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文/曹巍 國家能源集團宿遷發電有限公司 王星 敬小磊 龐順 西安熱工研究院有限公司
引言
2021年10月份國務院印發的《2030年前碳達峰行動方案》中明確提出要開展節能降碳增效行動，實施重點行業如電力行業的節能降碳工程，推進重點用能設備如風機的節能增效工作。
電站風機作為火電機組的最大耗能輔機是節能工作的重點。風機節能首先通過系統優化將系統阻力和風量降低到合理水平，在此基礎上進行風機優化，才能達到最佳節能效果。
本文在管網不變的情況下對某電廠600MW容量2號機組送風機節能提效手段進行了探討和分析，綜合考慮初始投資、節能效果、運行安全性等因素，給出最佳的改造方案。經過改造，送風機在相同出力的工況下，電流下降明顯，取得了顯著的節能效果，改造非常成功。
一、設備概況及研究背景
（一）設備概況
某電廠1、2號鍋爐均配置2臺動葉調節式送風機，TB工況設計流量297m3/s、全壓4558Pa、風機效率83.5%。
（二）研究背景
投產以來一直存在著送風機運行開度較小，出口壓力較低的問題。初步判斷送風機裕量偏大，有一定節能空間。為了解實際運行狀態、對節能空間進行預估并提出可行的節能改造方案，需要對送風機進行熱態性能試驗，提出風機節能改造方案。
二、風機熱態性能試驗分析
（一）試驗標準及方法
依據電力行業標準DL/T469－2019《電站鍋爐風機現場性能試驗》和國家標準GB/T 10178－2006《工業通風機現場性能試驗》。
本次試驗對象：2號機組的送風機，試驗工況458MW和304MW。
（二）熱態性能試驗數據
送風機運行點換算至設計狀況在性能曲線上的位置如圖1所示。
圖1 送風機性能曲線及風機運行點
將試驗主要結果與性能曲線對應值進行比較列于圖2送風機主要試驗結果對比圖。
圖2送風機主要試驗結果對比圖
由表2數據可以看出：
送風機表盤與性能曲線的對應開度偏差較小，均在3°以內。
實測與曲線對應效率偏差超過5%，A側、B側效率最大偏低13.2%、13.9%。
推測現有送風機實際性能低于設計。
（三）風機運行狀態分析
由于試驗期間機組運行狀態受限，為進一步評估送風機在歷史典型運行工況617MW、604MW、243MW的情況。
根據歷史表盤數據和實測數據進行換算：
1.在458MW、304MW工況下，實測送風機總質量流量為1197.6t/h、782.1t/h，表盤顯示為1196.4t/h、746.8t/h，偏差均在5%以內。
2.表盤顯示風機開度與性能曲線對應的開度基本吻合。
3.實測送風機出口靜壓和表盤送風機出口靜壓基本一致。
表明表盤流量、開度、出口壓力準確。
因此，可根據表盤顯示的送風機流量、出口靜壓和開度標在性能曲線上，如圖3所示。
圖3典型工況預估運行點在性能曲線上的位置
將604MW工況實測參數換算至BMCR工況下流量269.2m3/s、壓力3277.6Pa，與設計參數（TB、BMCR工況流量297m3/s、260. 8 m3/s；全壓4558Pa、3798Pa）進行比較：
1.高負荷設計效率最高為86%，預估實際效率70%左右，風機實際與設計效率偏差較大；
2.動葉開度最大為37°，距離滿開度55°還有將近50%的裕量；
3.風量裕量為10.3%，壓力裕量為39.1%，裕量較大，風機與現有系統匹配性較差。
綜上分析可知：
1.現有送風機運行性能未達到設計值；
2.送風機裕量較大，具有一定的節能空間；
三、送風機節能改造方案研究
（一）送風機新選型參數確定
下文以夏季出力較大的歷史604MW工況數據為基準進行計算。
風量參數確定：
典型大負荷604MW工況下平均流量為238.1m3/s，換算BMCR平均流量為269.2m3/s，取10%的裕量作為TB點設計選型參數。即TB點參數為296.12m3/s，圓整取295.0m3/s。
壓力參數確定：
典型大負荷604MW工況下平均壓力為2628.3Pa，換算BMCR平均壓力為3277.6Pa，取15%的裕量作為TB點設計選型參數，可得TB點參數為圓整取3700.0Pa。
電機功率參數確定：
TB工況所需的電機輸入功率為1328.5kW，考慮選取5%的安全裕量，新送風機電機功率為1400.0kW。現有電機功率為1700.0kW，能夠滿足要求。
下圖4給出新風機選型參數在原風機性能曲線上的分布情況。
圖4新選型參數點在其性能曲線上的位置
從圖4中可以看出：現有送風機運行點位于性能曲線下方，新確定的TB點位置僅在其45°開度線位置，即現有送風機在45°以上開度屬于完全無用的區域，風機裕量較大。
（二）送風機節能改造手段簡介
對于送風機節能改造，需要依據實際運行情況進行深入的節能優化技術研究，提出投資回收周期短的風機節能方案。依據國內送風機節能改造經驗，目前常用的送風機定制節能方案主要有：風機降速（雙速）節能改造方案、葉片數減半節能改造方案和葉片優化改造方案。
（三）送風機降速（雙速）節能改造方案
降低送風機出力最簡單的方法就是降低風機運行轉速。通過對電機改造，可以將風機額定運行轉速990r/min降為750r/min。
但是該方案無法滿足TB工況的出力需求，中低負荷工況風機效率可提高11%~14%。預估年節約運行費用27.1萬元。改造需耗資140萬元左右，6年內可回收成本。
（四）送風機葉片數減半節能改造方案
通過減少葉片數變更葉片稠度可以降低風壓。停機后將葉輪拆卸后返廠檢修，將現在葉片數減半，并對葉柄進行密封封堵。
改后風機性能可以滿足各負荷工況要求。高負荷風機效率可提升3.3%，中、低負荷風機效率可提高8%以上，年可節約運行費用22.3萬元。葉輪返廠改造費用預估為100萬，5年內可回收成本。不返廠改造費用預估為30萬，2年內可回收成本。
（五）送風機葉片葉型優化改造方案
可針對葉片進行變型設計優化，輪轂軸系等保持不變。根據新選型參數，降低風機出力，提高運行效率。該方案改動量少，能根據需要定制葉片型式。
改后現有送風機高、中、低負荷效率分別提高4%、7%、8%，年節約運行費用約21.2萬元。改造耗資預估100萬元，5年內可回收成本。
四、風機改后效果分析
根據試驗數據和改造方案的分析，最終選擇葉片數減半節能方案對風機進行改造。
將改前、后機組各負荷工況下集控的送風機電流對比列于表5。
600MW、450MW工況下，改后送風機總電流下降約30.6A、14.1A；300MW工況下，改后送風機總電流基本不變。綜上所述，本次改造非常成功，中、高負荷節能效果顯著。
表5送風機改前、后電流對比
五、結論
本文詳細介紹了送風機風機運行狀態分析以及送風機節能改造方案研究，得出以下結論：
1.送風機風量裕量為10.3%，壓力裕量為39.1%，裕量較大，風機與現有系統匹配性較差。送風機裕量較大，風機具有一定的節能空間。
2.根據送風機運行狀態，定制了三種送風機節能方案：風機降速（雙速）節能改造方案、葉片數減半節能改造方案和葉片優化改造方案，根據試驗數據和改造方案的分析，最終選擇葉片數減半節能方案對風機進行改造。
3.采用葉片數減半節能改造方案，根據改前、后機組各負荷工況下集控的送風機主要運行數據，600MW工況下，改后送風機總電流下降約30.6A；450MW工況下，改后送風機總電流下降約14.1A；300MW工況下，改后送風機總電流基本不變。本次改造非常成功，中、高負荷工況下節能效果顯著。