送风机节能改造分析

曹 巍，王 星，敬小磊，庞 顺，张 杰

（1.国家能源集团宿迁发电有限公司，江苏 宿迁；2.西安热工研究院有限公司，陕西 西安；3.安徽淮南平圩第二发电有限责任公司，安徽 淮南）

引言

2021 年10 月份国务院印发的《2030 年前碳达峰行动方案》中明确提出要开展节能降碳增效行动，实施重点行业如电力行业的节能降碳工程，推进重点用能设备如风机的节能增效工作。

电站风机作为火电机组的最大耗能辅机是节能工作的重点[1]。风机节能首先通过系统优化将系统阻力和风量降低到合理水平，在此基础上进行风机优化，才能达到最佳节能效果[2]。

本文在管网不变的情况下对某电厂600MW 容量2 号机组送风机节能提效手段进行了探讨和分析，综合考虑初始投资、节能效果、运行安全性等因素，给出最佳的改造方案[3]。经过改造，送风机在相同出力的工况下，电流下降明显，取得了显著的节能效果，改造非常成功。

1 设备概况及研究背景

1.1 设备概况

某电厂1、2 号锅炉均配置2 台动叶调节式送风机，TB 工况设计流量297 m3/s、全压4 558 Pa、风机效率83.5%。

1.2 研究背景

投产以来一直存在着送风机运行开度较小，出口压力较低的问题。初步判断送风机裕量偏大，有一定节能空间。为了解实际运行状态、对节能空间进行预估并提出可行的节能改造方案，需要对送风机进行热态性能试验，提出风机节能改造方案。

2 风机热态性能试验分析

2.1 试验标准及方法

依据电力行业标准DL/T469－2019《电站锅炉风机现场性能试验》和国家标准GB/T 10178－2006《工业通风机现场性能试验》。

本次试验对象：2 号机组的送风机，试验工况458MW 和304MW。

2.2 热态性能试验数据

送风机运行点换算至设计状况在性能曲线上的位置如图1 所示。

图1 送风机性能曲线及风机运行点

将试验主要结果与性能曲线对应值进行比较列于图2。

图2 送风机主要试验结果对比

由图2 数据可以看出：

送风机表盘与性能曲线的对应开度偏差较小，均在3°以内。

实测与曲线对应效率偏差超过5%，A侧、B 侧效率最大偏低13.2%、13.9%。

推测现有送风机实际性能低于设计[4]。

2.3 风机运行状态分析

由于试验期间机组运行状态受限，为进一步评估送风机在历史典型运行工况617MW、604MW、243MW 的情况。

根据历史表盘数据和实测数据进行换算[5]：

（1） 在458MW、304MW 工况下，实测送风机总质量流量为1 197.6 t/h、782.1 t/h，表盘显示为1 196.4 t/h、746.8 t/h，偏差均在5%以内。

（2） 表盘显示风机开度与性能曲线对应的开度基本吻合。

（3） 实测送风机出口静压和表盘送风机出口静压基本一致。

表明表盘流量、开度、出口压力准确。

因此，可根据表盘显示的送风机流量、出口静压和开度标在性能曲线上，如图3 所示。

图3 典型工况预估运行点在性能曲线上的位置

将604MW 工况实测参数换算至BMCR 工况下流量269.2 m3/s、压力3 277.6 Pa，与设计参数（TB、BMCR 工况流量297 m3/s、260.8 m3/s；全压4 558 Pa、3 798 Pa）进行比较：

（1） 高负荷设计效率最高为86%，预估实际效率70%左右，风机实际与设计效率偏差较大。

（2） 动叶开度最大为37°，距离满开度55°还有将近50%的裕量。

（3） 风量裕量为10.3%，压力裕量为39.1%，裕量较大，风机与现有系统匹配性较差。

综上分析可知：

（1） 现有送风机运行性能未达到设计值。

（2） 送风机裕量较大，具有一定的节能空间。

3 送风机节能改造方案研究

3.1 送风机新选型参数确定

下文以夏季出力较大的历史604MW 工况数据为基准进行计算。

3.1.1 风量参数确定

典型大负荷604MW 工况下平均流量为238.1 m3/s，换算BMCR 平均流量为269.2 m3/s，取10%的裕量作为TB 点设计选型参数。即TB 点参数为296.12 m3/s，圆整取295.0 m3/s。

3.1.2 压力参数确定

典型大负荷604MW 工况下平均压力为2 628.3 Pa，换算BMCR 平均压力为3 277.6 Pa，取15%的裕量作为TB 点设计选型参数，可得TB 点参数为圆整取3 700.0 Pa。

3.1.3 电机功率参数确定

TB 工况所需的电机输入功率为1 328.5 kW，考虑选取5%的安全裕量，新送风机电机功率为1 400.0 kW。现有电机功率为1 700.0 kW，能够满足要求。

图4 给出新风机选型参数在原风机性能曲线上的分布情况。

图4 新选型参数点在其性能曲线上的位置

从图4 中可以看出：现有送风机运行点位于性能曲线下方，新确定的TB 点位置仅在其45°开度线位置，即现有送风机在45°以上开度属于完全无用的区域，风机裕量较大。

3.2 送风机节能改造手段简介

对于送风机节能改造，需要依据实际运行情况进行深入的节能优化技术研究，提出投资回收周期短的风机节能方案[6]。依据国内送风机节能改造经验，目前常用的送风机定制节能方案主要有：风机降速（双速）节能改造方案、叶片数减半节能改造方案和叶片优化改造方案[7]。

3.2.1 送风机降速（双速）节能改造方案

降低送风机出力最简单的方法就是降低风机运行转速[8]。通过对电机改造，可以将风机额定运行转速990 r/min 降为750 r/min。

但是该方案无法满足TB 工况的出力需求，中低负荷工况风机效率可提高11%～14%。预估年节约运行费用27.1 万元。改造需耗资140 万元左右，6 年内可回收成本。

3.2.2 送风机叶片数减半节能改造方案

通过减少叶片数变更叶片稠度可以降低风压。停机后将叶轮拆卸后返厂检修，将现在叶片数减半，并对叶柄进行密封封堵[9]。

改后风机性能可以满足各负荷工况要求。高负荷风机效率可提升3.3%，中、低负荷风机效率可提高8%以上，年可节约运行费用22.3 万元。叶轮返厂改造费用预估为100 万，5 年内可回收成本。不返厂改造费用预估为30 万，2 年内可回收成本。

3.2.3 送风机叶片叶型优化改造方案

可针对叶片进行变型设计优化，轮毂轴系等保持不变。根据新选型参数，降低风机出力，提高运行效率。该方案改动量少，能根据需要定制叶片型式[10]。

改后现有送风机高、中、低负荷效率分别提高4%、7%、8%，年节约运行费用约21.2 万元。改造耗资预估100 万元，5 年内可回收成本。

4 风机改后效果分析

根据试验数据和改造方案的分析，最终选择叶片数减半节能方案对风机进行改造。

将改前、后机组各负荷工况下集控的送风机电流对比列于图5。

图5 送风机改前、后电流对比

600MW、450MW 工况下，改后送风机总电流下降约30.6 A、14.1 A；300MW 工况下，改后送风机总电流基本不变。综上所述，本次改造非常成功，中、高负荷节能效果显著。

5 结论

本文详细介绍了送风机风机运行状态分析以及送风机节能改造方案研究，得出以下结论：

（1） 送风机风量裕量为10.3%，压力裕量为39.1%，裕量较大，风机与现有系统匹配性较差。送风机裕量较大，风机具有一定的节能空间。

（2） 根据送风机运行状态，定制了三种送风机节能方案：风机降速（双速）节能改造方案、叶片数减半节能改造方案和叶片优化改造方案，根据试验数据和改造方案的分析，最终选择叶片数减半节能方案对风机进行改造。

（3） 采用叶片数减半节能改造方案，根据改前、后机组各负荷工况下集控的送风机主要运行数据，600MW 工况下，改后送风机总电流下降约30.6 A；450MW 工况下，改后送风机总电流下降约14.1 A；300MW 工况下，改后送风机总电流基本不变。本次改造非常成功，中、高负荷工况下节能效果显著。