300MW循環流化床鍋爐引風機改造分析
2018-09-28胡光濤
（江蘇徐礦綜合利用發電有限公司）
（江蘇徐礦綜合利用發電有限公司）
江蘇徐礦發電公司為2×300MW國產亞臨界CFB燃煤發電機組，鍋爐設備選用東方鍋爐公司生產的循環流化床鍋爐。CFB技術具有燃料適應性廣，調節特性好的優點，在摻燒煤泥、高硫低熱值煤、煤矸石等劣質燃料時有明顯的競爭優勢。原煤倉經自主改造加裝中心給料機后，原煤摻燒煤泥量已達到80%，綜合利用水平進一步得到提升，機組產生的經濟效益已遠超同級別煤粉爐。由于摻燒的煤種復雜，偏離設計煤質較遠，在鍋爐運行中易出現環保排放指標波動超標現象；同時為滿足國家對燃煤鍋爐超低排放改造的要求，達到新的環保排放標準，必須對原脫硫系統進行濕法脫硫（含除塵）改造，改造后煙囪自拔風力下降、風煙系統阻力增加，原引風機出力已不能滿足運行要求，又必須同步對引風機進行換型改造。
1 概況
1 概況
1.1原引風機概況
機組原引風機是由成都電力機械廠設計生產的，為4臺雙吸離心式風機，每臺爐對應2臺風機，風機采用變頻調節方式。風機包括機殼、葉輪、主軸、進氣箱、進風口和進口調節門等部件。機殼由低合金鋼板焊接而成，機殼出口可在0°～225°角度之間進行調節；葉輪是由高強度合金鋼板焊接而成，葉輪級數為單級，葉片數為32片，葉片焊于輪蓋與輪盤之間；葉輪安裝在主軸上，機殼將其封閉在內并與出口管道連接，葉輪將能量傳遞給空氣（煙氣），空氣（煙氣）通過調節門、進氣箱、進風口進入葉輪，由進口調節門調節所需風量；轉動組由帶底座的電機通過聯軸器驅動，風機主軸由兩個自潤滑滾動軸承支撐運轉；軸承的冷卻是通過軸承座外圈封閉式循環水進行冷卻。
機組原引風機是由成都電力機械廠設計生產的，為4臺雙吸離心式風機，每臺爐對應2臺風機，風機采用變頻調節方式。風機包括機殼、葉輪、主軸、進氣箱、進風口和進口調節門等部件。機殼由低合金鋼板焊接而成，機殼出口可在0°～225°角度之間進行調節；葉輪是由高強度合金鋼板焊接而成，葉輪級數為單級，葉片數為32片，葉片焊于輪蓋與輪盤之間；葉輪安裝在主軸上，機殼將其封閉在內并與出口管道連接，葉輪將能量傳遞給空氣（煙氣），空氣（煙氣）通過調節門、進氣箱、進風口進入葉輪，由進口調節門調節所需風量；轉動組由帶底座的電機通過聯軸器驅動，風機主軸由兩個自潤滑滾動軸承支撐運轉；軸承的冷卻是通過軸承座外圈封閉式循環水進行冷卻。
1.2原引風機設計參數
2 風機選型
2.1阻力特性
兩臺爐為循環流化床單汽包爐，型號為DG-1065/17.5-541/541-II19。鍋爐運行方式采用自然循環、單爐膛、一次中間再熱、汽冷式旋風分離器、平衡通風、露天布置、燃煤、固態排渣。受熱面采用全懸吊方式，鋼架為雙排柱鋼結構。原脫硫系統經濕法脫硫工藝（FGD）改造后，鍋爐煙氣系統流程為：爐膛出口→水平煙道受熱面→豎井煙道受熱面→空預器→布袋除塵器→引風機→吸收塔（洗滌區→噴淋層→除霧器）→凈煙道→煙囪，脫硫系統采用一爐配一塔布置，單塔單循環脫硫技術。
原離心式引風機設計壓頭為7293Pa（BMCR），鍋爐原設計從爐膛至空預器出口處煙氣阻力為4500Pa，袋式除塵器阻力為1200Pa，目前實際運行滿負荷下引風機進出口全壓差約為6400Pa，理論分析現有引風機約有1000Pa的壓頭余量。根據2×300MW機組鍋爐脫硝系統（SNCR脫硝裝置）、脫硫系統和濕式除塵系統等相關改造阻力特性分析研究，鍋爐脫硝系統阻力增加約200Pa、脫硫系統增加約2300Pa、濕式除塵系統增加約500Pa，則煙氣系統總的阻力約增加3000Pa（已考慮裕量）。
兩臺爐為循環流化床單汽包爐，型號為DG-1065/17.5-541/541-II19。鍋爐運行方式采用自然循環、單爐膛、一次中間再熱、汽冷式旋風分離器、平衡通風、露天布置、燃煤、固態排渣。受熱面采用全懸吊方式，鋼架為雙排柱鋼結構。原脫硫系統經濕法脫硫工藝（FGD）改造后，鍋爐煙氣系統流程為：爐膛出口→水平煙道受熱面→豎井煙道受熱面→空預器→布袋除塵器→引風機→吸收塔（洗滌區→噴淋層→除霧器）→凈煙道→煙囪，脫硫系統采用一爐配一塔布置，單塔單循環脫硫技術。
原離心式引風機設計壓頭為7293Pa（BMCR），鍋爐原設計從爐膛至空預器出口處煙氣阻力為4500Pa，袋式除塵器阻力為1200Pa，目前實際運行滿負荷下引風機進出口全壓差約為6400Pa，理論分析現有引風機約有1000Pa的壓頭余量。根據2×300MW機組鍋爐脫硝系統（SNCR脫硝裝置）、脫硫系統和濕式除塵系統等相關改造阻力特性分析研究，鍋爐脫硝系統阻力增加約200Pa、脫硫系統增加約2300Pa、濕式除塵系統增加約500Pa，則煙氣系統總的阻力約增加3000Pa（已考慮裕量）。
2.2選型參數
根據煙風系統各部分增加的阻力，同時考慮到摻燒煤泥含水量增加，在風機入口流量基本保持不變的情況下，在原引風機設計風壓的基礎上增加20%。采用原設計中燃用設計煤種BMCR工況時的風量230.1m3/s和TB風量283m3/s作為超低排放改造工程實施后的新引風機選型參數。由于超低排放改造后煙氣阻力將增加約3000Pa，則B-MCR工況和TB點總的煙氣阻力分別約為6078+3000=9078Pa和7293+3000×1.2=10893Pa，進而初步分析得出引風機改造的選型參數，如表1所列。由表1可見，引風機BMCR工況和TB點的全壓升變化較大，BMCR工況風機全壓升已遠遠超過原TB點的全壓升，故引風機需進行改造。
根據煙風系統各部分增加的阻力，同時考慮到摻燒煤泥含水量增加，在風機入口流量基本保持不變的情況下，在原引風機設計風壓的基礎上增加20%。采用原設計中燃用設計煤種BMCR工況時的風量230.1m3/s和TB風量283m3/s作為超低排放改造工程實施后的新引風機選型參數。由于超低排放改造后煙氣阻力將增加約3000Pa，則B-MCR工況和TB點總的煙氣阻力分別約為6078+3000=9078Pa和7293+3000×1.2=10893Pa，進而初步分析得出引風機改造的選型參數，如表1所列。由表1可見，引風機BMCR工況和TB點的全壓升變化較大，BMCR工況風機全壓升已遠遠超過原TB點的全壓升，故引風機需進行改造。
3 風機改造
3.1改造方案
隨著國內外引風、脫硫、脫硝風機合并技術的成熟，脫硫、脫硝等系統的阻力均由引風機克服，合并模式主要是在原引風機擴容改造的基礎上，使風機能同時滿足機組風煙系統及其他設備的出力需求。根據上述引風機選型參數，引風機合并擴容改造可選擇靜葉可調軸流風機，也可選擇動葉可調軸流風機兩種形式。
（1）從風機運行可靠性方面分析：靜葉可調軸流風機的調節結構相對簡單，其葉片為開放型葉片，如采用單級葉片，當風機轉速達到高轉速時，葉片必然過長。靜葉可調軸流風機特有的馬鞍型喘振線，會使其在小流量區發生失速、喘振現象，這一特點會使風機在小流量工況長期運行時導致葉片疲勞損壞或裂變。
（2）從風機運行效率方面分析：靜葉可調軸流風機在高負荷運行時，其運行效率與動葉可調軸流風機大致接近，但在低負荷時，其效率下降較快且明顯低于動葉可調軸流風機。其次靜葉可調軸流風機運行的高效區范圍較窄，與動葉可調軸流風機相比，它的運行效率要低得多。因此，對于風機流量系數較大，壓力系數相對較低的300MW以上機組來說，不太適用靜葉可調軸流式風機。
動葉可調軸流風機有單級動葉可調和雙級動葉可調兩種。
（1）從風機運行可靠性方面分析：雙級風機多了一級葉輪，且雙級葉輪通過推桿和推盤進行串聯，推桿安裝在主軸承箱空心軸內，可在安裝及檢修時進行調整，由于前后兩級葉輪為串聯而成，因此風機前后兩級葉輪可靠性較大。（2）從風機運行效率方面分析：單級可調風機由于葉片較短以及葉片數量較多，流速較大，在葉片頂部的二次流損失及葉片上的摩擦損失隨之增加，同時由于雙級可調風機擴壓器產生的擴壓損失只需要計算一個擴壓損失，因此雙級風機的效率要明顯高于單級風機的效率。綜上所述，采用在調節性能、運行安全性上全面占優的雙級動葉可調引風機為Z佳改造方案。
隨著國內外引風、脫硫、脫硝風機合并技術的成熟，脫硫、脫硝等系統的阻力均由引風機克服，合并模式主要是在原引風機擴容改造的基礎上，使風機能同時滿足機組風煙系統及其他設備的出力需求。根據上述引風機選型參數，引風機合并擴容改造可選擇靜葉可調軸流風機，也可選擇動葉可調軸流風機兩種形式。
（1）從風機運行可靠性方面分析：靜葉可調軸流風機的調節結構相對簡單，其葉片為開放型葉片，如采用單級葉片，當風機轉速達到高轉速時，葉片必然過長。靜葉可調軸流風機特有的馬鞍型喘振線，會使其在小流量區發生失速、喘振現象，這一特點會使風機在小流量工況長期運行時導致葉片疲勞損壞或裂變。
（2）從風機運行效率方面分析：靜葉可調軸流風機在高負荷運行時，其運行效率與動葉可調軸流風機大致接近，但在低負荷時，其效率下降較快且明顯低于動葉可調軸流風機。其次靜葉可調軸流風機運行的高效區范圍較窄，與動葉可調軸流風機相比，它的運行效率要低得多。因此，對于風機流量系數較大，壓力系數相對較低的300MW以上機組來說，不太適用靜葉可調軸流式風機。
動葉可調軸流風機有單級動葉可調和雙級動葉可調兩種。
（1）從風機運行可靠性方面分析：雙級風機多了一級葉輪，且雙級葉輪通過推桿和推盤進行串聯，推桿安裝在主軸承箱空心軸內，可在安裝及檢修時進行調整，由于前后兩級葉輪為串聯而成，因此風機前后兩級葉輪可靠性較大。（2）從風機運行效率方面分析：單級可調風機由于葉片較短以及葉片數量較多，流速較大，在葉片頂部的二次流損失及葉片上的摩擦損失隨之增加，同時由于雙級可調風機擴壓器產生的擴壓損失只需要計算一個擴壓損失，因此雙級風機的效率要明顯高于單級風機的效率。綜上所述，采用在調節性能、運行安全性上全面占優的雙級動葉可調引風機為Z佳改造方案。
3.2選型確定
綜合考慮機組運行負荷工況的效率偏差和現有電氣高壓負荷的富裕容量，Z終選定引風機為上海鼓風機廠設計生產的雙級動葉可調引風機。風機包括轉子、中間軸及聯軸器、供油裝置、鋼結構件、消音器和測量儀表等部件。風機轉子由葉輪、葉片、整體式軸承箱和液壓調節裝置組成，其中葉片數為40片。風機葉片安裝角可在靜止狀態或運行狀態時用電動執行器通過一套液壓調節裝置進行調節，葉片調節范圍為-40°～+10°。葉輪為焊接結構，由一個整體式軸承箱支承，主軸承由軸承箱內的油池和液壓潤滑聯合油站供油潤滑。為防止煙氣溫度影響，對主軸承箱外表面及油管進行附加冷卻，在風機一側裝有冷卻風機，同時液壓調節裝置部分外表面及其油管由另一臺冷卻風機冷卻。
通過對新裝引風機冷態調試和運行實測，引風機總體運行狀況良好。改造后風機的基本參數及性能曲線如表2所列和圖1所示。
綜合考慮機組運行負荷工況的效率偏差和現有電氣高壓負荷的富裕容量，Z終選定引風機為上海鼓風機廠設計生產的雙級動葉可調引風機。風機包括轉子、中間軸及聯軸器、供油裝置、鋼結構件、消音器和測量儀表等部件。風機轉子由葉輪、葉片、整體式軸承箱和液壓調節裝置組成，其中葉片數為40片。風機葉片安裝角可在靜止狀態或運行狀態時用電動執行器通過一套液壓調節裝置進行調節，葉片調節范圍為-40°～+10°。葉輪為焊接結構，由一個整體式軸承箱支承，主軸承由軸承箱內的油池和液壓潤滑聯合油站供油潤滑。為防止煙氣溫度影響，對主軸承箱外表面及油管進行附加冷卻，在風機一側裝有冷卻風機，同時液壓調節裝置部分外表面及其油管由另一臺冷卻風機冷卻。
通過對新裝引風機冷態調試和運行實測，引風機總體運行狀況良好。改造后風機的基本參數及性能曲線如表2所列和圖1所示。
4 結語
江蘇徐礦綜合利用發電有限公司引風機改造和鍋爐超低排放改造同步完成，所選用引風機可調節性能好，同時運行效率高，可靠性高；可以在超低排放改造后的煙氣參數下長期穩定運行；維護和檢修容易，費用也相對較低；完全滿足循環流化床鍋爐超低排放改造后對風機的要求。由于雙級動葉可調軸流風機具有壓力高、風量大、調節范圍廣、結構合理、綜合經濟性好等優點，因而在大型鍋爐機組超低排放改造中被廣泛使用。
江蘇徐礦綜合利用發電有限公司引風機改造和鍋爐超低排放改造同步完成，所選用引風機可調節性能好，同時運行效率高，可靠性高；可以在超低排放改造后的煙氣參數下長期穩定運行；維護和檢修容易，費用也相對較低；完全滿足循環流化床鍋爐超低排放改造后對風機的要求。由于雙級動葉可調軸流風機具有壓力高、風量大、調節范圍廣、結構合理、綜合經濟性好等優點，因而在大型鍋爐機組超低排放改造中被廣泛使用。
文獻信息
胡光濤.300MW循環流化床鍋爐引風機改造分析[J].煤炭科技，2018(01):99-101.
胡光濤.300MW循環流化床鍋爐引風機改造分析[J].煤炭科技，2018(01):99-101.
來源：《煤炭科技》2018年01期