华润电力引风机型式比较专题报告.docx
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华润电力引风机型式比较专题报告
Nwepdi
西北电力设计院F6191K-A-42
华润电力锦州
2X1000MW机组“上大压下”工程
可行性研究阶段
引风机型式比较专题报告
和你一起成功
2008年7月西安
目录
1工程概况………………………………………………………………1
2引风机与脱硫增压风机合并的可能性………………………………2
2.1对炉膛防爆压力的影响………………………………………2
2.2脱硫系统投切对锅炉和引风机的影响………………………3
2.3运行经济性……………………………………………………4
3引风机与增压风机合并的经济性分析………………………………4
4引风机与增压风机合并设置的引风机型式…………………………5
5结论……………………………………………………………………8
1工程概况
华润电力（锦州）有限公司成立于2007年7月，系华润电力控股有限公司的全资子公司，其前身是锦州发电厂，属辽宁电网的骨干电厂，被列为国家“六五”和“七五”期间的重点建设项目。
公司地处辽西走廊，南距锦州市21km。
华润电力（锦州）有限公司现役6X200MW国产燃煤汽轮发电机组分二期建设，一期工程3X200MW机组和二期工程3X200MW机组分别于1984年和1988年投产发电。
华润电力（锦州）有限公司为更好地贯彻国家“上大压小”、节能减排、保护环境的方针，配合辽宁省锦州地区的经济发展，并结合企业自身发展的战略，针对公司6X200MW机组设备老化、煤耗高以及所排放的烟气中大量二氧化硫和粉尘对周边环境严重污染的实际情况，拟拆除现役＃2～＃6机组，在锦州市经济开发区南端的锦州港老会山附近异地新建2X1000MW超超临界燃煤发电机组，同步配套建设烟气脱硫设施和脱硝设施，厂区总平面留有扩建的条件。
本期工程新建的2X1000MW超超临界燃煤发电机组通过采用大量的先进技术，将有利于节约能源、节约用水、减少烟气污染物排放，进而保护当地环境，并积极推动地区经济的可持续发展。
本期工程计划2009年3月开工，2011年5月＃1机投产，2011年10月＃2机组投产。
1.1主厂房为右扩建，四列式布置，采用除氧煤仓双框架结构，集控楼布置在两炉之间。
1.2锅炉紧身封闭，8台中速磨布置在煤仓框架内，送风机和一次风机布置在锅炉钢架内，引风机横向布置在电器除尘器后。
每炉采用两台三室五电场电气除尘器。
1.3采用中速磨正压直吹式制粉系统。
1.4锅炉主要技术数据
锅炉：
超超临界压力燃煤直流炉、一次中间再热、平衡通风、固态排渣、紧身封闭、全钢悬吊结构。
主要技术数据（设计煤种）
序号
名称
单位
数值
1
锅炉最大连续蒸发量（BMCR）
t/h
3110
2
过热器出口蒸汽压力
MPa（a）
26.25
3
过热器出口蒸汽温度
℃
605
4
再热蒸汽流量
t/h
2465.7
5
再热器出口蒸汽温度
℃
603
6
省煤器进口给水温度
℃
303.7
7
锅炉保证热效率
％
≥92
8
排烟温度（修正后）
℃
～135
1.5烟气系统
该系统是将炉膛中的烟气抽出，经过尾部受热面、脱硝装置、空气预热器、除尘器、脱硫装置和烟囱排向大气。
除尘器采用静电除尘器，在除尘器后设有两台50％容量的轴流式引风机。
为使单台引风机故障时，除尘器不退出运行，在两台除尘器出口烟道上设有联络管和电动隔离门。
正常运行时，联络管也起平衡烟气压力的作用。
两台炉合用一座烟囱，在引风机出口装有严密的挡板风门，作隔离用。
2引风机与脱硫增压风机合并的可能性
引风机与脱硫增压风机合并可简化系统、减少占地、降低运行成本。
考虑到低负荷的喘振问题和变工况时的效率问题以及机组的可能性，目前在国外一般一台锅炉配置二台脱硫、引风合而为一动叶可调风机。
以下分析合并的可能性。
2.1对炉膛防爆压力的影响
目前国内电力行业关于炉膛防爆有以下规程：
DL/T435-2004《电站煤粉锅炉炉膛防爆规程》3.2.1C）条：
无论由于什么原因使引风机选型定的能力超过-8.7KPa时，炉膛设计瞬态负压都应考虑予以增加；DL/T5121-2000中9.5.7第1条中第3）条：
当锅炉尾部采用的烟气净化设备阻力较大，环境温度下吸风机试验台风压低于-8.7KPa时，（如-10KPa），必须考虑增大的设计负压。
不设烟气净化设备的工程一般都不会超过此值，随着环保要求的提高，继烟气脱硫装置同步建设后，烟气脱硫装置也陆续开始同步建设，使得烟气系统阻力增加。
以往工程引风机加上脱硫系统阻力经核算如超过锅炉防爆压力，脱硫系统均单独设置了增压风机。
当脱硫系统不设置GGH,脱硫系统阻力有所下降后，有工程考虑到优化和经济性，开始考虑合并风机的可能性。
按照张建中先生在《锅炉炉膛及烟风系统瞬态防爆设计压力取值标准问题的探讨》一文中指出“现行锅炉防爆规范中将炉膛瞬态防爆负压与引风机在环境温度下选型点能力联系起来的做法，主要是基于定速离心风机的特性。
在最不利情况下，当锅炉发生MFT引起主燃料中断，假定送风机挡板迅速关闭，而引风机控制挡板由于故障或有意地保持在一定开度位置（这相当于引风挡板反应速度为零），因烟量迅速减少，引风机将沿“静压——风量”特性曲线上升到断流点，此时可能产生的炉膛负压极限显然是风机特性曲线上的最高静压值，对离心式引风机来说，这个值等于风机零流量时的数值，也可近似于风机选型点（T·B点）的能力。
但对轴流式引风机而言，风机零流量时的静压比风机选型点（T·B点）的能力要低得多。
从防炉膛内爆角度，选用轴流式引风机时的风险明显比选用离心式要小，而在轴流式引风机中动叶可调机型的风机由于调节叶片的反应速率较快，其防内爆性能应优于静叶可调机型。
在评估烟气系统瞬态设计负压取值时，应当考虑引风机选型特性的上述影响。
”“当锅炉机组因装设（或预留）脱硝装置、或烟气脱硫系统中采用“增压风机—引风机”合一方案等原因，使引风机在环境温度下的选型点能力超过-8700Pa，对炉膛瞬态设计负压的取值宜按NFPA85标准中的核算准则进行优选。
最终定值应根据设计优化方案，并与制造厂商取得共识。
”
天津北疆电厂2X1000MW机组工程邀请专家召开锅炉方案评审会时，与会专家均认为锅炉防爆主要应靠燃烧控制系统及炉膛压力控制系统来保护，而且轴流风机对防止炉膛内爆相对有利，没有必要将炉膛瞬态压力提得过高。
因此确定锅炉瞬态承压能力不考虑环境温度下吸风机试验台风压，维持原锅炉瞬态承压能力9800Pa。
北疆工程引风机选型点压头折算到环境温度下已达到12920Pa和14870Pa。
北疆工程最终采用了风机合并的方案。
本工程锅炉炉膛防爆压力建议按9800Pa。
设置脱硝系统并合并增压风机方案的引风机压头为8801Pa，折算到环境温度压头为12255Pa。
2.2脱硫系统投切对锅炉和引风机的影响
2.2.1对锅炉的影响
切投脱硫系统时，由于系统阻力有变化，受其影响，锅炉负压也会产生一些波动。
据有关文献介绍，在正常切投LGD时，设定好合适的FGD进出口挡板和旁路挡板的起闭速度，使风机调整的速度能够适应，则炉膛的负压可以得到有效的控制。
当FGD保护动作时，旁路挡板快开，控制好快开的速度和开度，可以减少对炉膛的影响。
通过大同三期工程与脱硫厂家的配合，也证实了上述的观点。
无论是否设有增压风机，切投脱硫系统对锅炉的影响同样存在，并不会因为取消增压风机加重其影响。
对于本工程，挡板门具体的设定值将在与脱硫岛承包商配合时确定。
2.2.2对引风机的影响
切除脱硫系统，引风机的压头降低。
按照轴流风机的特性曲线，此时将远离喘振线，风机的安全性不受影响。
但与设有增压风机的系统相比，此时风机效率将会较低，电耗较大。
2.3运行经济性
在脱硫系统投入时，总体的风机效率（含低负荷）有所提高，运行成本相对较低；但脱硫系统切除后，风机效率相对较低，影响整体经济性。
3引风机与增压风机合并的经济性分析
二个方案的费用比较表（一台炉）（万元）
序
号
项目
单独设脱硫增压风机方案
增压风机与引风机合并方案
节省费用
备注
一
总投资
1805.2
950
855.2
1
风机
1400
950
含电机
2
挡板门
119.6
/
出口
119.6
/
3
起吊设施
（增压风机）
18
4
土建（增压风机基础）
148
二
运行费用
460
230
230
从价格上比较，一台锅炉配置二台引风机和脱硫增压风机比一台锅炉配置二台（引风机+脱硫增压）风机贵40％左右；从整个机组的耗功来看，一台锅炉配置二台引风机和二台脱硫增压风机比一台锅炉配置二台（引风+脱硫增压）风机增加10％左右。
从布置占地及风机基础费用上比较一台锅炉配置二台引风机和脱硫增压风机比一台锅炉配置二台（引风+脱硫增压）风机占地大且风机基础总费用高。
采用一台锅炉配置二台（引风+脱硫增压）风机方案可大大减少脱硫区域占地。
4引风机与增压风机合并设置的引风机型式
对于7000Pa以上的风机压头，考虑到1000MW机组的流量大，直径大，而风机的压力与转速成2次方关系递增，流量线性递增，静调风机由于不能设置成两极，只能通过提高转速来满足系统阻力，但由于风机直径变化较小，因此线速度较高，对静叶可调风机来讲线速度一般在140m/s以下，动叶可调风机线速度一般在165m/s以下，否则在强度设计以及气动性能和噪声均很难得到满足。
动叶可调轴流风机由电动执行器直接调节液压调节装置，进而调节叶片角度。
故调节扭矩比较小，约200Nm。
静叶可调风机由电动执行器直接调节门角度，故调节扭矩比较大，需要10000Nm以上。
因此动叶可调风机调节速度较能跟上变工况速度，对炉膛防爆有利。
动调风机分单双级两种型式，以下进行比较。
（1）空气动力性能
本工程引风机的参数特点是压力系数较高、流量系数较大。
轴流风机设计按照等环量理论设计，轴流风机当轮毂比增加时压力系数增加、流量系数下降，其中压力系数增加较快，流量系数略微下降，因此相同参数下，单级风机直径较大，双级风机直径相对较小。
对于在运行过程中的效率问题，单级风机由于叶片较短以及叶片数量较多，流量较大，在叶顶部的二次流的损失以叶片上的摩擦损失有所增加，同时由于双级风机扩压器产生的扩压损失只需要计算一个扩压损失，因此一般来讲双级风机的效率高于单级风机的效率。
当然实际风机的效率与阻力线在风机的性能曲线上的分布有关，对于本工程来讲，风机的效率在T.B点效率基本接近，在30％BMCR到100％BMCR时双级具有效率优势。
（2）结构特点比较
单级动叶可调引风机（转子图见图一），从顺气流方向看分别是01型钢挠性联轴器、轴承箱、叶轮、液压调节装置，钢挠性联轴器通过一空心主轴（中间轴）与电机端钢挠性联轴器相连接，中间轴的一半重量以及叶轮的重量分别支撑在轴承箱的两端，液压调节装置在风机运行时推动推盘和调节杆及其叶柄从而带动风机叶片的转动，以便适应系统的风量、液压要求。
图一单级动叶可调风机转子图
双级动叶可调引风机（转子图见图二），从顺气流方向看分别是03型刚挠性联轴器、轴承箱、叶轮、液压调节装置，03型钢挠性联轴器通过一空心主轴（中间轴）与电机端01型钢挠性联轴器相连接，中间轴的一半重量以及叶轮的重量分别支撑在轴承箱的两端，两级叶轮通过推杆和推盘进行串联，推杆安装在主轴承箱空心轴内，并可以在安装和检修时通过调整垫片进行两级叶片同步性的调整，调整到位后通过液压调节装置调节叶片角度，以适应系统的风量、风压的要求。
图二双级动叶可调风机转子图
（3）其他（参考上鼓厂为同类型工程做的方案）
●叶片材料
在转速为745rpm下，单级叶顶圆周速度为164.5m/s，基本接近德国TLT公司的设计极限，若本工程采用单级叶轮方案，根据TLT公司计算该风机叶片材料必须选用GGG40球墨铸铁，但球墨铸铁耐磨损虽然较普通钢板好，但是较喷涂耐磨层的钢叶片差很多，同时叶片磨损后不能修复，而双级风机叶顶圆周速度为155.2m/s，可选用St52钢板加喷涂硬质耐磨合金，可以保证叶片连续使用50000小时，当叶片磨损后可以修复2-3次，整体使用寿命可以达到150000小时，同时根据TLT公司的初步计算，双级风机最大应力为60N/mm2,单级风机最大应力为83N/mm2，因此从叶片可靠性上来讲，双级风机应力较低。
●主轴承
若选用单级风机，由于叶轮侧重量（重量为11500kg）明显重于联轴器侧重量，因此叶轮端轴承侧载荷很大，包括由于扭矩产生的扭转力和转子重量产生的弯曲应力，风机主轴直径必须加大，据TLT公司初步估计，需选用H280L02轴承箱，轴承箱支撑轴承为NU264MC3，推力轴承为7264BMPUA,目前该类轴承必须进口，且只有FAG公司一家生产，生产周期较长，一般一年以上，由于该类轴承用户较少且价格昂贵，厂家一般情况下采购轴承数量不会很多，如果考虑到大修或者轴承损坏就有可能导致没有轴承可换，若考虑整机备一套轴承，储存较长时间（如3年到5年）对此精密设备也很难保证100％的可用。
若选用双级风机，该结构的风机轴承箱两侧受力基本相等（每侧叶轮重量为5500kg），因此轴承受力比较均匀，初步估算可以采用H240N2轴承箱，该轴承箱支撑轴承为NU348MC3及NJ348MC3，考虑到脱硫脱硝后压力较高，设置有两个推力轴承，型号为7348BMP.UA.该型号的轴承是厂家目前使用数量最多的主轴承型号之一，轴承的采购、交货期以及备件轴承的交付都不会存在任何问题。
对于风机承受的由于风机压升引起的轴向力来讲，单级风机由于外径较大，轴向力为77050N,而双级风机为68700N，双级风机相对较小。
●风机转动惯量
由于双级风机直径较小，同时风机重量也较轻，因此转动惯量较小。
若选用双级风机则电机的启动时间较短，启动电流较小，这样可以延长电机的使用寿命。
●风机加工难度
由于单级风机叶轮轮毂达到2.66米，叶轮重量较重，叶轮、叶柄的加工以及风机机壳的加工比较困难且费用昂贵。
而双级动叶可调风机内径只有1.778米，因此加工设备不存在任何问题。
5结论
综上所述，本工程引风机与增压风机合并方案技术上是可行的，就锅炉炉膛瞬态防爆压力的问题应在锅炉招标书与技术协议谈判时与锅炉厂进行沟通。
引风机推荐采用双级动叶可调轴流式。
参考文献：
●《锅炉炉膛及烟风系统瞬态防爆设计压力取值标准问题的探讨》—张建中
●《2X1000机组动叶可调引风机单双级技术方案比较》—上海鼓风机厂有限公司技术开发部
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