600MW超臨界機組聯(lián)合引風(fēng)機選型分析

閆桂林

(廣東省粵電集團茂名熱電廠,廣東茂名 525000)

1 引風(fēng)機概況

目前,隨著國家對環(huán)保的要求不斷提高,高效電除塵器、電袋復(fù)合除塵器及布袋除塵器的大規(guī)模應(yīng)用已比較普及,引風(fēng)機入口煙氣的含塵量也不斷降低。廣東省粵電集團茂名熱電廠采用龍凈環(huán)保公司生產(chǎn)的電-袋復(fù)合除塵器,生產(chǎn)廠家對除塵器出口煙氣含塵量保證值＜26mg/m3,另外,葉片材質(zhì)及防磨措施的改進,又大大增加了風(fēng)機葉片尤其是動調(diào)風(fēng)機葉片的抗磨損能力。所以,風(fēng)機的抗磨損能力已不是制約廣東省粵電集團茂名熱電廠引風(fēng)機選型的關(guān)鍵因素。在國內(nèi)大型機組鍋爐所配置的引風(fēng)機中,各個電廠根據(jù)自身不同的使用情況,動葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(以下簡稱動調(diào)風(fēng)機)和靜葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(以下簡稱靜調(diào)風(fēng)機)都有較好的應(yīng)用。

靜調(diào)風(fēng)機有著安全可靠性高、耐磨性好、運行效率較高、維護方便等優(yōu)勢,占據(jù)了相對較高市場份額。但隨著大容量機組開始參與電網(wǎng)調(diào)峰,動調(diào)風(fēng)機國產(chǎn)化程度提高,煙氣含塵量下降,葉片材質(zhì)及耐磨措施的改進,動調(diào)風(fēng)機在機組調(diào)峰運行時能夠保持較高效率的優(yōu)勢,已引起了電廠有關(guān)方面的重視。

2 聯(lián)合引風(fēng)機選型分析

在關(guān)于動調(diào)、靜調(diào)引風(fēng)機的比較中,一般都會根據(jù)調(diào)節(jié)效率、設(shè)備費用、維護費用、可靠性分析等內(nèi)容進行比較。另外,根據(jù)目前廣東省粵電集團茂名熱電廠所面臨的實際情況:外系統(tǒng)電廠項目(如陽江核電、陽西電廠等大型發(fā)電項目)在茂名周邊陸續(xù)上馬,國家也加大了對西南水電和云南、貴州2省火電的開發(fā)力度,建設(shè)相應(yīng)輸電工程向廣東送電,可以預(yù)見的是,廣東省粵電集團茂名熱電廠今后不得不面對機組深度調(diào)峰的現(xiàn)實。所以,必須在機組調(diào)峰時,對2種風(fēng)機的運行經(jīng)濟性進行比較。

2.1 動調(diào)風(fēng)機與靜調(diào)風(fēng)機的運行經(jīng)濟性比較

表1是#7爐在不同工況下相關(guān)的鍋爐引風(fēng)機入口煙氣參數(shù)。

表1 不同工況下鍋爐引風(fēng)機入口煙氣參數(shù)

表2是根據(jù)#7機組風(fēng)機的選型參數(shù)(表1參數(shù))計算出的動調(diào)、靜調(diào)2種引風(fēng)機在不同負荷下的風(fēng)機效率和軸功率對比結(jié)果。經(jīng)簡單計算可以得出,在相同負荷下,動調(diào)風(fēng)機比靜調(diào)風(fēng)機所消耗的軸功率要小,隨著機組負荷的降低,動調(diào)風(fēng)機的節(jié)能優(yōu)勢會逐步提升。

參考#5、#6機組2009年度的負荷率和年運行小時數(shù),將#7機組投產(chǎn)后負荷率按75%、年運行小時數(shù)按8000h計算,機組年發(fā)電量為36億kW·h,機組在600MW(100%負荷)的運行小時數(shù)為1500h,在450MW(75%負荷)的運行小時數(shù)為5000h,在300MW(50%負荷)的運行小時數(shù)為1000h,在240MW(40%負荷)的運行小時數(shù)為500h,則2種風(fēng)機的能耗對比見表3。

表2 2種(單臺)風(fēng)機效率和軸功率對比

通過計算對比可見,單臺風(fēng)機運行1年時間,動調(diào)風(fēng)機比靜調(diào)風(fēng)機少耗能2981000kW·h,廣東省粵電集團茂名熱電廠上網(wǎng)電價按0.42元/(kW·h)計算,則每臺動調(diào)風(fēng)機運行1年比靜調(diào)風(fēng)機節(jié)約電費約為2981000×0.42=125.202(萬元)。

2.2 結(jié)構(gòu)比較

2.2.1 動調(diào)軸流式風(fēng)機

動葉可調(diào)即葉片角度在風(fēng)機運行中可依靠液壓調(diào)節(jié)機構(gòu)進行調(diào)節(jié),改變風(fēng)機風(fēng)壓、風(fēng)量。動調(diào)引風(fēng)機由進氣箱、帶整流導(dǎo)葉環(huán)的機殼、擴壓器和轉(zhuǎn)子組成。電動機通過中間軸傳動風(fēng)機主軸。機殼具有水平中分面,便于安裝和檢修。轉(zhuǎn)子有葉輪、軸承箱、中間軸和液壓調(diào)節(jié)機構(gòu)等組成。

軸承箱為整體式結(jié)構(gòu),借助于2個與主軸同心的支承環(huán),內(nèi)置于機殼內(nèi)筒中的下半法蘭上,軸承箱2個法蘭的下半部分與機殼內(nèi)筒的機座法蘭用螺栓固定。整體式軸承箱以及其固定方式保證無論拆裝多少次,總能保證葉輪和機殼同心,不需重新調(diào)心。

葉輪輪轂采用低碳合金鋼(輪轂和承載環(huán)為鍛件)焊接結(jié)構(gòu),質(zhì)量小、強度高、離心力小。葉片用高強度螺栓直接固定于輪轂內(nèi)的葉柄上,加上機殼中分面結(jié)構(gòu),更換葉片方便(2個工人8h即可更換整套葉片)。葉輪內(nèi)部設(shè)置平衡重,可以克服葉片回復(fù)力矩,所以,液壓調(diào)節(jié)裝置操縱力矩小,僅30～50N·m,采用100N·m電動執(zhí)行器即可方便調(diào)節(jié)。整體式的液壓和潤滑聯(lián)合油站自帶控制、保護、報警和聯(lián)鎖儀表,運行安全、可靠和動態(tài)操作方便。

引風(fēng)機的葉片采用低碳合金鋼,經(jīng)數(shù)控加工中心銑切并壓制成型,表面噴焊耐磨層,增強葉片的耐磨性。幾十家電廠引風(fēng)機的運行經(jīng)驗表明,引風(fēng)機耐磨層在灰塵質(zhì)量濃度為350mg/m3的情況下,可安全運行26000h以上,在葉片表面磨損后,還能修補7到8次并重復(fù)使用,輪轂壽命可保證30年以上。此外,廣東省粵電集團茂名熱電廠采用了電-袋除塵器,除塵器出口煙氣中灰塵質(zhì)量濃度＜26 mg/m3。所以,磨損問題已經(jīng)不再是制約引風(fēng)機選型的根本因素。

2.2.2 靜葉可調(diào)軸流式風(fēng)機

靜葉可調(diào)風(fēng)機在運行中風(fēng)機進口導(dǎo)葉依靠調(diào)節(jié)機構(gòu)可進行調(diào)節(jié),從而達到改變風(fēng)壓、風(fēng)量的目的。靜調(diào)風(fēng)機由進氣箱、進口調(diào)節(jié)門、整流導(dǎo)葉環(huán)的機殼、擴壓器和轉(zhuǎn)子組成。電動機通過鋼撓性聯(lián)軸器直接傳動風(fēng)機主軸。主軸兩端各有2個軸承座可作支持。葉輪與主軸用高強度螺栓直接聯(lián)接。葉輪檢修裝拆后,需重新調(diào)心。

動葉片是由低碳合金鋼板壓成扭曲葉片,與輪轂焊接。工業(yè)實踐中,在不加任何防磨措施時,在灰塵質(zhì)量濃度為250～400mg/m3的煙氣中其耐磨壽命可超過25000h,甚至有些煙氣中灰塵質(zhì)量濃度較低的電廠可達到50000h。為進一步提高風(fēng)機葉片及導(dǎo)葉耐磨壽命,可在葉輪葉片和后導(dǎo)葉上噴熔鎳基碳化鎢耐磨材料,硬度為55～60HRC。當(dāng)葉片磨損后需返廠將其從葉輪割掉,將輪轂表面打磨平整,沿周向在輪轂其他位置焊上新葉片,經(jīng)熱處理后使用。所以,更換4到5次葉片后,需更換整個葉輪。

表3 2種(單臺)風(fēng)機年能耗對比表

過去業(yè)內(nèi)人員普遍認(rèn)為靜調(diào)軸流風(fēng)機效率低,實際上目前采用的最新葉型的靜調(diào)風(fēng)機最高效率已經(jīng)與動調(diào)風(fēng)機的最高效率相當(dāng),其運行效率已大為提高。但靜調(diào)引風(fēng)機受其特性限制,高效率區(qū)比軸流式風(fēng)機小,風(fēng)機在機組低負荷運行時,效率下降較快,2種風(fēng)機綜合技術(shù)比較見表4。

2.3 風(fēng)機調(diào)節(jié)性能比較

從2種風(fēng)機的性能曲線圖可知,動調(diào)風(fēng)機及靜調(diào)風(fēng)機的等效率曲線均為橢圓形,等效率曲線的長軸與系統(tǒng)阻力曲線基本平行。就目前的風(fēng)機制造水平而言,2種風(fēng)機的等效率曲線中的最高效率已經(jīng)基本相當(dāng),但在機組降負荷運行時,靜調(diào)風(fēng)機的效率下降較快,而動調(diào)風(fēng)機的高效區(qū)域較寬,風(fēng)機效率下降相對較慢。因此,動調(diào)風(fēng)機具有較好的調(diào)節(jié)特性,靜調(diào)風(fēng)機次之。

表4 2種風(fēng)機綜合技術(shù)比較

2.4 風(fēng)機價格比較

就目前的市場價格來說,#7機組引風(fēng)機所配的5000kW等級的電動機單臺價格約為100萬元左右,靜調(diào)風(fēng)機(含測振儀、防喘振裝置等)單臺價格約為90萬元,動調(diào)風(fēng)機配國產(chǎn)液壓缸和進口調(diào)節(jié)機構(gòu)(含油站)單臺價格約為200萬元,即#7機組所配2臺風(fēng)機,如采用動調(diào)風(fēng)機比采用靜調(diào)風(fēng)機共需多投入220萬元左右。

2.5 維護、檢修費用比較

廣東省粵電集團茂名熱電廠除塵器采用龍凈環(huán)保公司生產(chǎn)的電-袋復(fù)合型除塵器,廠家對除塵器出口煙氣中灰塵質(zhì)量濃度保證值＜26mg/m3,在葉片及導(dǎo)葉的磨損問題上,動調(diào)風(fēng)機和靜調(diào)風(fēng)機的差異基本相當(dāng),所以,對2種風(fēng)機在維護和檢修費用進行比較,統(tǒng)一按照機組1個大修周期(40000h)風(fēng)機所需更換的備品備件來比較。

經(jīng)過機組1個大修周期后,動調(diào)風(fēng)機更換1組動葉片的費用約40萬元/臺(套),后導(dǎo)葉0.6萬元/臺(套),主軸承和幾十個葉柄軸承共約12萬元/臺(套),進口密封元件約8萬元/臺(套),液壓油站元件10萬元/臺(套),即動調(diào)風(fēng)機1個大修周期后所需要更換備件費用總計約70.6萬元;經(jīng)過機組1個大修周期后,靜調(diào)風(fēng)機更換1組動葉片的費用約20萬元/臺(套),后導(dǎo)葉1.2萬元/臺(套),主軸承約10萬元/臺(套),即靜調(diào)風(fēng)機1個大修周期后所需要更換備件費用總計約31.2萬元。

3 結(jié)論

針對廣東省粵電集團茂名熱電廠引風(fēng)機選型所面對的實際情況,采取了具體問題具體分析的方法。綜合計算分析可知,機組經(jīng)歷1個大修周期(40000 h),動調(diào)風(fēng)機在運行經(jīng)濟性上比靜調(diào)風(fēng)機可節(jié)約電費約626.01萬元,但動調(diào)風(fēng)機比靜調(diào)風(fēng)機需多支出的檢修維護費用約為39.4萬元,即在機組1個大修周期,動調(diào)風(fēng)機比靜調(diào)風(fēng)機共節(jié)約費用約為:586.61萬元。

基于上述計算和分析,廣東省粵電集團茂名熱電廠#7機組引風(fēng)機選型推薦采用動調(diào)風(fēng)機。