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300MW循环流化床二次风机采用双级动调轴流式风机可行性研究

罗家钧 / 成都电力机械厂    

摘要:300MW及以上大型循环流化床机组二次风机参数,非常接近燃煤600MW及以上大型机组的一次风机参数。本文提出能否选用一次风机普遍采用的双级动调轴流式风机作为二次风机。通过参数、失速安全、效率、技术结构、经济效益、初投资和维护等方面比较,得出300MW及以上循环流化床二次风机可选用双级动调轴流式风机的结论。
关键词:300MW循环流化床;二次风机;双级动调轴流式风机;离心式风机
中图分类号:TH432.1 文献标志码: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循环流化床已广泛应用于火力发电项目,据不完全统计,至今已运行的机组达42台之多,使我国大量煤矸石、煤泥等煤炭附属品得以充分利用。在这42台300MW循环流化床机组(以下简称42台机组)中使用的二次风机绝大部分是传统离心式风机或离心式风机加变频设备。在对42台机组二次风机参数进行查看过程中,发现其较接近600MW燃煤机组一次风机的参数,于是提出300MW循环流化床机组二次风机,能否选用已成熟使用于600MW燃煤机组一次风机类似的双级动调轴流式风机方案。
1 理论上确认可行性
1.1 参数比较

  某新建电厂300MW循环流化床二次风机和600MW燃煤机组一次风机的参数比较,见表1。

表 1 300MW 循环流化床二次风机 和 600MW 燃煤机组一次风机的参数比

机组类型及容量

300MW 循环流化床

600MW 燃煤机组

风机用途

二次风机

一次风机

煤种

设计煤种

设计煤种

工况

TB 工况

BMCR 工况

TB 工况

BMCR 工况

进口体积流量 /(m3/s)

99.72

79.53

108.82

76.86

进口质量流量 /(kg/s)

111.1

88.92

117.10

91.39

进口温度 / ℃

48

38

34.00

20.00

进口介质密度 /(kg/m3)

1.114

1.118

1.134

1.189

风机全压升 /Pa

16932

12542

15150

11654

输送介质

空气

空气

  根据表1中 600MW燃煤机组一次风机对应参数,选出了对应效率高、风机小的双级动调轴流式风机,其参数曲线见图1。从以上参数对比看,300MW循环流化床二次风机选用双级动调轴流式风机成为可能。

1.2 风机性能范围图
  根据离心风机、动叶可调轴流风机及静叶可调轴流风机的性能适用情况和近十来年收集的各类型风机选型参数,选用风机性能范围见图2。

注:1.AP代表动叶可调式轴流风机,AP-1单级动叶可调式轴流风机,AP-2双级动叶可调式轴流风机;2.AN代表静叶可调式轴流风机;3.比压能 Y=p×Kpt/ρ,式中: p为风机全压升;ρ为风机进口介质密度;Kpt 为压缩性修正系数。
  从性能范围图中可看出,AP风机的适用范围最宽,且与离心风机选用范围的交集很大。将表1中 300MW循环流化床二次风机参数放进此图中,发现其正好位于此交集内,可以初步判断双级动调轴流式风机同样适合用作二次风机。将其参数输入选型软件(这里不对选型计算过程进行赘述,请见相关文献)果真选出了合适的双级动调轴流式风机,曲线和性能参数分别见图3和表2。

表 2 单台风机参数(双级动调方案)

运行点

TB 工况

BMCR 工况

风机效率 /%

85.6

87.8

压缩性修正系数

0.9454

0.9587

风机轴功率 / kW

1884

1100

电机功率 / kW

2000

电机转速 /( r/min)

1490

风机转动惯量 /( kg·m2)

700

风机叶轮直径 / mm

1679

  从曲线图3看,TB点和BMCR点均远离失速线,而且风机效率也非常高,在经常运行的BMCR点效率更是达到87.8%。从曲线下行趋势,不难发现机组降低负荷运行时风机效率可能进入88%的更高效率区域,且该风机的调节范围较宽、高效率区范围同样较宽。
  根据以上曲线和性能参数表从理论上得出300MW循环流化床可选用双级动调轴流式风机作为二次风机的结论。
2 方案比较
  由于目前300MW循环流化床二次风机绝大部分采用离心式风机或传统离心式风机加变频方案。因此将双级动调轴流式风机方案(以下简称方案一)、离心式风机加变频方案(以下简称方案二)、离心式风机方案(以下简称方案三)作比较。以表1对应300MW循环流化床二次风机参数为例,有如下比较。
2.1 失速比较
  方案三和方案二的风机主体均为离心式风机,由于离心风机的失速点远离运行区域,因此在理论和实际中都暂不考虑离心风机失速问题。
  双级动调轴流式风机,根据其曲线,存在运行区域与失速区域较近的可能。因此在双级动调轴流风机选型中要考虑失速安全系数K,一般要求K≥1.3。
  以本文中图3对应工况点考虑失速安全系数K值。从图3中发现TB工况点较BMCR工况点接近失速线。则以图3中TB工况点对应失速点(取近似值)进行计算,如下:
  K=( pk / p)×(q2qk2)
式中: p为TB工况点的风压;q为TB工况点的风量;pk 为失速工况点的风压 pk =   Y×ρ/Kpt (见图2);qk 为失速工况点的风量。
  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
  通过以上失速安全系数计算确认图3对应的方案一是安全的、可靠的。这说明300MW循环流化床二次风机采用双级动调轴流式风机方案不存在失速的可能,作为其二次风机选用方案是可行的。
2.2 效率比较
  以表1中 300MW循环流化床二次风机对应参数按照方案二和方案三输入选型软件(这里不对选型计算过程进行赘述,请见相关文献),比选最佳曲线(方案二图4,方案三图5),如下:

  对应两种方案的性能参数,见表3。

表 3 单台风机性能参数(方案二和方案三)

方案

方案二

方案三

运行点

TB 工况

BMCR 工况

TB 工况

BMCR 工况

风机效率

84.7

85.1

84.3

70.2

压缩性修正系数

0.9454

0.9587

0.9454

0.9587

风机轴功率/kW

1903.7

1135

1932.3

1390

电机转速/(r/min)

1472

1247

1480

1480

电机功率/kW

2000

2150

风机转动惯量/(kg·m2)

1200

1200

风机叶轮直径/mm

2200

2200

  从表2和表3中看出:
  TB工况点风机效率:方案一高出方案二0.9%;方案一高出方案三1.3%;
  BMCR工况点风机效率:方案一高出方案二2.7%;方案一高出方案三17.6%;
  通过以上比较,很明显方案一效率要比方案二和方案三都高,从图4中可看出方案二的最高效率不会超过86%,从图5中可看出方案三的最高效率不会超过85%,而图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,比压能大于8 500Nm/kg、小于10 750Nm/kg范围均大于86%。这说明在经常调节范围内方案一效率比方案二和方案三效率都高。
2.3 技术结构比较
  方案一叶轮直径为1 679mm,线速度小、结构紧凑,占用空间少、占地面积少、叶片自身调节、效率高。
  方案二叶轮直径为2 200mm,线速度大、结构离散,占用空间大、占地面积大,且变频器占用空间也较大还需单独设空调房。
  方案三叶轮直径为2 200mm,线速度大、结构离散,占用空间大、占地面积大、靠挡板调节节流损失较大、调节范围较小、风机效率随机组负荷降低而下降较大。
  根据以上比较方案一在技术结构上优于方案二和方案三。
2.4 经济效益比较
2.4.1 轴功率Psh比较
  从表2和表3看出:
  TB工况点风机轴功率:方案二高出方案一19.7kW;方案三高出方案一48.3kW;
  BMCR工况风机轴功率:方案二高出方案一35 kW;方案三高出方案一290kW;
  轴功率已考虑机械损失,电机自身电耗和其它如油站、电动执行器、变频器等设备产生的电耗本次比较不纳入。由于风机一般不在TB点运行,此次比较不考虑TB点的经济效益。由于表1为选型参数,没有运行负荷模式及其相关参数,这里特别假定理想运行时间7 000h和理想运行工况是BMCR。仅算轴功率差产生的收益,售电单位收益按0.457元/ kW·h计算、BMCR工况下每度电煤耗按照310g计算。
  收益计算如下:
  采用方案一较方案二单台风机年节约用电35×7 000=245 000kW·h,方案一单台风机年多售电收益245 000kW·h×0.457元/ kW·h =111 965元,一台机组两台二次风机配置,年多售电收益223 930元。
  采用方案一较方案三单台风机年节约用电290×7 000=2 030 000 kW·h,方案一单台风机年多售电收益2 030 000kW·h×0.457元/ kW· h =927 710元,一台机组两台二次风机配置,年多售电收益1 855 420元。
  同时,相当于减少供电煤耗:
  方案一较方案二单台风机年节约用煤245 000×310/106=75.95t,一台机组两台二次风机配置,年节约用煤151.9t;
  方案一较方案三单台风机年节约用煤2 030 000×310/106=629.3t,一台机组两台二次风机配置,年节约用煤1 258.6t。
  减少煤耗即CO2、SO2、NOX等气体的排放也相应减少,达到国家要求节能减排的良好社会效益。
  通过以上比较,可看出方案一的经济效益和社会效益均要好于方案二和方案三。
2.5 初投资和维护比较
2.5.1 方案一与方案二、方案三初投资比较

表 4 初投资比较表(单台风机计)

项目

方案一

双级动调轴流式风机

方案二

离心式风机 + 变频

方案三

离心式风机

风机本体

约 55 万元

约 44 万元

约 44 万元

电动机

约 42 万元

约 45 万元

约 48 万元

其它热工仪表仪器

约 10 万元

约 10 万元

约 10 万元

油站

约 12 万元

/

/

变频器

/

约 130 万元

/

变频器房

/

约 5 万元

/

其它

约 4 万元

约 4 万元

约 4 万元

初投资合计

约 123 万元

约 238 万元

约 106 万元

方案一与方案二 价差

-115 万元

方案一与方案三 价差

17 万元

注:以上产品均为国产,不含备品备件、土建、安装等费用。
  采用方案一较方案二单台风机初投资省约115万元。一台机组两台二次风机配置,初投资省约230万元。
  采用方案一较方案三单台风机初投资多约17万元。一台机组两台二次风机配置,初投资多约34万元。
2.5.2方案一与方案二、方案三维护投资比较

表 5 维护投资比较表(单台风机计)

项目

方案一

双级动调轴流式风机

方案二

离心式风机 + 变频

方案三

离心式风机

风机本体

约 10 万元 /4 年

约 6 万元 /4 年

约 6 万元 /4 年

电动机

约 2 万元 /4 年

约 2 万元 /4 年

约 2 万元 /4 年

其它热工仪表仪器

约 1 万元 /4 年

约 1 万元 /4 年

约 1 万元 /4 年

油站

约 1 万元 /4 年

/

/

变频器

/

约 30 万元 /4 年

/

备品备件

约 35 万元 /5 年

约 50 万元 /5 年

约 10 万元 /5 年

维护投资合计

约 10.5 万元 / 年

约 19.75 万元 / 年

约 4.25 万元 / 年

方案一与方案二 价差

约 -9.25 万元

方案一与方案三 价差

约 6.25 万元

  采用方案一较方案二单台风机年维护省约9.25万元。一台机组两台二次风机配置,年维护省约18.5万元。
  采用方案一较方案三单台风机年维护多约6.25万元。一台机组两台二次风机配置,年维护多约12.5万元。
  从以上分析看,方案三初投资和维护费用低,方案一次之,方案二最高。综合2.4经济效益比较,方案一仍是三种方案中最优。
3 结论
  方案一与另两个方案技术经济对比后优点明显,主要表现在以下几个方面:
  1) 运行时具有较高的安全、可靠、稳定性; 2)调节范围较广、且调节效率较高; 3)线速度小、结构紧凑,占用空间少、占地面积少; 4)经济效益和社会效益都好; 5)初投资和维护费用较低。
  需要注意的是,上述经济效益计算是以理论的情况为基础进行的,若有实际运行参数,则需要相应改变算法。
  目前,国内已有辽宁调兵山煤矸石发电有限责任公司一期2×300MW循环流化床机组二次风机采用了成都电力机械厂提供的双级动调轴流式风机。从该公司了解,一期工程2010年6月投运至今已两年有余,四台双级动调轴流式二次风机期间运行平稳、经济、可靠、可调性高。
  综上所述,300MW循环流化床选用双级动调轴流式风机作为二次风机可行。若现有的300MW循环流化床机组需要对二次风机进行节能改造,以及新建的300MW及以上循环流化床机组的二次风机,均可考虑双级动调轴流式风机方案。

参 考 文 献

[1] GB/T 1236-2000,工业通风机用标准化风道进行性能试验[S].
[2] JB/T 4362-1999,电站轴流式通风机[S].

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  评论人:jinwjxhoqr   打分:85 分  发表时间:2015-7-27 4:21:00
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