of M9－26 powder exaust fan ［J］.Qinghai Electric Power，2008，27(2):36－37.

［10］孙长辉，刘正先，王 斗，等.蜗壳变型线改进离心风机性能的研究［J］.流体机械，2007，35(4):1－5.SUN Chang-hui，LIU Zheng-xian，WANG Dou，et al.Investigation on the performance influence of centrifugal blower by changing the volute type［J］.Fluid Machinery，2007，35(4):1 －5.

［11］孙龙彪，刘新利，石瑞兴.电站锅炉排粉风机的节能改造［J］.风机技术，2005(1):15－18.SUN Long-biao，LIU Xin-li，SHI Rui-xing.Energy － saving and transformation of dust exhausting fan for boiler in power plant［J］.Compressor Blower and Fan Technology，2005(1):15 －18.