李成喜，王煥新，陳國艷

(1.武漢凱迪控股投資有限公司，湖北 武漢 430223;2.清華大學(xué)熱能系，北京 100084)

0 引言

風(fēng)機(jī)節(jié)能在國民經(jīng)濟(jì)各部門中的地位和作用是舉足輕重的。因而風(fēng)機(jī)的節(jié)能具有十分重要的意義［1］。造成風(fēng)機(jī)能耗較高的原因有多種。例如，由于通風(fēng)工程設(shè)計(jì)者對(duì)管網(wǎng)阻力計(jì)算不準(zhǔn)確，選用風(fēng)機(jī)的人員又擔(dān)心計(jì)算壓力和流量不能滿足工況需要，故選用過大的安全裕量，或者無適宜性能的風(fēng)機(jī)規(guī)格可選而選用風(fēng)機(jī)的高檔性能或高壓區(qū)。結(jié)果，由于層層加碼，造成所選用風(fēng)機(jī)的額定風(fēng)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過工況實(shí)需風(fēng)量。這時(shí)風(fēng)機(jī)操作者只好采用插板或調(diào)節(jié)門節(jié)流來增加阻力，以求減少風(fēng)量，使之符合工況要求。

風(fēng)機(jī)的配套電動(dòng)機(jī)容量選取偏大。由于國產(chǎn)電動(dòng)機(jī)的規(guī)格難以完全滿足風(fēng)機(jī)的配套，采購時(shí)往往選取高檔額定功率的電動(dòng)機(jī)，造成大馬拉小車，降低了電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷率，浪費(fèi)了電能。風(fēng)機(jī)使用中采用了不適宜的或效率低的調(diào)節(jié)方法，降低了風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)效率［2－4］。

據(jù)某煤炭公司對(duì)148臺(tái)礦井主通風(fēng)機(jī)的調(diào)查，運(yùn)行效率在70%以上的占10%左右;運(yùn)行效率低于55%的竟達(dá)59%。據(jù)某鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的調(diào)查，通風(fēng)機(jī)的平均運(yùn)行效率只有40%左右。某發(fā)電廠鍋爐鼓引風(fēng)機(jī)的最高運(yùn)行效率只有67.5%，最低僅為45.2%［5－7］。

因此，本文充分利用凱迪公司現(xiàn)有的設(shè)備進(jìn)行研究改造，以期取得良好的效果，為推廣風(fēng)機(jī)節(jié)能工作提供基礎(chǔ)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

1 引風(fēng)機(jī)性能

本試驗(yàn)引風(fēng)機(jī)選用兩臺(tái)電機(jī)功率800 kW的型號(hào)為Y6－40－26F引風(fēng)機(jī)，參數(shù)如表1所示。

2 試驗(yàn)工況

為了準(zhǔn)確掌握目前引風(fēng)機(jī)及其相關(guān)煙道的特性，為引風(fēng)機(jī)改型提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，進(jìn)行引風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算引風(fēng)機(jī)改型設(shè)計(jì)參數(shù)。通過鍋爐負(fù)荷分別在不同工況條件下，對(duì)兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，獲得其性能參數(shù)。

#1爐兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)甲和乙進(jìn)行試驗(yàn)，每次試驗(yàn)選擇8個(gè)工況，各個(gè)工況的試驗(yàn)內(nèi)容如下:

(1)工況1:甲引風(fēng)機(jī)單獨(dú)運(yùn)行，乙引風(fēng)機(jī)停用，鍋爐負(fù)荷為經(jīng)常出現(xiàn)的低負(fù)荷。

(2)工況2:甲引風(fēng)機(jī)單獨(dú)運(yùn)行，乙引風(fēng)機(jī)停用，甲引風(fēng)機(jī)進(jìn)口風(fēng)門開度為100%，鍋爐負(fù)荷調(diào)整至相應(yīng)引風(fēng)量下的負(fù)荷。

(3)工況3:啟動(dòng)乙引風(fēng)機(jī)，甲引風(fēng)機(jī)仍保持運(yùn)行，且它的進(jìn)口風(fēng)門開度仍保持100%，調(diào)整乙引風(fēng)機(jī)進(jìn)口風(fēng)門，使得鍋爐負(fù)荷達(dá)到額定值，且此時(shí)總引風(fēng)量為額定鍋爐負(fù)荷下的可能的最大值。

(4)工況4:兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)投用，鍋爐負(fù)荷、總引風(fēng)量維持在工況3下的數(shù)值，將兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)調(diào)整至相同電流。

(5)工況5:兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)投用，將鍋爐負(fù)荷調(diào)整至經(jīng)常運(yùn)行的高負(fù)荷，相應(yīng)調(diào)整兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)使得兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)保持相同的電流。

(6)工況6:兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)投用，將鍋爐負(fù)荷、總引風(fēng)量恢復(fù)到工況3下的數(shù)值，乙引風(fēng)機(jī)進(jìn)口風(fēng)門開度調(diào)整至100%，而甲引風(fēng)機(jī)進(jìn)口風(fēng)門開度調(diào)整至合適的數(shù)值。

(7)工況7:甲引風(fēng)機(jī)停用，乙引風(fēng)機(jī)單獨(dú)運(yùn)行，乙引風(fēng)機(jī)進(jìn)口風(fēng)門開度為100%，鍋爐負(fù)荷調(diào)整至相應(yīng)引風(fēng)量下的負(fù)荷。

(8)工況8:甲引風(fēng)機(jī)停用，乙引風(fēng)機(jī)單獨(dú)運(yùn)行，鍋爐負(fù)荷為經(jīng)常出現(xiàn)的低負(fù)荷。

由于工況3、工況6的一側(cè)引風(fēng)機(jī)進(jìn)口風(fēng)門全開、另一側(cè)引風(fēng)機(jī)進(jìn)口風(fēng)門開度較小，以致除塵器后的兩側(cè)煙道的煙氣量相差很大，使得煙氣量小的一側(cè)煙氣速度較低，部分測點(diǎn)速度接近于零甚至有回流，存在較大的煙氣量測量誤差，因此，對(duì)工況3、工況6的試驗(yàn)數(shù)據(jù)不作分析計(jì)算。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 不同試驗(yàn)工況下煙氣量特性

本試驗(yàn)分別對(duì)六種工況進(jìn)行試驗(yàn)，并對(duì)各個(gè)工況下的參數(shù)在不同氧量和不同轉(zhuǎn)速的條件下進(jìn)行了修正，如表2所示。關(guān)于表中的文字內(nèi)容在表后做了相應(yīng)注釋。

3.2 #1爐引風(fēng)量選型分析

由表2可以看出，在同等開度下，#1爐引風(fēng)機(jī)甲各項(xiàng)指標(biāo)、出力不及引風(fēng)機(jī)乙，故#1爐選擇引風(fēng)機(jī)甲改造，引風(fēng)機(jī)乙備用。將工況4煙氣量修正至常態(tài)、設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速、高氧量時(shí)的數(shù)值為105.93 m3/s，即在上述狀態(tài)下，鍋爐所需的總引風(fēng)量為105.93 m3/s，單臺(tái)引風(fēng)量為52.96 m3/s，取53 m3/s作為改型設(shè)計(jì)工況1的風(fēng)量用于#1爐風(fēng)機(jī)選型。

根據(jù)表2中試驗(yàn)結(jié)果，擬合出常態(tài)、設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速、高氧量時(shí)鍋爐負(fù)荷與引風(fēng)量的關(guān)系曲線與表格，#1爐如圖1所示。

圖1 #1爐引風(fēng)量與負(fù)荷關(guān)系圖

高負(fù)荷220 t/h、高氧量5.0%、引風(fēng)機(jī)進(jìn)口密度為0.87 kg/m3、引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為960 r/min時(shí)，鍋爐總引風(fēng)量為98.44 m3/s，單臺(tái)引風(fēng)機(jī)的引風(fēng)量為49.22 m3/s，取該值作為改型設(shè)計(jì)工況2的風(fēng)量用于#1爐風(fēng)機(jī)選型。

高負(fù)荷220 t/h、正常氧量3.5%、引風(fēng)機(jī)進(jìn)口密度為0.87 kg/m3、引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為960 r/min時(shí)，鍋爐總引風(fēng)量為90.00 m3/s，因此初步?jīng)Q定此時(shí)采用單側(cè)運(yùn)行，所以取該值作為改型設(shè)計(jì)工況3的風(fēng)量用于風(fēng)機(jī)選型完全滿足要求［8－10］。

3.3 不同試驗(yàn)工況下引風(fēng)機(jī)風(fēng)壓試驗(yàn)

由表3可見:將滿負(fù)荷試驗(yàn)工況4的引風(fēng)機(jī)風(fēng)壓修正至常態(tài)、設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速、高氧量時(shí)，此數(shù)值為:甲側(cè)6147 Pa，乙側(cè)6042 Pa，為了安全起見，加之乙側(cè)風(fēng)壓可能不可靠，取兩側(cè)中的較大值并近似至6150 Pa，作為改型設(shè)計(jì)工況1的風(fēng)壓用于風(fēng)機(jī)選型。該取值對(duì)應(yīng)的風(fēng)門開度仍為工況4的風(fēng)門開度72% ～81%，即按6150 Pa取值，引風(fēng)機(jī)仍有較大的風(fēng)壓富裕量。

高負(fù)荷220 t/h、高氧量5.0%、引風(fēng)機(jī)進(jìn)口密度為 0.87 kg/m3、引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為 960 r/min、鍋爐總引風(fēng)量為 98.44 m3/s、單臺(tái)引風(fēng)機(jī)的引風(fēng)量為49.22 m3/s時(shí)，所 需風(fēng)壓為 5308.5 Pa，近似 取5310 Pa作為改型設(shè)計(jì)工況2的風(fēng)壓用于風(fēng)機(jī)選型。

3.4 引風(fēng)機(jī)改型設(shè)計(jì)參數(shù)匯總確定

根據(jù)前面對(duì)幾種改型設(shè)計(jì)工況風(fēng)量、風(fēng)壓的推算，得出改型設(shè)計(jì)參數(shù)匯總?cè)绫?所示，按鍋爐負(fù)荷為220 t/h，引風(fēng)機(jī)投入運(yùn)行的是甲引風(fēng)機(jī)，電機(jī)功率800 kW容量。

經(jīng)過對(duì)鍋爐不同工況、不同煤種引風(fēng)機(jī)的引風(fēng)量、風(fēng)壓等所有相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行測試、試驗(yàn)，經(jīng)過調(diào)研、技術(shù)論證和立項(xiàng)批準(zhǔn)，決定引風(fēng)機(jī)重新選型改造;對(duì)主要部件葉輪、集流器、機(jī)殼蝸舌、出口煙道流線重新設(shè)計(jì)，原出口煙道擴(kuò)散角度約19°，不符合風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，規(guī)范要求出口煙道擴(kuò)散角度不大于12°，此次改造一并設(shè)計(jì)，重新制作。為了節(jié)省費(fèi)用，保留原風(fēng)機(jī)電機(jī)、風(fēng)箱、軸、軸承座等。根據(jù)性能試驗(yàn)結(jié)果，選取#1爐引風(fēng)機(jī)甲改造。

根據(jù)前面性能試驗(yàn)，對(duì)設(shè)計(jì)工況風(fēng)量、風(fēng)壓進(jìn)行推算，得出改型設(shè)計(jì)參數(shù)匯總，選擇國內(nèi)業(yè)績較好的引風(fēng)機(jī)專業(yè)制造廠家作為引風(fēng)機(jī)改造單位。

表2 #1爐引風(fēng)機(jī)風(fēng)量試驗(yàn)

表3 #1爐引風(fēng)機(jī)風(fēng)壓試驗(yàn)

表4 #1爐引風(fēng)機(jī)改型參數(shù)匯總

參照改型設(shè)計(jì)參數(shù)，根據(jù)本廠引風(fēng)機(jī)生產(chǎn)系列，最終確定選擇 Y4－60－14No.25.5F型引風(fēng)機(jī)，葉輪(包括防磨處理)、集流器，機(jī)殼等主要部件由成都電力機(jī)械廠制作，出口煙道由我公司自行按規(guī)范設(shè)計(jì)，設(shè)備安裝包括出口煙道安裝由我公司生產(chǎn)部承擔(dān)，改造后在現(xiàn)場進(jìn)行動(dòng)平衡調(diào)整試驗(yàn)。風(fēng)機(jī)改型后的性能參數(shù)如表5所示［11］。

表5 #1爐甲引風(fēng)機(jī)改型后參數(shù)

#1爐引風(fēng)機(jī)甲于#1機(jī)組大修期間開始施工，改型后投用前，甲風(fēng)機(jī)現(xiàn)場進(jìn)行了動(dòng)平衡調(diào)整，軸承振動(dòng)都不超過0.03 mm，機(jī)械性能符合規(guī)范。#1爐引風(fēng)機(jī)甲滿載運(yùn)行鍋爐平均負(fù)荷195 t/h左右，比改造前負(fù)荷平均上升25 t/h，單引風(fēng)機(jī)運(yùn)行基本能滿足當(dāng)前負(fù)荷要求，對(duì)風(fēng)機(jī)性能進(jìn)行了測試，數(shù)據(jù)表明，#1 爐引風(fēng)機(jī)效率為76.2%［12］。

3.5 經(jīng)濟(jì)性能分析

對(duì)電力市場和供熱市場按年發(fā)電利用小時(shí)6300 h、年供熱 210000 t，預(yù)測鍋爐年產(chǎn)汽3250000 t，機(jī)組的引風(fēng)機(jī)單耗比改造前平均下降1.44 kWh/t汽，則:

年節(jié)約廠用電:

3250000 t×1.44kW/t汽=468000 kWh

年實(shí)現(xiàn)凈效益:

4680000kWh× 0.469元/kWh=2194920元

項(xiàng)目改造后實(shí)現(xiàn)效益約219.5萬元/年。

4 結(jié)論

經(jīng)過對(duì)鍋爐不同工況、不同煤種引風(fēng)機(jī)的引風(fēng)量、風(fēng)壓等所有相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行測試、試驗(yàn)，決定對(duì)引風(fēng)機(jī)重新選型改造。參照改型設(shè)計(jì)參數(shù)，根據(jù)本廠引風(fēng)機(jī)生產(chǎn)系列，最終確定選擇 Y4－60－14No.25.5F型引風(fēng)機(jī)。另外對(duì)改型后的經(jīng)濟(jì)性能分析，可節(jié)約成本219.5萬元/年，效益可觀。

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