动叶可调引风机变频改造的经济性论证

毛 刚，汤载阳

（1.武汉电之锋技术服务有限公司，湖北 武汉 430000；2. 华北电力设计院有限公司，北京 100120）

动叶可调引风机变频改造的经济性论证

毛 刚1，汤载阳2

（1.武汉电之锋技术服务有限公司，湖北 武汉 430000；2. 华北电力设计院有限公司，北京 100120）

摘要：随着当前全国节能减排工作的全面展开，火力发电厂节能改造项目都相互跟风，并没有结合本厂的实际情况进行全面论证。文章针对国内330MW火力发电机组的双级动叶可调引风机进行变频改造的经济性进行论证，在满足设计规范要求下，分析引风机变频改造后的节能情况。在机组负荷率变化的情况下，对应引风机变频改造后的节能情况进行论述，以寻求引风机变频改造对应的最佳锅炉运行负荷率，力求引风机变频改造后能获得较高的经济性，为同类型机组提供改造的参考意义。

关键词：双级动叶可调引风机；变频改造；经济性分析

1　概述

由于目前绝大部分风机都采用风门挡板调节流量，造成大量的节流损耗，所以风机若采用转速调节，具有巨大的节能潜力。20世纪90年代，随着电力电子技术和计算机控制技术的发展，变频器很快占领电动机调速市场，并向高压领域发展，使采用高压电动机驱动的风机进行变频调速节能改造成为可能。伴随着《火电厂大气污染物排放标准》（GB 13223-2011）于2014年全面实施，国内大多数火力发电厂均已完成了脱硫、脱硝、除尘等项目的增容提效改造，引风机也相应改造为动叶可调的形式。随着新一轮节能减排鼓励政策的实施，对动叶可调引风机进行变频改造也备受关注。

2　改造原则及节能分析

2.1改造原则

对于330 MW机组，按大中型火力发电厂设计规范（GB50660-2011），每台机组配套两台引风机，，每台风机的压头按设计煤种在锅炉BMCR工况下，烟气系统的计算阻力，且须有20%以上的裕量。风机的总风量裕量不低于设计煤种下锅炉BMCR下烟气量的10%，且宜加10℃～15℃的温度裕量。随着日趋严格的环保要求，原有的引风机都进行引增合一的改造，改造后，引风机轴功率将达到2625 kW（BMCR），单台风机的功率很高，厂用电耗也将提高。是否增加变频器，需从锅炉平均负荷及负荷变化率结合风机本身的性能来做分析。由于此项目引风机选用双级动叶可调轴流风机，本身高效区较宽，适应锅炉负荷变化能力较强。以下为对双级动叶可调轴流引风机变频改造的经济性进行论证。

2.2节能分析

风机轴功率计算公式：

式中：Ns为轴功率（ kW）；Qs为风机流量（m³/h）；H为风机全压（Pa）；φρ为气体压缩系数；ηF为风机空气动力效率；ηm为风机机械效率；Kr为制造厂样板功率数据换算系数。

由风机轴功率公式可知，在风机的流量、全压的参数都一致时，风机的轴功率主要取决于风机的效率，而采用变频调节转速，可以使风机能在较大的范围内一直保持很高的运行效率，这样就大大减少了风机的轴功率的额外损失，达到省电的目的。

对两种（离心和轴流）风机的性能进行比较，图1为定速轴流风机和离心风机性能曲线的重叠。

图1　定速轴流风机和离心风机性能曲线的重叠

由图1可见，离心式风机的最高效率在进口调节门的最大开度处，等效率线和锅炉阻力曲线接近垂直，效率沿阻力线迅速下降。风机能满足TB点（锅炉风机设计点），但在100% MCR点（锅炉满负荷连续运行点）在低效率区，变工况时效率则更低，其平均运行效率比动叶可调的轴流风机要低得多。如采用转速调节，可将风门开到最大，使风机在高效区运行，而通过变频改变风机的转速达到控制风量的目的，风机将在很大的范围内维持高效运行，从而达到很好的节能目的。

而动叶可调的轴流式风机的等效率线与锅炉的阻力曲线接近平行，高效率范围宽，且位置适中，因而调节范围宽。在满足锅炉设计点条件下，100%MCR工况点位于高效区，平均运行效率高。

如采用转速调节，可将风机的安装角固定在高效区，而通过改变风机的转速达到控制风量的目的，风机将在很大的范围内维持高效运行，从而达到节能的目的，但是由于这时的调速范围小，节能效果也就差。所以一般将风机的安装角调到最大，这样虽然会降低一些运行效率，但是却大大增加了调速范围，增设变频器后，风机效率变化见图2。

图2　风机效率变化

3　项目改造实例

宁夏某热电联产工程装设2台330 MW亚临界参数燃煤发电机组，采用自然循环，四角切向燃烧方式，单炉膛，一次再热，平衡通风，锅炉紧身封闭，室内布置，固态排渣，全钢架悬吊结构Ⅱ型汽包锅炉。由环保类项目增容改造后，配置两台动叶可调式轴流引风机，引风机参数见表1，图3为成都风机厂给出的风机选型性能参数图。

表1　引风机参数汇总

图3　成都风机厂风机选型性能参数图

如图3三点，分别是引风机在TB工况、BMCR工况及80%负荷工况的运行工况点。根据以上的选型数据，在锅炉80%负荷时，引风机效率依旧保持在83%以上。

3.1节能分析（锅炉年平均负荷大于80%）

根据某热电厂提供的运行数据，机组年平均负荷在82%左右，常年负荷率较高，负荷较为稳定。如此项目改造中，对双级动叶可调引风机再增设变频器，将显得不经济。

按机组常年平均负荷维持在80%以上，如增设变频器节电，保守计算，效率由83%提高到87%，及提高4个百分点，在80%负荷时，单台风机轴功率为1599 kW左右，即每小时可节约电量64 kWh，年运行小时数按7500小时计，单台风机总节约电量为48万 kWh，按上网电价按0.4元/ kWh计，单台风机总节约电费19.2万元。

通过对变频器厂家的询价了解，国产单台4000 kW电机变频器价格在170万左右，变频器一次性投资较高。

如每台变频器价格定为170万元，单台风机配变频器的投资回收年限为8.86年，相对来说是不经济。

由此可见，对于使用双级动叶可调轴流风机，且锅炉年平均负荷能在80%以上时，引风机增设变频装置是不经济的。

3.2节能分析（锅炉年平均负荷大于70%）

如锅炉年平均负荷略大于70%时，由风机的性能曲线图可知，风机的效率将有比较大的下降，大约在72%左右，如增加变频装置，风机的效率可提高到83%左右。单台风机轴功率为1200 kW左右，即每小时可节约电量132 kWh，年运行小时数按7500小时计，单台风机总节约电量为99万 kWh，按上网电价按0.4元/ kWh计，单台风机总节约电费39.6万元。如按最低价取值，每台变频器价格定为170万元，单台风机配变频器的投资回收年限为4.2年，相对来说这又是经济的。

4　结语

随着环保要求的日趋严格，现阶段大多数火力发电厂均已经使用动叶可调轴流引风机。动叶可调风机加装变频装置是否经济，从而实现节能的目标，我们还需从机组的年平均负荷、机组的运行小时数、当地上网电价及结合引风机本身的性能特性来进行判断。

由于理论计算的烟气阻力本身存在误差，或电厂燃烧煤质发生变化，加之引风机选型时有较大的余量，这就可能产生引风机的选型不能与烟气系统的完美匹配，从而导致风机效率偏低的情况时有发生。

对于年平均负荷较低、风机选型偏离最高效率区域且年运行时间较长的机组，可以推荐采用增设变频装置，节约电量，以起到积极的节能减排作用。

将变得比较复杂，不利于实际的运行管理。

因此，在机组的实际运行负荷不是偏离设计值太大的情况下，动叶可调轴流风机增设变频器的必要性不是很大。

对于轴流风机，它有驼峰形的性能曲线这一特点，理论上决定了轴流风机有不稳定工作的区域，当风机的实际工作点移动至不稳定区域时，就有可能引起风机失速及喘振等现象的发生。因此在轴流引风机项目改造之前，应充分了解机组负荷的变化情况，风机具体运行工况点等，以避免失速及喘振问题的发生。

实际风机在运行过程中，风机的控制系统得到锅炉的信号后，根据流量、压力等来调整动叶的安装角度来匹配锅炉的负荷变化，如此系统再增加变频的控制调节装置，控制系统

参考文献：

［1］ GB50660-2011，大中型火力发电厂设计规范［S］.

［2］ DL/T468-2004，电站锅炉和风机选型和使用导则［S］.

［3］ 孙研.风机产品样本（上册、下册）［M］.北京：机械工业出版社，2003.

［4］ 魏新利.泵与风机节能技术［M］.北京：化学工业出版社，2011.

中图分类号：TM621

文献标志码：B

文章编号：1671-9913（2015）02-0044-03

* 收稿日期：2014-10-30

作者简介：毛刚（1987- ），男，浙江建德人，工程师，从事电力热机专业设计工作。

Economic Argumentation of Variable Frequency Reconstruction for Axial Fan with Adjustable Blades

MAO Gang， TANG Zai-yang
（1. Wuhan Dianzhifeng Technical Services Co.， Ltd.， Wuhan 430000， China；2. North China Power Engineering Co.， Ltd.， Beijing 100120， China）

Abstract：With the current national energy conservation work in full swing， the power plants are energy-saving projects to follow suit each other， and not with the actual situation of the whole factory into surface argument. Articles for the domestic 330MW thermal power generating units of the axial fan with adjustable blades frequency transformation of the economy to demonstrate， to meet the design specifications， the analysis of energy savings Wind Blower after the transformation. In the case of the rate of change of the unit load， energy-saving status fan frequency corresponding lead after the transformation are discussed in order to seek the induced draft fan frequency transformation corresponding optimum boiler operating load rate， induced draft fan after strive to obtain a higher frequency transformation economy provide reference for the transformation of the same type of unit.

Key words：the axial fan with adjustable blades； the variable frequency transformation； economic analysis.