600 MW机组一次风机节能提效改造

田 田，龚 峻，盛 澍，唐海宁，丁 宏，刘 宾，杨祖旺，周 静，谭厚章

(1.扬州第二发电有限责任公司，江苏 扬州 225000；2.西安格瑞电力科技有限公司，西安 710049； 3.西安交通大学，西安 710049)

0 引 言

随着环境污染问题的日益严重，国家对节能减排的要求也逐步提高。在超低排放的背景下，节约能源意味着减少排放。电厂中的重要辅助设备占据了厂用电的绝大部分，提高重要辅助设备的运行效率，降低其能耗，对电厂运营的降本增效、节能减排具有十分明显的正面作用[1-2]。

某电厂#1机组(600 MW)在额定工况下，两台一次风机长期处于低效区域运行，其进口导叶的开度仅为30%～35%，根据一次风机性能曲线，一次风机长期处于低效区域运行，反映出设备参数选择的不够合理，需先对一次风系统进行性能摸底实验，针对问题进行专项调整改造，提高一次风系统的运行效率，降低设备的能耗[3-4]。

另外，#1机组一次风机转子组件经过多年运行已逐渐老化，通过无损检测发现其叶轮侧板已有裂纹，因此从提高设备运行可靠性方面来看，也需对一次风机转子组件换型改造。本次优化改造项目针对这些问题提出了提高风机运行效率的措施，对国内具有重要的参考价值。

1 提效改造

1.1 改造设备

该电厂#1机组安装有美国B&W公司生产的2 000 t/h锅炉，采用固态排渣方式，为亚临界一次再热自然循环汽包炉，前后墙布置旋流燃烧器，配备直吹式制粉系统，安装有六台MPS-89G磨煤机。两台一次风机(1A、1B)由美国TLT-Babcock生产的离心式风机，规格为：1464AZ/1355，一次风机改造前的试验参数见表1。

表1 一次风机改造前试验参数

1.2 问题和研究思路

经过改造前的一次风系统性能试验以及设备的运行状态主要发现了两个问题：(1)两台一次风机运行效率低：改造前在#1机组在额定工况下，一次风机入口导叶的开度约30%，根据一次风机性能曲线，反映出风机长期处于低效区域运行，运行效率仅为55%左右。本次提效改造的目标是增加一次风机入口导叶开度，减少节流损失，提升风机运行效率至70%以上，从而达到降低一次风机电耗的目的。(2)风机转子组件老化较严重，裂纹有扩展风险，存在安全隐患。

综合上述存在的两个问题，本次提效改造分别提出了以下研究思路：(1)风机效率偏低的研究思路：造成一次风机运行效率低下的主要原因是风机选型时P-Q曲线与一次风系统阻力特性匹配不佳造成的。无论风机采用什么形式调节(挡板调节或变转速调节)，如果风机特性与系统阻力特性不匹配，风机的运行效率都会下降。因此，要使风机能高效安全运行，首先要使所选风机的运行特性与系统的阻力特性相匹配；(2)风机转子组件老化损伤的研究思路：由于一次风机叶轮外形特异，如对裂纹部位打磨补焊处理，经过长时间运行后，补焊部位仍有可能开裂，因此选择重新设计、制造新的转子组件，以做更换处理。

图1 实际风机与选型风机阻力特性曲线

1.3 改造方案

改造方案包括如下内容：(1)依据上述研究思路，通过对试验数据进行计算和分析，结合锅炉运行的相关数据以及煤质等数据，得出实际风机系统的阻力特性曲线，确定最经济合理的改造后风机的设计参数；(2)采用专业的设计软件设计与之匹配的高效的风机叶型；(3)在试验室进行仿真模拟试验，对风机叶型的性能进行测试校核，最终确定风机参数及叶型，以保证风机在各工况点的效率不会太低，使之与一次风系统最大程度的相匹配；(4)最后，委托国内高水平的的风机制造厂家加工制作，在出厂前进行动平衡试验。具体的阻力特性曲线、选型的叶轮流场分布如图1和图2所示。

图2 选型后的叶轮流场分布

1.4 改造施工

现场的改造施工工期为30天，改造方案主要是：(1)更换两台一次风机的叶轮和集流器，改变叶片型线，重新设计叶轮，使实际需要的风量风压靠近高效区；(2)保留风机基础、传动组、轴系不变；(3)保留风机蜗壳外壳不变；(4)为了使现有蜗壳能与改后叶轮配合，根据叶轮情况对蜗舌进行局部改造；(5)改变风机进风口(集流器)与叶轮入口(前盘)的密封形式，采用端面和径向双密封形式。在集流器内部加装铜质密封环，使端面密封间隙<0.5 mm，径向密封间隙<3 mm，进一步减小风机内漏损失，提高风机效率。具体的施工流程如图3所示。

2 试验

2.1 试验内容

改造前性能试验用于寻找一次风机出现上述问题的原因，所需工况较少，选择在锅炉负荷600、480、360 MW三个工况下进行，试验测定了一次风机运行的流量、压力、功率以及其他相关运行参数。试验期间要求将机组锅炉各项参数调整到正常状态，保持机组负荷和锅炉燃烧稳定，保持锅炉氧量、炉膛负压为正常稳定状态，试验时期间保持锅炉不吹灰。

图3 施工流程图

改造后需详细评估一次风机的工作性能，所需试验工况较多，具体包括：

(1)工况1和工况2：在机组100%BRL工况下，六台磨煤机运行，进行两台一次风机性能试验，负荷分别为600 MW和300 MW；

(2)工况3：在机组100%BRL工况下，五台磨煤机运行，进行两台一次风机性能试验，负荷为600 MW；

(3)工况4：在机组热态条件下，进行一次风机1B的TB工况性能试验，负荷为249 MW；

(4)工况5：在机组冷态条件下，进行一次风机1B的TB工况性能试验。

2.2 改造前后一次风机热态试验结果

改造前一次风机热态试验内容包括三个工况：600、480、360 MW，将A、B二侧风机计算结果平均得到：三种负荷下风机全压效率为54.80%、51.94%和45.23%。提效改造后，工况1(600 MW)，6台磨运行时，风机的全压效率提高了20.87%，提升十分明显；工况2(300 MW)，6台磨运行时，风机全压效率提高了近19.70%，在低负荷下，其节流损失很少，效率提升同样相当明显；工况3(600 MW)，5台磨运行时，两台风机的全压效率分别高达78.17%和76.90%，均能够运行良好；工况4和5运行时，一次风机1B单独运行时其全压效率在75%左右，这也表明风机运行状态良好，提效改造成果显著。

改造前两台一次风机运行的电流分别为94.9A和94.1A，经过节能提效改造后两台一次风机运行的电流分别下降为77.2A和76.6A，分别下降了17.7A和17.5A，降低约19%，具有显著的节能效果。

此外，经过一段时间的运行后，风机转子未再发现裂纹，运行良好。

2.3 经济效益

本次#1机组两台一次风机节能提效改造项目总费用约180万元，改造后风机运行效率提高约20%，根据该电厂月度技术指标完成情况统计，#1机组一次风机改造前、改造后的参数对比见表2。

表2 一次风机改造前后的参数对比

按上表统计，2017年8月与2018年8月#1机组的发电量基本相同，每度电按0.4元计算，同比节省费用为=电价×电量×(2017年8月电耗-2018年8月电耗)=0.4×31400×(1.08-0.89)/100=23.86万元，经济效益显著。同时，风机叶轮更换后消除了侧板开裂的安全隐患，设备运行的安全性大幅提高。

3 结束语

(1)本次提效改造针对风机效率低下和风机叶轮老化问题进行了充分的理论论证、模型试验和现场实验，确定了对一次风机叶轮进行换型改造的方案。

(2)改造结果显示：在600 MW和300 MW负荷下风机全压效率均得到了显著提高，提高了约20%，其他工况下风机也同样处于高效运行状态；满负荷状态下风机运行电流较改造前降低了19%，节能效果显著。

(3)改造后每月可直接节省电费约23万元，避免由于叶轮损坏造成的设备停运抢修，经济效益、安全效益显著。