摘要：300MW及以上大型循環(huán)流化床機組二次風機參數(shù)，非常接近燃煤600MW及以上大型機組的一次風機參數(shù)。本文提出能否選用一次風機普遍采用的雙級動調(diào)軸流式風機作為二次風機。通過參數(shù)、失速安全、效率、技術(shù)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟效益、初投資和維護等方面比較，得出300MW及以上循環(huán)流化床二次風機可選用雙級動調(diào)軸流式風機的結(jié)論。
關(guān)鍵詞：300MW循環(huán)流化床；二次風機；雙級動調(diào)軸流式風機；離心式風機
中圖分類號：TH432.1 文獻標志碼：A
Feasibility Study of Useing Two-stage Dynamic Adjustable Axial Flow Fan for 300MW Circulating Fluidized Bed Secondary Air Fan
Abstract: Considering the parameter of 300MW and over 300MW large-scale circulating fluidized bed secondary air fan is very close to the 600MW and over 600MW coal fire large-scale primary air fan. This paper propose that whether we can choose two-stage dynamic adjustable axial flow fan instead of the 300MW and over 300MW large-scale circulating fluidized bed secondary air fan. And the two-stage dynamic adjustable axial flow fan is in general used for the 600MW and over 600MW coal fire large-scale primary air fan.We can get this conclusion by comparing with parameters，stall safety，efficiency，technological structure，economic benefit，initial cost and maintenance.
Key words: 300MW CFB；secondary air fan ； two-stage dynamic adjustable axial flow fan； centrifugal fan
0 引言
300MW循環(huán)流化床已廣泛應用于火力發(fā)電項目，據(jù)不完全統(tǒng)計，至今已運行的機組達42臺之多，使我國大量煤矸石、煤泥等煤炭附屬品得以充分利用。在這42臺300MW循環(huán)流化床機組（以下簡稱42臺機組）中使用的二次風機絕大部分是傳統(tǒng)離心式風機或離心式風機加變頻設(shè)備。在對42臺機組二次風機參數(shù)進行查看過程中，發(fā)現(xiàn)其較接近600MW燃煤機組一次風機的參數(shù)，于是提出300MW循環(huán)流化床機組二次風機，能否選用已成熟使用于600MW燃煤機組一次風機類似的雙級動調(diào)軸流式風機方案。
1 理論上確認可行性
1.1 參數(shù)比較
某新建電廠300MW循環(huán)流化床二次風機和600MW燃煤機組一次風機的參數(shù)比較，見表1。
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表 1 300MW 循環(huán)流化床二次風機 和 600MW 燃煤機組一次風機的參數(shù)比 機組類型及容量 | 300MW 循環(huán)流化床 | 600MW 燃煤機組 | 風機用途 | 二次風機 | 一次風機 | 煤種 | 設(shè)計煤種 | 設(shè)計煤種 | 工況 | TB 工況 | BMCR 工況 | TB 工況 | BMCR 工況 | 進口體積流量 /(m3/s) | 99.72 | 79.53 | 108.82 | 76.86 | 進口質(zhì)量流量 /(kg/s) | 111.1 | 88.92 | 117.10 | 91.39 | 進口溫度 / ℃ | 48 | 38 | 34.00 | 20.00 | 進口介質(zhì)密度 /(kg/m3) | 1.114 | 1.118 | 1.134 | 1.189 | 風機全壓升 /Pa | 16932 | 12542 | 15150 | 11654 | 輸送介質(zhì) | 空氣 | 空氣 |
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根據(jù)表1中 600MW燃煤機組一次風機對應參數(shù)，選出了對應效率高、風機小的雙級動調(diào)軸流式風機，其參數(shù)曲線見圖1。從以上參數(shù)對比看，300MW循環(huán)流化床二次風機選用雙級動調(diào)軸流式風機成為可能。 |
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1.2 風機性能范圍圖
根據(jù)離心風機、動葉可調(diào)軸流風機及靜葉可調(diào)軸流風機的性能適用情況和近十來年收集的各類型風機選型參數(shù)，選用風機性能范圍見圖2。 |
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注：1.AP代表動葉可調(diào)式軸流風機，AP-1單級動葉可調(diào)式軸流風機，AP-2雙級動葉可調(diào)式軸流風機；2.AN代表靜葉可調(diào)式軸流風機；3.比壓能 Y=p×Kpt/ρ，式中: p為風機全壓升；ρ為風機進口介質(zhì)密度；Kpt 為壓縮性修正系數(shù)。
從性能范圍圖中可看出，AP風機的適用范圍最寬，且與離心風機選用范圍的交集很大。將表1中 300MW循環(huán)流化床二次風機參數(shù)放進此圖中，發(fā)現(xiàn)其正好位于此交集內(nèi)，可以初步判斷雙級動調(diào)軸流式風機同樣適合用作二次風機。將其參數(shù)輸入選型軟件（這里不對選型計算過程進行贅述，請見相關(guān)文獻）果真選出了合適的雙級動調(diào)軸流式風機，曲線和性能參數(shù)分別見圖3和表2。 表 2 單臺風機參數(shù)（雙級動調(diào)方案） 運行點 | TB 工況 | BMCR 工況 | 風機效率 /% | 85.6 | 87.8 | 壓縮性修正系數(shù) | 0.9454 | 0.9587 | 風機軸功率 / kW | 1884 | 1100 | 電機功率 / kW | 2000 | 電機轉(zhuǎn)速 /( r/min) | 1490 | 風機轉(zhuǎn)動慣量 /( kg·m2) | 700 | 風機葉輪直徑 / mm | 1679 |
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從曲線圖3看，TB點和BMCR點均遠離失速線，而且風機效率也非常高，在經(jīng)常運行的BMCR點效率更是達到87.8%。從曲線下行趨勢，不難發(fā)現(xiàn)機組降低負荷運行時風機效率可能進入88%的更高效率區(qū)域，且該風機的調(diào)節(jié)范圍較寬、高效率區(qū)范圍同樣較寬。
根據(jù)以上曲線和性能參數(shù)表從理論上得出300MW循環(huán)流化床可選用雙級動調(diào)軸流式風機作為二次風機的結(jié)論。
2 方案比較
由于目前300MW循環(huán)流化床二次風機絕大部分采用離心式風機或傳統(tǒng)離心式風機加變頻方案。因此將雙級動調(diào)軸流式風機方案（以下簡稱方案一）、離心式風機加變頻方案（以下簡稱方案二）、離心式風機方案（以下簡稱方案三）作比較。以表1對應300MW循環(huán)流化床二次風機參數(shù)為例，有如下比較。
2.1 失速比較
方案三和方案二的風機主體均為離心式風機，由于離心風機的失速點遠離運行區(qū)域，因此在理論和實際中都暫不考慮離心風機失速問題。
雙級動調(diào)軸流式風機，根據(jù)其曲線，存在運行區(qū)域與失速區(qū)域較近的可能。因此在雙級動調(diào)軸流風機選型中要考慮失速安全系數(shù)K，一般要求K≥1.3。
以本文中圖3對應工況點考慮失速安全系數(shù)K值。從圖3中發(fā)現(xiàn)TB工況點較BMCR工況點接近失速線。則以圖3中TB工況點對應失速點（取近似值）進行計算，如下：
K=( pk / p)×(q2／qk2)
式中: p為TB工況點的風壓；q為TB工況點的風量；pk 為失速工況點的風壓 pk = Y×ρ/Kpt （見圖2）；qk 為失速工況點的風量。
因pk =14 750×1.114/0.945 4=17 380Pa
p =16 932Pa
qk =80m3/s q=99.72 m3/s
所以 K=（17 380/16 932）×（99.722/802）=1.59>1.3
通過以上失速安全系數(shù)計算確認圖3對應的方案一是安全的、可靠的。這說明300MW循環(huán)流化床二次風機采用雙級動調(diào)軸流式風機方案不存在失速的可能，作為其二次風機選用方案是可行的。
2.2 效率比較
以表1中 300MW循環(huán)流化床二次風機對應參數(shù)按照方案二和方案三輸入選型軟件（這里不對選型計算過程進行贅述，請見相關(guān)文獻），比選最佳曲線（方案二圖4，方案三圖5），如下： |
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對應兩種方案的性能參數(shù)，見表3。 表 3 單臺風機性能參數(shù)（方案二和方案三） 方案 | 方案二 | 方案三 | 運行點 | TB 工況 | BMCR 工況 | TB 工況 | BMCR 工況 | 風機效率 | 84.7 | 85.1 | 84.3 | 70.2 | 壓縮性修正系數(shù) | 0.9454 | 0.9587 | 0.9454 | 0.9587 | 風機軸功率/kW | 1903.7 | 1135 | 1932.3 | 1390 | 電機轉(zhuǎn)速/(r/min) | 1472 | 1247 | 1480 | 1480 | 電機功率/kW | 2000 | 2150 | 風機轉(zhuǎn)動慣量/(kg·m2) | 1200 | 1200 | 風機葉輪直徑/mm | 2200 | 2200 |
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從表2和表3中看出：
TB工況點風機效率：方案一高出方案二0.9%；方案一高出方案三1.3%；
BMCR工況點風機效率：方案一高出方案二2.7%；方案一高出方案三17.6%；
通過以上比較，很明顯方案一效率要比方案二和方案三都高，從圖4中可看出方案二的最高效率不會超過86%，從圖5中可看出方案三的最高效率不會超過85%，而圖3中反映出的方案一效率在流量大于50 m3/s、小于79.53 m3/s，比壓能大于8 500Nm/kg、小于10 750Nm/kg范圍均大于86%。這說明在經(jīng)常調(diào)節(jié)范圍內(nèi)方案一效率比方案二和方案三效率都高。
2.3 技術(shù)結(jié)構(gòu)比較
方案一葉輪直徑為1 679mm，線速度小、結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間少、占地面積少、葉片自身調(diào)節(jié)、效率高。
方案二葉輪直徑為2 200mm，線速度大、結(jié)構(gòu)離散，占用空間大、占地面積大，且變頻器占用空間也較大還需單獨設(shè)空調(diào)房。
方案三葉輪直徑為2 200mm，線速度大、結(jié)構(gòu)離散，占用空間大、占地面積大、靠擋板調(diào)節(jié)節(jié)流損失較大、調(diào)節(jié)范圍較小、風機效率隨機組負荷降低而下降較大。
根據(jù)以上比較方案一在技術(shù)結(jié)構(gòu)上優(yōu)于方案二和方案三。
2.4 經(jīng)濟效益比較
2.4.1 軸功率Psh比較
從表2和表3看出：
TB工況點風機軸功率：方案二高出方案一19.7kW；方案三高出方案一48.3kW；
BMCR工況風機軸功率：方案二高出方案一35 kW；方案三高出方案一290kW；
軸功率已考慮機械損失，電機自身電耗和其它如油站、電動執(zhí)行器、變頻器等設(shè)備產(chǎn)生的電耗本次比較不納入。由于風機一般不在TB點運行，此次比較不考慮TB點的經(jīng)濟效益。由于表1為選型參數(shù)，沒有運行負荷模式及其相關(guān)參數(shù)，這里特別假定理想運行時間7 000h和理想運行工況是BMCR。僅算軸功率差產(chǎn)生的收益，售電單位收益按0.457元/ kW·h計算、BMCR工況下每度電煤耗按照310g計算。
收益計算如下：
采用方案一較方案二單臺風機年節(jié)約用電35×7 000=245 000kW·h，方案一單臺風機年多售電收益245 000kW·h×0.457元/ kW·h =111 965元，一臺機組兩臺二次風機配置，年多售電收益223 930元。
采用方案一較方案三單臺風機年節(jié)約用電290×7 000=2 030 000 kW·h，方案一單臺風機年多售電收益2 030 000kW·h×0.457元/ kW· h =927 710元，一臺機組兩臺二次風機配置，年多售電收益1 855 420元。
同時，相當于減少供電煤耗：
方案一較方案二單臺風機年節(jié)約用煤245 000×310/106=75.95t，一臺機組兩臺二次風機配置，年節(jié)約用煤151.9t；
方案一較方案三單臺風機年節(jié)約用煤2 030 000×310/106=629.3t，一臺機組兩臺二次風機配置，年節(jié)約用煤1 258.6t。
減少煤耗即CO2、SO2、NOX等氣體的排放也相應減少，達到國家要求節(jié)能減排的良好社會效益。
通過以上比較，可看出方案一的經(jīng)濟效益和社會效益均要好于方案二和方案三。
2.5 初投資和維護比較
2.5.1 方案一與方案二、方案三初投資比較 |
表 4 初投資比較表（單臺風機計） 項目 | 方案一 雙級動調(diào)軸流式風機 | 方案二 離心式風機 + 變頻 | 方案三 離心式風機 | 風機本體 | 約 55 萬元 | 約 44 萬元 | 約 44 萬元 | 電動機 | 約 42 萬元 | 約 45 萬元 | 約 48 萬元 | 其它熱工儀表儀器 | 約 10 萬元 | 約 10 萬元 | 約 10 萬元 | 油站 | 約 12 萬元 | / | / | 變頻器 | / | 約 130 萬元 | / | 變頻器房 | / | 約 5 萬元 | / | 其它 | 約 4 萬元 | 約 4 萬元 | 約 4 萬元 | 初投資合計 | 約 123 萬元 | 約 238 萬元 | 約 106 萬元 | 方案一與方案二 價差 | -115 萬元 | 方案一與方案三 價差 | 17 萬元 |
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注：以上產(chǎn)品均為國產(chǎn)，不含備品備件、土建、安裝等費用。
采用方案一較方案二單臺風機初投資省約115萬元。一臺機組兩臺二次風機配置，初投資省約230萬元。
采用方案一較方案三單臺風機初投資多約17萬元。一臺機組兩臺二次風機配置，初投資多約34萬元。
2.5.2方案一與方案二、方案三維護投資比較 |
表 5 維護投資比較表（單臺風機計） 項目 | 方案一 雙級動調(diào)軸流式風機 | 方案二 離心式風機 + 變頻 | 方案三 離心式風機 | 風機本體 | 約 10 萬元 /4 年 | 約 6 萬元 /4 年 | 約 6 萬元 /4 年 | 電動機 | 約 2 萬元 /4 年 | 約 2 萬元 /4 年 | 約 2 萬元 /4 年 | 其它熱工儀表儀器 | 約 1 萬元 /4 年 | 約 1 萬元 /4 年 | 約 1 萬元 /4 年 | 油站 | 約 1 萬元 /4 年 | / | / | 變頻器 | / | 約 30 萬元 /4 年 | / | 備品備件 | 約 35 萬元 /5 年 | 約 50 萬元 /5 年 | 約 10 萬元 /5 年 | 維護投資合計 | 約 10.5 萬元 / 年 | 約 19.75 萬元 / 年 | 約 4.25 萬元 / 年 | 方案一與方案二 價差 | 約 -9.25 萬元 | 方案一與方案三 價差 | 約 6.25 萬元 |
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采用方案一較方案二單臺風機年維護省約9.25萬元。一臺機組兩臺二次風機配置，年維護省約18.5萬元。
采用方案一較方案三單臺風機年維護多約6.25萬元。一臺機組兩臺二次風機配置，年維護多約12.5萬元。
從以上分析看，方案三初投資和維護費用低，方案一次之，方案二最高。綜合2.4經(jīng)濟效益比較，方案一仍是三種方案中最優(yōu)。
3 結(jié)論
方案一與另兩個方案技術(shù)經(jīng)濟對比后優(yōu)點明顯，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
1） 運行時具有較高的安全、可靠、穩(wěn)定性; 2）調(diào)節(jié)范圍較廣、且調(diào)節(jié)效率較高; 3）線速度小、結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間少、占地面積少; 4）經(jīng)濟效益和社會效益都好; 5）初投資和維護費用較低。
需要注意的是，上述經(jīng)濟效益計算是以理論的情況為基礎(chǔ)進行的，若有實際運行參數(shù)，則需要相應改變算法。
目前，國內(nèi)已有遼寧調(diào)兵山煤矸石發(fā)電有限責任公司一期2×300MW循環(huán)流化床機組二次風機采用了成都電力機械廠提供的雙級動調(diào)軸流式風機。從該公司了解，一期工程2010年6月投運至今已兩年有余，四臺雙級動調(diào)軸流式二次風機期間運行平穩(wěn)、經(jīng)濟、可靠、可調(diào)性高。
綜上所述，300MW循環(huán)流化床選用雙級動調(diào)軸流式風機作為二次風機可行。若現(xiàn)有的300MW循環(huán)流化床機組需要對二次風機進行節(jié)能改造，以及新建的300MW及以上循環(huán)流化床機組的二次風機，均可考慮雙級動調(diào)軸流式風機方案。 參 考 文 獻 [1] GB/T 1236-2000，工業(yè)通風機用標準化風道進行性能試驗[S].
[2] JB/T 4362-1999，電站軸流式通風機[S]. |
