电站风机节能改造.ppt
电站风机节能与改造,西安热工研究院有限公司二一年八月,岳佳全 13519195029,主要内容,1 我国电站风机现状及目前存在的主要问题2 电站风机节能改造途径3 电站风机节能改造技术与方法4 节能改造实例,1 我国电站风机现状及目前存在的主要问题,1.1本课件所讲风机主要包括锅炉的送风机、引风机、一次风机、排粉机、脱硫增压风机等大型风机。通常电厂里各风机的发电厂用电率所占比例均较高，因此设法降低风机耗电率，对电厂的经济运行有着十分重要的现实意义。,1.2我国电站风机的总体技术水平己进入国际先进行列，但为满足我国火力发电的实际需求，在制造工艺、质量管理、选型设计和运行水平等方面还需进一步提高。,1.3电站轴流风机制造水平 我国大型电站风机主要生产厂家沈阳鼓风机厂、上海鼓风机厂、成都电力机械厂、豪顿华公司和武汉鼓风机厂均引进了国外先进的轴流风机技术，经过多年对多家引进技术的消化吸收和自主开发，目前我国生产的电站轴流式风机，不论是动叶调节还是静叶调节己能满足我国火电机组发展的需要，且己出口到国外(包括一些发达国家)，说明我国电站轴流风机的制造水平己进入了世界先进行列。,1.4电站离心式风机制造水平 我国早从上世纪六十年代起就开发了具有世界先进水平的4-72、4-73型电站离心式风机，随后西安热工研究院又开发出了一大批适用于我国火力发电技术发展各时期需要的电站离心式风机，如4-60、5-52、5-36、5-29、6-22等。目前我国已能生产出具有国际先进水平的电站离心式风机，能够满足我国火力发电技术发展的需要。,1.5风机运行中存在的问题1.5.1轴流风机失速的机率高，尤其是阻力变化较大的一次风机、引风机、脱硫增压风机；1.5.2风、烟管道异常振动屡见不鲜，特别是一次风管道，密封风管道等；1.5.3高压离心风机变频后引起风机异常振动，风量风压波动；,1.5.4轴流风机变频改造后在某些常用频率产生共振导致风机不能安全运行；1.5.5风机调节不够灵活、由卡涩、失灵等引起的实际调节位置与指示值偏差大，影响并联操作和稳定运行；1.5.6风机和电机轴承振动问题也还比较突出；1.5.7调节叶片脱落、转子裂纹失效还时有发生；1.5.8运行噪音高，基本上达不到85dB的要求。,1.6 我国电站风机节电潜力较大总体来说，我国电站风机平均耗电率均较高，节电潜力较大。主要原因有：(1)风机选型参数确定不合理；(2)风机选型不当；(3)风机可靠性较差；(4)燃煤变差后风机出力增加；(5)运行操作不尽合理；(6)机组负荷率低；(7)在脱硫脱硝改造中由于场地受限烟气管道设计不合理导致耗电量高；(8)变转速调节装置不能正常投运。,2 电站风机节能改造途径,2.1 选择与锅炉风烟系统相匹配的风机,目前，我国大型电站锅炉风机几乎均是高效风机，但其在电厂运行的经济性却有较大差别。最主要原因是不同风机的特性与其工作的管网系统阻力特性匹配性能有较大差异。因此，选择好与锅炉风(烟)系统匹配的风机是节能改造工作的重中之重。,2.2 采用先进的调节方式,锅炉风机在选型时均留有一定裕量，主要是考虑煤质的变化、锅炉主辅设备状况变差等因素的影响，很多厂所配风机裕量都较大，另外参与调峰的机组负荷率较低。因此，锅炉风机总是在部分负荷下运行。显然，电站风机的调节性能比较关键，对电站风机的节能改造另一方面就是对调节方式的改造。,2.3 改造低效运行的风机,目前，尽管在我国大型电厂使用的电站风机几乎全是高效风机，但由于种种原因，其运行效率较低的风机还不少。对这些风机进行改造，提高其运行效率，是我国电站风机节能改造的重要途径。,2.4 改造不合理的风机进出口管道布置,风机进、出口管道布置不合理不仅会增加风（烟）系统阻力，增加风机电耗，甚至会直接影响风机的性能。特别是风机进口管道布置不合理，会破坏风机进口气流的均匀性，使风机出力和效率显著降低。因此，改造不合理的进、出口管道布置也是风机节能改造的又一途径。,2.5 提高电站风机运行的安全可靠性,电站风机的可靠性直接关系到发电机组的安全经济性。如果风机的故障率高，则会造成发电机组非计划停运或非计划降低出力运行，直接损失发电量和降低机组运行经济性。因此，提高风机可靠性改造，降低其非计划停运率，无疑是电站风机的另一重要节能改造途径。,2.6 对风烟系统进行优化调整,对风烟系统进行优化调整，特别是锅炉启停和低负荷下的优化调整，以减少节流损失，提高风机实际运行效率，也是电站风机节能的不可忽视的途径。,3 电站风机节能改造技术与方法,3.1 选择与锅炉风(烟)系统 相匹配的风机型式和大小,要选择到与锅炉风(烟)系统相匹配的风机，一是必须全面准确提供风机选型设计所需的原始数据和各工况参数；二是合理确定风机的型式和大小。,1)合理确定风机选型设计参数,风机选型设计参数是否合理是风机运行经济性好坏的首要关键，选大了则会使风机运行不到高效区内，造成高效风机低效运行的后果。甚至可能导致离心风机及其进出口管道的剧烈振动和轴流风机失速(喘振)等不安全现象发生，威胁机组的安全经济运行。选小了又会造成不能满足机组满发的需要。,我国电站风机的选型参数均是按锅炉最大连续蒸发量所需的风(烟)量和风(烟)系统计算阻力加上一定的富裕量确定的。其中锅炉本体的风(烟)量和风(烟)系统阻力由锅炉厂提供，辅机设备的出力、阻力、漏风等由制造厂提供，锅炉岛内的风、烟管道由设计院设计，最终选型设计参数由设计院提出。因此，作为业主单位必须深入了解锅炉和辅助设备制造厂提供的参数是否留有裕量及其大小(特别是空气预热器一、二次风的漏风率、制粉系统的出力及阻力)；设计院的管道设计是否合理和风(烟)量及阻力计算时是否已留有裕量；最后总的裕量是否合适等。要合理确定风机选型设设参数，必需提供正确完整的原始数据和合理选择风量和风压裕量。,这里要特别强调的是，提供风机的选型参数不能只有一个设计工况点参数，如果只有TB和BMCR两工况点的参数就选择风机，往往造成选出的风机不能满足低负荷工况的需要。甚至造成轴流风机失速（喘振），或离心风机工作在气流高脉动区，给风机安全稳定运行带来隐患。,2）合理选取风量和风压裕量,一次风机风量裕量宜选取20%25%，另加温度裕量，可按“夏季通风室外计算温度”来确定；风机压力裕量宜为20%(CFB锅炉一次风机可扩大到25%)。当采用三分仓或管箱式空气预热器时，送风机风量裕量宜为5%10%，另加温度裕量，可按“夏季通风室外计算温度”来确定；风机压力裕量宜为10%20%。引风机烟气量裕量宜选取10%，另加15的温度裕量；风机压力裕量宜为20%。,3)风机型式选择原则,不同类型的大型电站风机比转速的范围大致如下：离心风机：ns=1880静调子午加速轴流式风机：ns=80120静调标准轴流和动调轴流式风机：ns=100200,4)风机型号大小选择,为选择到合适的风机型式和型号，首先要有风机所在系统的阻力特性，即发电机组在各种负荷工况及可能的异常工况下运行时该系统的流量和阻力。其次要了解机组的负荷特性(即负荷率)。,选型时，首先按TB工况参数选取风机型式和型号大小，然后将系统阻力特性(换算到所要选择的风机特性曲线相同的状态)画到所选的风机性能特性曲线图上，观查所要选的风机是否能满足安全稳定运行的需要。即阻力线要完全落在风机稳定区域内且失速裕度足够。,在满足安全运行需要后，再按机组不同负荷下的参数查出风机效率，并据各负荷下的运转时间计算出耗电量进行比较，选择年耗电量最小的风机型号。但在确定风机型式(离心、动调轴流、静调轴流)时，还要考虑风机设备费、年维护费、基础费、占地大小及运行可靠性等进行技术经济比较后再最终确定。,3.2 选择适合的风机调节方式,1)风机调节方式初步比较,风机最好的调节方法为无级变转速调节，其于依次是动调轴流和双速静调轴流风机、双速离心式风机、单速静调轴流风机、入口导叶调节离心风机、采用进风箱进口百叶窗式挡板调节的离心式风机最差。无级变转速调节在我国电厂中成功应用的主要有：调速型液力耦合器和变频器,2)风机调节方式选取原则,风机调节方式选取的原则显然是：在满足安全可靠条件下，长期运行的经济性最好。可用技术经济比较方法相关标准计算的方法来评定。,3)调节方式的选取及变速调节注意事项,（1）对于离心式风机的高压一次风机（如CFB锅炉的一、二次风机）若裕量较大。建议采用变频调速。如考虑到功率较大，变频器价格较高，若机组低负荷运行时间较短，也可选择调速型液力耦合器调速。如选用静叶调节轴流式引风机，可进行试验后论证采用变速调节的投资回收。,（2）在运风机上加装变转速装置应注意的问题在己投运的风机上加装变转速装置，更要注意风机与管网系统是否匹配的问题。如果风机与管网系统匹配不好，即机组满负荷运行或风机全速运行调节机构(如有)全开时，风机运行效率就不高。那么即使采用变速调节，风机运行效率也还是低的。对此，必须首先对风机进行改造，然后再选配变速调节设备。,确定是否需采用变速调节的方法是：首先通过试验确定系统的阻力线，然后将现有风机的性能曲线转换为转速调节的性能曲线，并将系统的阻力特性线绘在其中，若此阻力线在最高效率区，则可认为改变转速调节的同时不必进行风机改造。否则需进行风机改造。但是否改用变转速调节，还需根据机组负荷率情况进行仔细的经济比较。避免节电不省钱的状况发生。,另外，在己投运的风机上加装变转速装置，要注意防止在某些转速下运行时发生风机某构件、风烟道共振和轴系扭振的发生。,对于前弯风机，还应特别注意调速后可能出现失速抢风问题。因为前弯风机的压力特性线也成马鞍形状，也有失速区。对于阻力不是随流量成平方关系变化的管网特性(如正压直吹式制粉系统)来说，一次风机的运行点将随着转速的降低向着小流量区即更接近失速区移动。当转速降到一定程度后，风机就进入失速区运行。若此时是两风机并列运行，必发生抢风现象。,3.3 改造低效运行风机的技术,以往，电站风机改造主要是推广高效风机。西安热工研究院在总结国内电厂风机改造的经验教训之后，提出了风机改造的新思路。即注重发挥改造的整体效益，而不是片面追求风机本身的最高效率。将改造低效运行风机提高运行效率和提高风机本身运行可靠性结合起来；将降低风机运行电耗同尽量节省改造费用结合起来；在进行风机本身改造的同时，充分考虑管路系统特性及运行方式等，使节能改造效果更显著。风机改造的步骤和主要方法是：,1)改前试验,通过改前风机运行性能试验，得出系统阻力特性；评价风机与管网系统的匹配情况和风机进、出口管道布置的合理性；确定合理的风机设计参数；以及在风机改造的同时有无必要改造系统中的其它设备和管道。,2)确定风机改造范围,根据改前试验结果，首先看有否通过改变电机极对数(即电机转速)而不进行风机改造的可能。进行风机选型设计时，要尽可能利用原风机设备部件(如电机、基础、传动组、等尽可能不换，机壳尽量少改或不改)，减少改造工作量和成本。,3)进行结构设计,采用先进的有限元法对叶轮整体应力进行计算，合理选用材料及其厚度；对引风机及排粉机应采取有效防磨措施；对各连接部件尽量按损失小的方法进行设计。在材料及结构选择上既要考虑强度要求又要考虑振动要求。,4)选择合适的调节方式,经技术经济分析，选择调节效率和可靠性高的调节装置。,5)改造不合理的进出口管道布置,在改造风机的同时，改造不合理的风机进出口管道布置。或在不合理的弯道处加装导流叶片。以改善风机工作条件、降低系统阻力，从而达到多节电的目的。,6)严把制造安装质量。,要求安装单位严格按照厂家图纸施工，保证将各种间隙调整至合格范围。,7)重视风机启动调试,特别要注意需并联运行的风机在各种可能并列工况下的并车情况，防止抢风现象发生。并制定风机合理的运行操作方式。,3.4 改造不合理的管道布置,风机进出口管道布置不合理，不仅直接影响风机的性能，还影响风机结构的可靠性。风机进口管道以平直管段为最佳，一般要求进口直管段长度不小于2.5倍管路当量直径。,3.5 提高电站风机的安全可靠性,随着火力发电机组容量的迅速大型化，电站风机事故趋多，尤其是大型电站风机故障较频繁，造成的损失很大，且故障原因复杂，远不仅仅是通常人们认为的制造质量问题。如相同的风机在某电厂能安全运行，而在另一电厂则发生损坏，甚至在一台锅炉上的两台同一厂家生产、同型号、同用途的风机，一台能安全运行，而另一台则频繁出事故。,西安热工研究院根据多年来从事电站风机应用研究、大量风机设计和改造工程、故障诊断的实践经验，以及典型事故分析得出，为提高我国大型电站风机运行的可靠性，必须从风机的设计、制造、选用、安装、运行维护以及进出口管道布置等环节采取措施才能奏效。,2)风机安装试运转正常后，应进行风机性能和实际系统阻力特性试验，以确定风机在实际系统中的性能和各实际运行工况点在风机实际性能曲线中的位置，判断该风机是否选择恰当、在运行中是否有危险，以及在运行中如何避开可能有危险的运行工况。,3)如有条件，最好在上述试验的同时测量风机气流的脉动情况（包括脉动幅值、频率及其随运行工况的变化），并设法避免风机在高脉动区及危险频率下长期运行。,4)轴流式风机应避免所有可能的运行工况点落入失速区（不稳定工况区）内运行，离心式风机应避免调节门开度在30%以下长期运行。,5)对装有失速保护装置的轴流风机，在正式投运前应对失速保护装置进行试验校正。在风机正式投入运行后，还应定期进行校正和试验，保证其有效和动作准确。,6)在正式投运前应对并联运行的风机进行并车试验（包括在运行中可能遇到的各种并车工况和方式），以确定并车条件和操作方式，避免“抢风”现象的发生。,7)风机的运行参数，如风量、风压、电流及调节门开度应在控制室内有仪表正确显示，以便运行人员随时了解风机的实际工况点位置，避免在不希望的工况下运行。,8、对于采用变速调节的风机，必须避开可能造成传输频率与叶轮构件（特别是叶片）、进出口管道的自振频率相等的转速下运行。以及变速调节后风机挡板全开后导致的风机失速问题。,9)定期对调节系统进行检查。如行程范围、灵活性、准确性、各调节叶片动作一致性及其实际开度与指示仪表的一致性等。,4 电站风机节能改造实例,4.1 引风机和增压风机合并的节能改造,4.1.1 简况,国电北仑电厂21000MW机组的锅炉系东方锅炉（集团）股份有限公司制造的DG3000/27.46II1型超超临界变压运行本生直流炉，每台锅炉配备两台成都电力机械厂生产的AN+X37e6(v13+4)型静叶可调轴流式引风机和两台AP1-45/22型动叶可调轴流式增压风机。,4.1.2 引风机设备规范,4.1.3增压风机设备规范,4.1.4引风机性能曲线试验结果,4.1.5增压风机性能曲线及试验结果,4.1.6 试验结论,根据试验结果：现配引风机和电动机不需经任何改动，其性能就可满足取消增压风机实现引风机与增压风机合并运行的要求，失速安全裕度足够，运行效率还比目前引风机运行效率高5%以上。引风机与增压风机合并不仅可行，而且十分必要。合并时不需要改动现有设备，只需在引风机和增压风机之间加设连通风道即可。合并后运行情况如下图所示,4.1.7引增合并后引风机运行情况,4.1.8引增合并后小汽机拖动运行情况,4.1.9引增风机合并后节能量,4.1.10 改造后效果及评价,目前在引风机和增压风机之间采用连通风道，停运增压风机，其节能非常显著，完全达到了预期的节能目的。增压风机停运后，减少了两台增压风机的检修和备件，大大节省了风机维护费用。本改造实施方便，费用节省，工期灵活，可先将风道制作好，待停炉时与原烟道对接即可。,4.2 引风机、脱硫增压风机及 烟气脱硝三合一节能改造,4.2.1概述,国电益阳发电有限公司2600MW机组，锅炉系哈尔滨锅炉厂制造的HG-1913/25.4-PM8型超临界变压运行直流炉，每台锅炉配备两台沈阳鼓风机厂生产的AN-37/V13+4型静叶可调轴流式引风机和一台上海鼓风机厂生产的RAF47.5-20-1型动叶可调轴流式增压风机。由于目前烟气系统阻力偏高，引风机存在失速现象，考虑在尾部烟气脱销改造时同时对引风机进行改造。,4.2.2 引风机设备规范,4.2.3 增压风机设备规范,4.2.4 试验结果,根据现场试验结果可知：在低负荷时目前引风机已在失速区运行，两台风机抢风比较严重，在烟气脱销改造时阻力约增加1200Pa的情况下必须对引风机进行改造，考虑到节能的需求和现场场地限制，决定将引风机、脱硫增压风机和烟气脱硝系统进行三合一改造。,4.2.5 引风机性能曲线及试验结果,4.2.6 增压风机性能曲线及试验结果,4.2.7 合并改造风机性能曲线及运行点,4.2.8 改造后综合评价,原烟气系统、脱硫增压系统、烟气脱硝系统三部分阻力完全由引风机来克服，对原引风机及电机进行了技术改造。改造后引风机和增压风机的失速问题完全得以解决。改造后节能效果非常显著，和未改造的一台炉相比较，满负荷时电流下降150A以上。,4.3 关于离心式一次风机变频改造失败的问题探讨,4.3.1 概况,某厂锅炉系采用美国CE公司技术，由哈尔滨锅炉厂有限责任公司设计制造的型号为HG1156/17.4-YM煤粉锅炉，配350MW汽轮发电机组，每台锅炉配备两台沈阳鼓风机厂制造的G9-36型一次风机，风机自投运一直存在运行操作中易发生喘振现象、风道振动严重、噪音高和电耗高等问题。,4.3.2 一次风机设备规范,4.3.3 一次风机性能曲线及试验结果,4.3.4 改造建议,从上图可以看出：现一次风机与锅炉一次风系统匹配不良，致使风机运行在小开度小流量区域，运行效率低，运行操作时易引起喘振，风机出口管道振动大，噪音高等问题，影响着机组的安全可靠性和经济性。可对其进行节能技术改造。节能改造可对风机本体进行改造，或者先对风机改造后再进行变频节能改造，才能达到较好的节能效果。,4.3.5 变频后各运行点位置,4.3.6 结论,从上图中可以看出：该型风机进行变频改造后，其各种负荷工况运行点均进入风机不稳定区运行，运行中易发生风压和电流大幅摆动，严重时可导致风机损坏事故。此种情况如要进行变频改造，必须同时对风机进行改造以避免失速情况的发生。风机通过变频改造不乏有许多相当成功的范例，通过这个案例以引起大家注意。,4.4 静调轴流风机节能改造,4.4.1某厂4330MW机组，静调轴流引风机设备规范,4.4.2 引风机性能曲线及系统阻力特性,4.4.3 试验结果及结论,从上图可见，该型风机与与锅炉烟气系统不匹配，风机出力富裕量过大。在机组满负荷（335MW）时，平均每台引风机风量为274.4 m3/s，风压为2619Pa。风机设计工况（TB）的风量和风压富裕量分别是20%和86%。造成两台风机入口调节门开度在45%以下长期运行，风机运行效率低，电耗高。,4.4.5 改造方案,在试验的基础上，热工院提出了两种改造方案：一是变频调节，二是将电机转速由740r/min改造为740r/min和596r/min两档运行，同时对风机叶轮进行局部改造。,变频改造节电情况,当采用变转速调节后，风机运行效率有很大提高，节电量显著，具体计算如下表。,根据计算，该风机改变频调速的节电率可达15%，若按0.30/kWh的电价计算，一年能节约25.4万元。而要加装2240kW的高压变频装置系统，却需250万元左右。不计投资利息也需10年才能回收改造成本。出现节电却不省钱的情况。,以上说明，该风机虽然出力过大，与系统特性不匹配。但采用变频调速后节电率还不够高，经济上不合算。究其原因，一是该型风机为静叶调节轴流式风机，调节性能较好，因此在机组满负荷运行时，原风机效率与变转速调节效率相差很小，加上变频器自身的损耗，反而多耗电；二是低负荷时，变频调速运行风机效率虽比定速运行高出很多，但低负荷时风机空气功率大大减小，节电量有限；三是变频装置价格过于昂贵，节电量虽不小，但靠节电量不足以偿还初投资，经济上不合算。,叶轮局部改造同时将电机改为双速运行情况,由上图可见，该引风机在590r/min转速下运行时可以满足引风机在BMCR工况下的需要，因此，将原746 r/min的引风机电机改造为具有746 r/min和596r/min两种转速的双速电机，并对叶轮进行局部改造。从图可得改造后的风机运行效率与变频改造的风机效率相当。但由于没有变频装置自身的损耗，其节电量比改变频还多。详细计算见下表。,改造叶轮并降转速到596r/min运行时的节电量计算,改造后实测335MW、290MW和240MW三工况的风机运行轴效率分别达到由85.8%、83%和77.5%。实测三工况电动机输入功率分别为885kW、637kW和532kW。与改前的计算值基本吻合。一台风机的改造成本约为42万元，改后一台风机年节电量为973300kWh，按0.30元/kWh的电价计算，一年节约29万元，一年半即可回收成本。,谢谢！,
