1000MW超超临界机组三大风机的选型分析

第2期 2005年6月 热机技术 东电力设计院 叶勇健陈汉兵 内容摘要国内进口的首台900前我国自行设计、制造的组正处于设计和安装阶段。对于锅炉的一次风机、送风机和引风机选型，业内人士有着不同的看法。该文通过对三 大风机的技术和经济性进行比较和分析，提出对于一次风机和送风机宜考虑采用动叶可调轴流式风机，对于引风机宜 考虑采用静叶可调轴流式风机。 关键词着上海外高桥电厂二期2900机组的投人使用，华能玉环电厂和邹县电厂 风机和 引风机采购合同的签订，对于机组锅炉三大风机的选型配置是一个受大家 关心的问题。外高桥电厂二期的一次风机采用 离心式风机，送风机和引风机都采用动叶可调轴 流式风机；而玉环电厂和邹县电厂的一次风机， 送风机采用动叶可调轴流式风机，引风机采用静 叶可调轴流式风机。对于各种配置的优点和缺 点，本文试图从技术和经济性两方面进行论述。 1引风机选型比较 引风机输送介质为具有含尘且温度较高的 烟气。选用引风机的因素除考虑风机体积、重 量、效率和调节性能外，还要求耐磨、对灰尘的适 应性好，以保证在规定的检修周期内能安全运 行。在此可供选择的风机型式有三类：动叶可调 轴流式风机、静叶可调轴流式风机以及双速或变 频、双吸人口导叶离心式风机。根据国内 般都要求机组具备 调峰能力和变负荷运行方式。双速离心式风机 调峰经济性差，运行电耗大；采用变频离心式风 机，变频器必须采用进口设备，电气设备费用昂 贵。此外，离心式风机设备体积和重量庞大，给 检修和维护带来很大困难。因此，下面着重对选 用静叶可调轴流式风机和动叶可调轴流式风机 进行叉寸比。 11结构比较 111动叶可调轴流式 动叶可调即叶片角度在风机运行中可依靠 液压调节机构进行调节，改变风机的风压、风量。 动叶可调轴流式引风机由进气箱、带整流导叶环 的机壳、扩压器和转子组成。电动机通过中间轴 传动风机主轴。机壳具有水平中分面，便于安装 和检修。转子由叶轮、轴承箱、中间轴、液压调节 机构等组成。 叶轮轮毂采用低碳合金钢(轮毂和承载环为 锻件)焊接结构，叶片用高强度螺钉直接固定于 轮毂内的叶柄上。 112静叶可调轴流式 静叶可调即风机在运行中风机进口导叶依 靠调节机构进行调节，从而达到改变风压、风量 的目的。 静叶可调轴流式风机由进气箱、进口调节 门、带整流导叶环的机壳、扩压器和转子组成。 电动机通过刚挠性联轴器直接传动风机主轴。 叶片为钢板压型形成扭曲叶片，与轮毂焊接。 12耐磨性能 烟气的含尘量、灰尘粒子的粒径和硬度的不 同，叶轮和叶片的磨损情况也不同。如烟气中硬 质粒子含量越高，粒径越大，磨损情况就越严重。 在外界烟气条件相等的情况下，烟气对风机叶片 维普资讯 2 热机技术 第2期 2005年6月 的磨损程度与风机的转速有关。理论与实验均 表明风机叶轮的耐磨寿命与风机转子速度的平 方成反比，因此，转速较低的风机具有更好的耐 磨性。静调风机的转速低于动调风机，因此其耐 磨性更好。 目前，给1000调引风机在设计上都采取了耐磨措施。 静调引风机耐磨寿命的提高主要采用两个 手段，其一是应用空动理论优化设计叶轮流道， 使含尘烟气避免冲刷叶片根部而均匀流过叶片 尖部和后导叶，同时后导叶又设计成在不停机状 态下也可更换。根据静叶可调风机生产厂家的 介绍，在工业实践中，在烟气含尘量250 400片耐磨寿命35000小时， 甚至在许多电厂已达到50000小时以上。另一 个提高耐磨寿命的方法是在叶轮叶片和后导叶 上再喷熔镍基炭化钨耐磨材料，硬度为 60因而又大幅度提高了其耐磨性。叶片磨损后， 旧叶片割掉，在轮毂其他位置焊上新叶片。更换 45次叶片后，需更换整个叶轮。 动调引风机通过在叶片的表面喷焊耐磨层 来改善叶片的耐磨性能。叶片采用低碳合金钢 经数控加工中心铣切并压制成型，表面喷焊耐磨 层，其喷焊的硬质合金针对电厂引风机含尘量高 的特点而特别研制。据动叶可调风机制造厂家 的介绍，烟气含尘量为350 片寿命在26000小时以上；在工业实践中已有在 100业绩。且叶片表面磨损后，还能进行修补78 次重复使用，轮毂寿命可保证30年以上。 随着大型火电厂电气除尘器效率的不断提 高，引风机人口的烟气含尘量都能控制在 150此无论是动叶可调风机还 是静叶可调风机，在耐磨性能上都能充分满足电 厂运行的要求。 13运行特性 静叶可调轴流式风机的高效区域要比动调 风机小，过去静调轴流风机在低负荷工况运行 时，系统阻力曲线离喘振线较近，易引起风机喘 振叶片断裂。近年来，风机制造厂采取了一些静 调轴流风机防喘振动措施，例如设计置，大大扩大了风机的使用范围。但是以牺牲风机效率为代价的。对于大型静调风 机喘振线偏离风机运行工况点较远，一般不设置 叶可调轴流式风机具有 调峰性能好，运行经济，电动机启动力矩小，启停 快(启动力矩约为静叶可调轴流式风机的038 倍)的特点。 14维修及备件 一般动调风机需更换磨蚀的动叶片时，每更 换一次，2名熟练人员约8小时即可完成，一般电 厂需备用动叶片一套。 静调风机叶片无法现场更换，更换只能叶轮 整体更换，因而需备用一套整个叶轮。 两种风机的叶片在烟气含尘量为200据测算，对于1000台配备两台 引风机，静调风机的每个大修周期更换叶轮的费 用约为105万元台，而动调风机每个大修周期 更换叶片的费用约为255万元台，因而在其它 条件相同的情况下，1台1000护费用，静调风机较动调风机低6万元。 另外，动调风机的液压系统每个大修期要更 换一次，费用比静调风机高约30万元，1台 1000。 15经济性比较 对于1000机，目前只有玉环电厂和邹县电厂进行了设备 招标，根据招标的情况，本文对静叶可调和动叶 可调引风机的经济性进行一个粗略的比较。 设备价格按照国内1000平均价。如果考虑资金的时间价值，虽然初投 资的贷款利率已知，但是风机的检修费用(包括 材料费用和人工费用)在风机运行期间的变化很 难预测，而且电煤价格的变化更是难以预测(根 据目前的体制，电厂的电煤价格由“计划内”和 “计划外”价格组成)，因此很难对电厂运行期间 引风机的运行费用和检修费用进行精确的估计。 维普资讯 3 本文所有费用的计算都以折算到2004年的现 值，这样的比较也能反映出动调引风机的节能优 点对初投资大的缺点补偿的快慢程度。 电厂的成本包括容量成本和运行成本。容 量成本就是电厂建设期投资的折旧成本。发电 厂的运行成本主要包括燃料成本、工资福利、检 修维护费用以及财务费用。从经济分析的角度 看，静叶可调风机初投资低，节约了电厂的容量 了电厂的运行成本。本文认为对于引风机而言， 运行成本可分成检修成本和燃料成本。检修成 本以一个大修期为计，将其费用分摊到每1年。 燃料成本以超临界和超超临界机组的平均发电 煤耗量计，为280准煤的价格 以2004年的价格计，为460元吨，可得发电厂的 燃料成本为0129元计算风机年耗电 量时，以主机设备合同规定的机组运行模式(运 成本，而动叶可调风机在运行时耗能较少，节约 行负荷和对应的运行时间)为依据。 静叶可调和动叶可调引风机经济比较 机组运行 运行小时 风机参数 静叶可调 动叶可调 风量 压头 轴功率 耗电量 轴功率 耗电量 模 式 (h) 效率 效率 (m3s) (10 (i0 200 6132 4129 82 3375 14175 86 3218 1355 12O 4999 316 231O 4897 79 2222 4711 5O 599 2O 1821 2149 62 1468 1732 4O 00 3093 1600 4O 1574 472 47 1339 4O2 一台风机全年耗电量(i0 21693 20360 一台机组全年耗电量(i0 43386 40720 节省电量(i0 O 2666 单价(元O129 O129 年燃料成本差额(万元) 344 年维护费用差额(万元) 一18 O 年运行费用(万元) O 164 设备投资(万元一台机组) 1072 1427 设备投资差的回收年限(年) 216 2一次风机选型比较 一次风机具有风量小(一般仅占炉膛燃烧总 风量的20 左右)、风压高(直吹式制粉系统中大 于15运行中风量变化大，风压变化小的特 点。在此条件下，动叶可调轴流式风机将采用2 级叶轮。虽然动叶可调风机的价格较高、初投资 较大，但其运行效率高，尤其是在变负荷工况下 更加明显。 对于1000叶片调节、定速离心式风机，由于离心风机的 体积和重量大，设备初投资费低的优势并不十分 明显。另一方面，风机运行效率很低，特别是低 负荷工况下效率更低。也可采用离心式一次风 机加变频器的模式，通过变频器调频来改变离心 式风机的转速，降低离心式风机在低负荷下的转 速，从而提高风机效率，其节电效果还是非常明 显的。但是缺点是变频器必须采用进口设备，设 备的投资费很高，一般在14001500元。而且采用大功率变频器，还有许多技术问题 未能得到彻底解决。 根据制造厂介绍资料和国内1000次风机的招标情况，本文对一次风机采用定速 离心式、变频离心式和动叶可调三种型式风机的 运行经济性进行一个粗略的比较。 从下表的比较中可知，在相同的运行费用 下，动调轴流式风机的设备初投资低于变频离心 式风机。 维普资讯 热机技术 第2期 2005年6月 N U， 0 0 oo oo oo u， 0 0 h 0 医 番卜 h m 一 一 重 0 0 H H H l 番卜 0 oo oo h h 重 0 0 oo m 0 h 0 0 o。 oo m 0 稚 N u 番卜 + 暴 0 褪 镁 N oo oo oo 0 0 0 0 oo h h 0 0 H 哥 H 0 0 宝 0 0 0 暴 番卜 h 0 h 0 稚 暖 沓善 oo h 0 h 稻 0 n 区 确 铽 措 区 区 h 蓝 硼 蛔 0 重 1 嬉 寰 色 ，、 1 V 棚 克 V 辎 嚣 旺 妇 稻 魁 1 区 0 0 薄 榉 重 蹑 占 叶7 。 帽 乓 0 0 0 0 0 蛔 再i； 脚 鞑 譬 霪 廿 区 褪 蓄 1 譬 暴 维普资讯 5 3送风机选型比较 送风机的工作条件较好，动叶、静叶调节轴 流风机及离心式风机都可采用。 离心式风机外形尺寸过大，重量比动调轴流 风机和静调轴流风机重得多，大型机组均为双吸 双支承离心风机，叶轮本体和主轴都很重，并且 叶轮是热套在主轴上的。这种热套转子的结构 形式，在更换叶轮时非常困难。如6001用双吸离心风机作为送风机，其叶轮直径将近 4米。而1000风机的话，其叶轮直径将更大，这不仅给制造 带来困难，对运输、安装和检修也是一个难题。 而且因其转动惯量大，基础庞大，因而耗费的基 础费用比动叶可调、静叶可调轴流风机大。 送风机的设计风量是按锅炉最大连续蒸发 量及空气预热器漏风最不利的情况来考虑的，再 加上风机的裕量等因素，使送风机的实际运行值 偏离设计点较多。动叶可调轴流风机与静叶可 调轴流风机相比，具有调节范围广、效率高、体积 小、重量轻等优点，当机组负荷大范围变化、运行 工况偏离设计值时，动叶可调风机仍能保持高效率。 火力发电厂设计技术规程(2000)对于大容量机组送风机的推荐选择方案的 优先顺序为：“动叶可调轴流式风机、静叶可调轴 流式风机或高效离心风机”。目前国内600以上等级机组的送风机绝大多数都采用动叶 可调轴流风机。 4小结 从上文的分析可得，如综合考虑设备初投资 和运行检修费用，动调引风机虽然在低负荷时的 效率高，但由于其价格和维修费用高，在投资经 济性上并不占太大的优势，而静调引风机结构简 单，维护方便，叶片耐磨性能好，不啻是电厂引风 机的合理选择。 对于一次风机和送风机，无论是技术上和经 济上，动调轴流风机都有着较大的优势，应优先 选用。 参考文献 t3 t,L 5京，中国电力出 版社 华能玉环电厂工程初步设计三大风机选型专题 报告)，华东电力设计院，2004年3月 上海将建电站“巨无霸 文汇报电子版200538 昨天，上海外高桥电厂三期工程两套1000上海电气总包建设项目。 这标志着改制一年后的上海电气集团股份有限公司在实施科教兴市主战略中，向世界高端产品又迈出了扎实的一步。 百万千瓦级超超临界发电机组是近年来世界电力工业新崛起的高端产品，也是我国发展先进制造业的重大课题。 作为国内装备工业巨头，上海电气在上个世纪9二期 工程中，又与国际跨国公司合作成功制造了迄今为止国内最大容量的9001自主研发百万千瓦级发电机 组积累了丰富的经验。但当时，国际著名跨国公司承担主设备供货，上海电气为其技术合作伙伴，承担部分设备的本土 化制造。而昨天的两套1000海电气一跃而为”汽轮机、发电机、锅炉”等主设备的供应 商，国际跨国公司为其技术合作伙伴。这表明国际寡头垄断世界顶级发电机组研制的局面已经被打破，上海电站制造 业跻身世界一流电站研发制造商的行列。 维普资讯 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