循环流化床锅炉风机选型探讨

曾国川

摘 要：循环流化床锅炉具有燃料适应性广、不投油稳燃负荷范围大、可以实现炉内直接脱硫、NOx排放低、易于实现灰渣综合利用等优点近年来得到了广泛的研究与应用。目前国内首台600MW循环流化床锅炉已投入运行，还有一些600MW机组正在处于设计阶段。一次风机作为循环流化床锅炉的主要辅机，其提供的一次风，主要用作炉膛流化风。为了克服风板的阻力，一次风压头较高，流量也大。

关键词：循环流化床;锅炉;风机选型

某电厂600MW循环流化床锅炉机组正处于设计阶段。由于本工程锅炉采用外换热器，部分负荷下的炉床压力大于BMCR工况下的炉床压力，这也是600MW循环流化床锅炉与小功率循环流化床锅炉的区别，同时也导致了一次风机选型的特殊性。

1一次风机选型

1.1选择参数

而75%THA和50%THA工况下的一次风系统阻力比BMCR工况下的大。这是因为本工程600MW循环流化床锅炉采用外换热器，这是与普通煤粉锅炉和小功率循环流化床锅炉最大的区别。

1.2风机选型

本次选择的风机转速为1480r/min，根据选择参数，TB点的比转速为50.2。离心风机的比转速一般为ns=15～80，轴流风机的比转速一般为ns=100～500，因此CFB锅炉一次风机宜采用离心式。离心风机有两种：单吸和双吸。大型离心风机一般选用双吸双支撑式。对于双吸离心风机，比转速除以。

风机形式为离心风机，可根据选择参数选择风机型号。选用原则是选用效率高、运行稳定的风机。一般情况下，高效风机有两种或三种类型，其比转速与选择参数计算的比转速接近，因此有必要选择合适的风机类型。离心风机的压力流量曲線呈凸形，存在不稳定工作区。在压力特性峰值处，不稳定运行区在左侧，稳定运行区在右侧。当风机在不稳定区域运行时，风机可能发生喘振，因此在选择电厂风机时，必须注意避免风机在不稳定区域运行。

2风机驱动调节方式的探讨

2.1风机驱动方式探讨

目前，风机的主要驱动方式是电机和小汽轮机。大多数风扇是由电动机驱动的。部分600MW和1000MW大功率引风机采用小汽轮机驱动。从动引风机为带可调静叶的轴流风机。目前没有小型汽轮机驱动的离心风机，建议一次风机采用电动机驱动。

2.2风机调节方式的探讨

2.2.1风机调节方式的经济性探讨

一次风机在实际运行中达不到TB和BMCR工况，主要依靠BRL、75%THA和50%THA来判断风机是否有效。结果表明，BRL工况下一次风机总压效率提高10%，75%tha工况提高3%，50%tha工况提高3.9%。变频调节一次风机的总压效率高于工频调节，但中、低负荷时总压效率的提高有限。另外，变频器本身存在功率损耗，高压变频器的效率约为95%。考虑到变频器的功率损耗，一次风机变频器在75%THA和50%THA工况下的变速调节功耗大于调节阀。机组为调峰机组，大部分时间在中、低负荷运行。采用变频调速时，机组不能节能。另外，由于功率大，逆变器的采购成本也很高。因此，建议600MW循环流化床一次风机采用调节阀调节。

2.2.2风机调节方式安全性探讨

煤粉锅炉和小功率循环流化床锅炉离心式一次风机低负荷运行参数小，许多电厂低负荷一次风机开度小于30%。此时攻角大幅度增大，造成叶轮叶片通道边界层严重分离，叶片非工作面产生漩涡，造成叶轮出口气流周期性强脉动，引起风机壳和出口风道强烈振动。煤粉锅炉和小功率循环流化床锅炉的离心式一次风机在选用变频调速后，叶片始终处于全开位置，以避免风机振动，提高一次风机运行的安全性。600mw循环流化床一次风机在低负荷时的压头高于TB工况。结果表明，在75%THA和50%THA工况下，一次风机开度均达到90%。即使设计裕度过大，实际运行中最小开度也会大于30%。因此，本工程一次风机采用调节阀调节，不会出现低负荷振动现象。

3一次风机的设计特点

3.1叶轮

目前高强度合金钢主要有进口的wledox700、wledox900等，通过近几年的试验研究和工程实践，国内主要风机厂家对高强度钢板的焊接和热处理工艺已经非常完善，因此，采用高强度钢板制造是可行的。双吸离心风机叶轮中板的应力远高于叶片和前板的应力。如果整个叶轮的选材以中板为基础，材料成本会更高。为了降低成本，叶片和前板可选用强度较低的钢材。由于叶片和中板的屈服强度不同，对焊接和热处理提出了更高的要求。经过多年的研究和实践，成都电力机械厂掌握了不同强度钢材的焊接和热处理工艺。

3.2主轴

由于一次风机叶轮质量大、转速高，传统实心轴的直径和质量都比较大，给主轴的锻造和风机轴承的承载带来了很大的问题。在临界转速相同的情况下，空心管主轴能有效降低主轴的质量，在保证锻造质量方面具有一定的优势。空心管主轴的主轴头与空心管主要通过焊接和干涉连接。焊接空心轴制造复杂，生产工艺多，成本高，干涉空心轴制造成本低，加工方便。但是，过盈空心轴的允许转矩较低，不适用于大转矩风机。本工程一次风机轴功率大、扭矩大，不宜采用过盈空心管主轴，必须选用焊接空心管主轴。

3.3螺栓直接连接

叶轮中板与空心轴肩采用螺栓连接，无需轮毂，大大降低了生产成本。而且，装配过程非常简单，现场更换或维修叶轮也非常简单。由于叶轮工作产生的扭矩完全作用在空心轴的轴肩上，因此对空心轴的锻造工艺提出了更高的要求，以避免因局部应力过大而产生裂纹。轮毂的曲面形状可以使气流沿曲面进入叶轮。取消轮毂后，气流从集热器进入叶轮的过程中没有曲面过渡，中间板根部会产生局部涡流。经多次风机试验，风机效率降低0.5%～1%。这种方法虽然会使风机效率略有下降，但对于600MW循环流化床一次风机等大型离心风机来说，更重要的是降低生产成本，便于现场维护。因此，许多大型离心风机采用这种方案。

3.4轴承座

600MW循环流化床锅炉一次风机为双吸双支撑式，即叶轮两侧各有一个轴承座，一个为驱动端轴承座，另一个为非驱动端轴承座。轴承座同时受转子静载荷和动载荷的影响。在选择轴承时，通常认为轴承寿命在100000小时以上。轴承的形式有滚动轴承和滑动轴承，相应的轴承座也不同。滚动轴承轴承座采用强制循环水冷却、油浴润滑、迷宫密封，结构简单，维修方便。滑动轴承座需设置润滑油站进行强制循环油润滑，冷却方式为油冷。有时为了提高冷却效果，采用油冷却和水冷却。由于滑动轴承设有强制润滑油站，且油站内有多个热监测点，维护比较复杂。一般情况下，如果滚动轴承能满足风机负荷的要求，则首选滚动轴承。本工程一次风机采用锯齿中板和空心管主轴，有效降低了轴承负荷。经计算可选用滚动轴承，轴承座采用强迫水冷。

结论

600MW循环流化床锅炉一次风机必须根据具体转速选择离心风机。由于一次风机的低负荷压力高于TB点工作压力，采用变频调速后效率提高不明显，且风机开度振动不小，因此一次风机采用进口调节阀进行调节。风机叶轮材料可采用高强度合金钢和锯齿;主轴采用空心轴，主轴和叶轮可通过轮毂或直接连接;轴承采用滚动轴承，冷却方式为强制水冷;选择膜片联轴器;壳体需要加强，以满足压缩和减振的需要。

参考文献：

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[2]郑毅，付祥卫.循环流化床锅炉风机选型探讨[J].东北电力大学学报，2019（06）：96-100.