田 田，龔 峻，盛 澍，唐海寧，丁 宏，劉 賓，楊祖旺，周 靜，譚厚章

(1.揚(yáng)州第二發(fā)電有限責(zé)任公司，江蘇 揚(yáng)州 225000；2.西安格瑞電力科技有限公司，西安 710049； 3.西安交通大學(xué)，西安 710049)

0 引 言

隨著環(huán)境污染問(wèn)題的日益嚴(yán)重，國(guó)家對(duì)節(jié)能減排的要求也逐步提高。在超低排放的背景下，節(jié)約能源意味著減少排放。電廠中的重要輔助設(shè)備占據(jù)了廠用電的絕大部分，提高重要輔助設(shè)備的運(yùn)行效率，降低其能耗，對(duì)電廠運(yùn)營(yíng)的降本增效、節(jié)能減排具有十分明顯的正面作用[1-2]。

某電廠#1機(jī)組(600 MW)在額定工況下，兩臺(tái)一次風(fēng)機(jī)長(zhǎng)期處于低效區(qū)域運(yùn)行，其進(jìn)口導(dǎo)葉的開(kāi)度僅為30%～35%，根據(jù)一次風(fēng)機(jī)性能曲線(xiàn)，一次風(fēng)機(jī)長(zhǎng)期處于低效區(qū)域運(yùn)行，反映出設(shè)備參數(shù)選擇的不夠合理，需先對(duì)一次風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行性能摸底實(shí)驗(yàn)，針對(duì)問(wèn)題進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)調(diào)整改造，提高一次風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行效率，降低設(shè)備的能耗[3-4]。

另外，#1機(jī)組一次風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子組件經(jīng)過(guò)多年運(yùn)行已逐漸老化，通過(guò)無(wú)損檢測(cè)發(fā)現(xiàn)其葉輪側(cè)板已有裂紋，因此從提高設(shè)備運(yùn)行可靠性方面來(lái)看，也需對(duì)一次風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子組件換型改造。本次優(yōu)化改造項(xiàng)目針對(duì)這些問(wèn)題提出了提高風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率的措施，對(duì)國(guó)內(nèi)具有重要的參考價(jià)值。

1 提效改造

1.1 改造設(shè)備

該電廠#1機(jī)組安裝有美國(guó)B&W公司生產(chǎn)的2 000 t/h鍋爐，采用固態(tài)排渣方式，為亞臨界一次再熱自然循環(huán)汽包爐，前后墻布置旋流燃燒器，配備直吹式制粉系統(tǒng)，安裝有六臺(tái)MPS-89G磨煤機(jī)。兩臺(tái)一次風(fēng)機(jī)(1A、1B)由美國(guó)TLT-Babcock生產(chǎn)的離心式風(fēng)機(jī)，規(guī)格為：1464AZ/1355，一次風(fēng)機(jī)改造前的試驗(yàn)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 一次風(fēng)機(jī)改造前試驗(yàn)參數(shù)

1.2 問(wèn)題和研究思路

經(jīng)過(guò)改造前的一次風(fēng)系統(tǒng)性能試驗(yàn)以及設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)主要發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)問(wèn)題：(1)兩臺(tái)一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率低：改造前在#1機(jī)組在額定工況下，一次風(fēng)機(jī)入口導(dǎo)葉的開(kāi)度約30%，根據(jù)一次風(fēng)機(jī)性能曲線(xiàn)，反映出風(fēng)機(jī)長(zhǎng)期處于低效區(qū)域運(yùn)行，運(yùn)行效率僅為55%左右。本次提效改造的目標(biāo)是增加一次風(fēng)機(jī)入口導(dǎo)葉開(kāi)度，減少節(jié)流損失，提升風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率至70%以上，從而達(dá)到降低一次風(fēng)機(jī)電耗的目的。(2)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子組件老化較嚴(yán)重，裂紋有擴(kuò)展風(fēng)險(xiǎn)，存在安全隱患。

綜合上述存在的兩個(gè)問(wèn)題，本次提效改造分別提出了以下研究思路：(1)風(fēng)機(jī)效率偏低的研究思路：造成一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率低下的主要原因是風(fēng)機(jī)選型時(shí)P-Q曲線(xiàn)與一次風(fēng)系統(tǒng)阻力特性匹配不佳造成的。無(wú)論風(fēng)機(jī)采用什么形式調(diào)節(jié)(擋板調(diào)節(jié)或變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié))，如果風(fēng)機(jī)特性與系統(tǒng)阻力特性不匹配，風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率都會(huì)下降。因此，要使風(fēng)機(jī)能高效安全運(yùn)行，首先要使所選風(fēng)機(jī)的運(yùn)行特性與系統(tǒng)的阻力特性相匹配；(2)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子組件老化損傷的研究思路：由于一次風(fēng)機(jī)葉輪外形特異，如對(duì)裂紋部位打磨補(bǔ)焊處理，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，補(bǔ)焊部位仍有可能開(kāi)裂，因此選擇重新設(shè)計(jì)、制造新的轉(zhuǎn)子組件，以做更換處理。

圖1 實(shí)際風(fēng)機(jī)與選型風(fēng)機(jī)阻力特性曲線(xiàn)

1.3 改造方案

改造方案包括如下內(nèi)容：(1)依據(jù)上述研究思路，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和分析，結(jié)合鍋爐運(yùn)行的相關(guān)數(shù)據(jù)以及煤質(zhì)等數(shù)據(jù)，得出實(shí)際風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的阻力特性曲線(xiàn)，確定最經(jīng)濟(jì)合理的改造后風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)；(2)采用專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)與之匹配的高效的風(fēng)機(jī)葉型；(3)在試驗(yàn)室進(jìn)行仿真模擬試驗(yàn)，對(duì)風(fēng)機(jī)葉型的性能進(jìn)行測(cè)試校核，最終確定風(fēng)機(jī)參數(shù)及葉型，以保證風(fēng)機(jī)在各工況點(diǎn)的效率不會(huì)太低，使之與一次風(fēng)系統(tǒng)最大程度的相匹配；(4)最后，委托國(guó)內(nèi)高水平的的風(fēng)機(jī)制造廠家加工制作，在出廠前進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)。具體的阻力特性曲線(xiàn)、選型的葉輪流場(chǎng)分布如圖1和圖2所示。

圖2 選型后的葉輪流場(chǎng)分布

1.4 改造施工

現(xiàn)場(chǎng)的改造施工工期為30天，改造方案主要是：(1)更換兩臺(tái)一次風(fēng)機(jī)的葉輪和集流器，改變?nèi)~片型線(xiàn)，重新設(shè)計(jì)葉輪，使實(shí)際需要的風(fēng)量風(fēng)壓靠近高效區(qū)；(2)保留風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)、傳動(dòng)組、軸系不變；(3)保留風(fēng)機(jī)蝸殼外殼不變；(4)為了使現(xiàn)有蝸殼能與改后葉輪配合，根據(jù)葉輪情況對(duì)蝸舌進(jìn)行局部改造；(5)改變風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口(集流器)與葉輪入口(前盤(pán))的密封形式，采用端面和徑向雙密封形式。在集流器內(nèi)部加裝銅質(zhì)密封環(huán)，使端面密封間隙<0.5 mm，徑向密封間隙<3 mm，進(jìn)一步減小風(fēng)機(jī)內(nèi)漏損失，提高風(fēng)機(jī)效率。具體的施工流程如圖3所示。

2 試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)內(nèi)容

改造前性能試驗(yàn)用于尋找一次風(fēng)機(jī)出現(xiàn)上述問(wèn)題的原因，所需工況較少，選擇在鍋爐負(fù)荷600、480、360 MW三個(gè)工況下進(jìn)行，試驗(yàn)測(cè)定了一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行的流量、壓力、功率以及其他相關(guān)運(yùn)行參數(shù)。試驗(yàn)期間要求將機(jī)組鍋爐各項(xiàng)參數(shù)調(diào)整到正常狀態(tài)，保持機(jī)組負(fù)荷和鍋爐燃燒穩(wěn)定，保持鍋爐氧量、爐膛負(fù)壓為正常穩(wěn)定狀態(tài)，試驗(yàn)時(shí)期間保持鍋爐不吹灰。

圖3 施工流程圖

改造后需詳細(xì)評(píng)估一次風(fēng)機(jī)的工作性能，所需試驗(yàn)工況較多，具體包括：

(1)工況1和工況2：在機(jī)組100%BRL工況下，六臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行，進(jìn)行兩臺(tái)一次風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)，負(fù)荷分別為600 MW和300 MW；

(2)工況3：在機(jī)組100%BRL工況下，五臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行，進(jìn)行兩臺(tái)一次風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)，負(fù)荷為600 MW；

(3)工況4：在機(jī)組熱態(tài)條件下，進(jìn)行一次風(fēng)機(jī)1B的TB工況性能試驗(yàn)，負(fù)荷為249 MW；

(4)工況5：在機(jī)組冷態(tài)條件下，進(jìn)行一次風(fēng)機(jī)1B的TB工況性能試驗(yàn)。

2.2 改造前后一次風(fēng)機(jī)熱態(tài)試驗(yàn)結(jié)果

改造前一次風(fēng)機(jī)熱態(tài)試驗(yàn)內(nèi)容包括三個(gè)工況：600、480、360 MW，將A、B二側(cè)風(fēng)機(jī)計(jì)算結(jié)果平均得到：三種負(fù)荷下風(fēng)機(jī)全壓效率為54.80%、51.94%和45.23%。提效改造后，工況1(600 MW)，6臺(tái)磨運(yùn)行時(shí)，風(fēng)機(jī)的全壓效率提高了20.87%，提升十分明顯；工況2(300 MW)，6臺(tái)磨運(yùn)行時(shí)，風(fēng)機(jī)全壓效率提高了近19.70%，在低負(fù)荷下，其節(jié)流損失很少，效率提升同樣相當(dāng)明顯；工況3(600 MW)，5臺(tái)磨運(yùn)行時(shí)，兩臺(tái)風(fēng)機(jī)的全壓效率分別高達(dá)78.17%和76.90%，均能夠運(yùn)行良好；工況4和5運(yùn)行時(shí)，一次風(fēng)機(jī)1B單獨(dú)運(yùn)行時(shí)其全壓效率在75%左右，這也表明風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)良好，提效改造成果顯著。

改造前兩臺(tái)一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行的電流分別為94.9A和94.1A，經(jīng)過(guò)節(jié)能提效改造后兩臺(tái)一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行的電流分別下降為77.2A和76.6A，分別下降了17.7A和17.5A，降低約19%，具有顯著的節(jié)能效果。

此外，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行后，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子未再發(fā)現(xiàn)裂紋，運(yùn)行良好。

2.3 經(jīng)濟(jì)效益

本次#1機(jī)組兩臺(tái)一次風(fēng)機(jī)節(jié)能提效改造項(xiàng)目總費(fèi)用約180萬(wàn)元，改造后風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率提高約20%，根據(jù)該電廠月度技術(shù)指標(biāo)完成情況統(tǒng)計(jì)，#1機(jī)組一次風(fēng)機(jī)改造前、改造后的參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 一次風(fēng)機(jī)改造前后的參數(shù)對(duì)比

按上表統(tǒng)計(jì)，2017年8月與2018年8月#1機(jī)組的發(fā)電量基本相同，每度電按0.4元計(jì)算，同比節(jié)省費(fèi)用為=電價(jià)×電量×(2017年8月電耗-2018年8月電耗)=0.4×31400×(1.08-0.89)/100=23.86萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。同時(shí)，風(fēng)機(jī)葉輪更換后消除了側(cè)板開(kāi)裂的安全隱患，設(shè)備運(yùn)行的安全性大幅提高。

3 結(jié)束語(yǔ)

(1)本次提效改造針對(duì)風(fēng)機(jī)效率低下和風(fēng)機(jī)葉輪老化問(wèn)題進(jìn)行了充分的理論論證、模型試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，確定了對(duì)一次風(fēng)機(jī)葉輪進(jìn)行換型改造的方案。

(2)改造結(jié)果顯示：在600 MW和300 MW負(fù)荷下風(fēng)機(jī)全壓效率均得到了顯著提高，提高了約20%，其他工況下風(fēng)機(jī)也同樣處于高效運(yùn)行狀態(tài)；滿(mǎn)負(fù)荷狀態(tài)下風(fēng)機(jī)運(yùn)行電流較改造前降低了19%，節(jié)能效果顯著。

(3)改造后每月可直接節(jié)省電費(fèi)約23萬(wàn)元，避免由于葉輪損壞造成的設(shè)備停運(yùn)搶修，經(jīng)濟(jì)效益、安全效益顯著。