轴流一次风机改造及经济效益分析

钱永贵

(淮沪煤电有限公司田集发电厂，安徽 淮南 232098)

轴流一次风机改造及经济效益分析

钱永贵

(淮沪煤电有限公司田集发电厂，安徽 淮南 232098)

某电厂一次风机容易发生失速、喘振现象，给机组安全运行带来一定隐患。为此，提出了一次风机的改造方案，经过对比选择了最优方案进行改造实施。改造提高了一次风机运行的安全性和运行效率，取得一定的经济效益。

一次风机；空预器；风机失速；风机性能曲线

0 引言

动叶可调轴流式风机运行效率高、能耗低、可靠性高，在电厂得到了广泛的应用。近年来，由于环保要求越来越高，火电机组基本上都安装并运行了脱硝设施。脱硝设施的运行不可避免地带来了NH4HSO4在空预器传热元件上的积聚，并使轴流风机运行管路阻力增加，从而导致风机在某些运行工况下进入失速区运行，严重影响风机及机组的安全运行。为了防止风机进入失速区运行，电厂会根据空预器差压以及不同的运行工况，限制机组的运行负荷。这不仅给电厂带来了电量上的损失，而且使机组的可靠性受到电网的考核。为了解决该问题，必须对风机进行必要的改造。某电厂根据实际情况，对2台一次风机进行了改造论证并实施。改造后风机运行良好，为其他电厂轴流一次风机的改造提供了参考。

1 设备概况

该电厂1，2号锅炉是由上海锅炉厂有限公司制造的超超临界参数变压运行螺旋管圈直流锅炉，为单炉膛、一次中间再热、平衡通风、四角切圆燃烧方式、Π型露天布置、固态排渣、全钢架悬吊结构，型号为SG-1913/25.4-M967。

其中，1号锅炉配备的2台一次风机均为豪顿华工程公司生产的ANT1904/1120N型动叶可调轴流式一次风机，其设计技术数据及性能参数如表1和表2所示。

表1 一次风机技术及性能数据

2 运行状况分析

该电厂1号机组脱硝投运之后，一次风机在近几年运行时多次发生失速问题，尤其是在夏季发生较多。主要原因是风机标称流量较大，而实际运行流量较小，但运行压力与设计压力相差不大。这样，就使得风机运行点偏离了原设计工况，转而运行在风机曲线的“马鞍”部位，接近并达到失速曲线，这种情况特别是在空预器因脱硝投运产生堵塞、环境温度(进口温度)升高时表现更加明显。同时，电厂准备实施热一次风冷却器科技项目，一次风阻力还会增加200-400 Pa，这会加剧高负荷工况一次风机进入失速区运行。

表2 一次风机性能参数

表3是1号锅炉2013-08-06一次风机发生失速时的运行参数(5台磨煤机运行)。

表4是1号锅炉一次风机在不同运行工况下的运行参数。

在风机曲线图1上对应的工况点分别为Design Duty，Duty1，Duty2，Duty3，可见前2个工况均运行在失速线附近，稍有扰动，一次风机就可能会发生失速。

表3 一次风机失速时运行参数

表4 不同运行工况一次风机运行参数

图1 一次风机实际运行工况点

3 改造方案

3.1 改造方案1

更换为全新的型号为ANT-1680/1120N的风机，更换后的风机性能曲线以及工况点位置如图2所示。由于新风机外形尺寸、中心标高的变化，相应土建工程需要变化，地脚螺栓需要重做，进出口风道以及软连接需要更换，电机可以保留。

3.2 改造方案2

对现有风机进行改造，改造后的风机型号ANT-1680/1120N，性能曲线以及工况点位置如图2所示。本方案主要是通过改变叶轮外径的方式来改变风机的性能特性，以达到改造的目的；本方案中风机其叶片及静态件需要更换。

图2 更换全新的风机运行工况点

通过特殊设计，保留现有的风机轮毂组件(平衡臂除外，衬套等小部件除外)；保留主轴承组件；保留电机和联轴器；保留调节装置(液压缸、旋转油封、调节机构、液压油站、测振测温装置等)；控制系统不变，保留失速报警等装置。另外，通过特殊设计，使新设计的静态件(进气箱、叶轮机壳、中间段、扩散筒)与现有的土建相匹配，原有的土建和地脚螺栓不变，只需将中间段的二次灌浆层刨除，安装后重新灌浆。转子部件更换叶片、平衡(调节)臂、叶根轴承等部件。

3.3 改造方案的比较

方案1和方案2的性能曲线基本一致，但方案1费用高，且施工周期长，故采用方案2。

方案2既保证了改造后的风机远离失速区域，又保证了风机在各种工况下安全稳定运行且保持高效率，从而达到节能降耗的目的。改造后，风机压头裕量约2 000 Pa，可以满足增加一次风换热器、空预器堵塞等恶劣工况的需求。

4 改造实施与节能效果评估

2015年9月，在1号机组大修中实施了一次风机改造，整个工期约60天。改造方式为：保持调节装置、轮毂组件(不含叶柄轴和平衡臂)、液压油站、液压缸、旋转油封等部件不变，基础尺寸和接口不变，基础保留不变，控制系统、失速装置保持不变。将原来的叶轮机壳、中间段、扩散筒、进气箱等静态件换掉，更换叶片、平衡臂、叶柄轴等部件，静态件做非标设计。

2016年1月，西安热工研究院对改造后的一次风机进行了性能试验，数据如表5所示。

通过对1号锅炉一次风机热态性能试验数据分析，得出以下结论。

(1) 两侧一次风机各试验工况运行点均远离理论失速线，表明风机运行在安全区域。

(2) A侧一次风机实测风压换算至BMCR工况时比设计值小23.3 %，与TB工况设计值比较，风压裕量为31.7 %；B侧引风机实测风压换算至BMCR工况时比设计值小8.6 %，与TB工况设计值比较，风压裕量为30.6 %。

(3) 3个不同试验工况下，两侧一次风机效率均与对应性能曲线效率设计值接近，偏差均在±5 %以内(测量误差范围)，说明一次风机效率满足设计要求。

表5 一次风机改造后性能参数

(4) 3个工况下两侧一次风机效率与改造协议中的设计值相差不大，说明风机管网匹配较为合理。

节能效果评估如表6所示。

表6 改造后节能效果评估

综上所述，在上述3个工况下，每台一次风机电机功率分别减小38 kW，52 kW，26 kW。机组每年上述3个工况下的运行时间分别按3 000 h，3 600 h，600 h计算，则每台风机每年节电32万kWh，2台一次风机每年约节约电费25.5万元。

5 结束语

该电厂一次风机改造费用合理，施工工期满足要求。一次风机改造后运行安全稳定，特别是电厂增加了热一次风冷却器科技项目后，风机运行压头裕量足够，避免了一次风机失速运行，且一次风机在各个负荷段运行效率均较高(82 %-88 %)，改造取得了圆满成功。

1 杨诗成，王喜魁．泵与风机[M]．北京：中国电力出版社，2012.

世界首个应用虚拟同步机工程并网投运

2016-12-27T09:28，随着最后一台具有虚拟同步机功能光伏单元在国家风光储示范电站并网调试，标志着世界首个光伏虚拟同步机示范工程投入实验运行。

虚拟同步机发电技术是一种适用于新能源领域，能够等效常规同步发电机运行特征的先进技术。通过应用这种先进的控制技术，使风机、光伏发电设备更加智能化，具备频率自适应能力，提供电网暂态稳定支撑能力，让新能源由“我行我素”的自转变为“协调统一”的“公转”，实现清洁能源友好并网。

虚拟同步机示范工程是国网冀北电力有限公司打造全球能源互联网张家口创新示范区十大工程之一，也是张北可再生能源示范工程重大科技创新的重要组成部分。本次并网运行的虚拟同步机为24台光伏虚拟同步机，5台风电虚拟同步机，总容量共计22 MW。该工程并网运行后，将进一步提高新能源发电的调频、调压能力，有效解决风光新能源安全并网难题，提升冀北电网安全稳定运行水平，为新能源发电企业提供友好并网的标准典范。

为确保工程质量，在国网科技部整体统筹下，国网冀北电力公司高度重视，成立了上下协同、分工明确的联合工作组织体系，全面协调参建单位资源配置，推动自主技术、自主品牌、自主标准在项目落地生根。在施工建设过程中，国家风光储示范电站建设公司编制明确的时间表、路线图，建立周总结、月协调的定期协商机制，对工程前期审核、项目进度、安全质量进行层层把关。

据悉，国家风光储输示范工程是世界上容量最大的虚拟同步机示范工程，主要改造已有光伏电站、风电场，涉及风机虚拟同步机435.5 MW、光伏虚拟同步机12 MW以及储能虚拟同步机10 MW，使风光电站整体具备火电机组接近的输出外特性。

（来源：国家电网公司网站 2016-12-29）

2016-07-18。

钱永贵(1972-)，男，高级工程师，主要从事火电厂运行管理工作，email：qyg9116@126.com。