工廠降溫設備_鍋爐四大風機狀態診斷分析電力百科火災自動報警系

鍋爐四大風機狀態診斷分析
Boiler four gales machine state diagnose analysis
徐寶福 尹君
Xvbaofu Yinjun

    摘要：在當前電力行業飛速發展，新的機組不斷投產，越來越多的電廠選用大容量高參數的鍋爐，隨著鍋爐配套的輔助機械參數增加，技術要求也相應進步了，加上國家對環境保護新政策的出臺和完善，不但新上機組環保設備必須同步投產，對電廠的老機組也必須上脫硫、脫硝等環保設備，也就使得鍋爐由原來的“兩大”風機變為目前的“四大”風機。由于各種風機的結構、原理以及性能不同，因此，效率上也存在一定的差別，本文針對鄒縣電廠應用的各種類型的風機，經過筆者多年對風機的接觸，從運行、維護以及制造、安裝等方面的經驗加以分析探討，為今后風機選型，設備治理提供一定的鑒戒經驗。
Abstract: Industry has developed at full speed in current electric power , the new aircraft crew has put into production in commission unceasingly , more and more many electric power plant has selected and used the parametric boiler of high-capacity height , the technology has demanded also corresponding rise , has added country appearing personally to new policy of environmental protection and has improved and perfected with the fact that the boiler supporting auxiliary machinery parameter increases by,not only new upper aircraft crew environmental protection equipment must be put into operation synchroly, the old aircraft crew to electric power plant also must mount environmental protection equipment such as desulfurate , taking off a saltpetre, The also feasible boiler is become from "two heavy " original wind machine at present "4-big speaking out freely , airing views fully , holding great debates and writing big-character posters " wind machine. Since various wind machine structure , principle and function are different, therefore, existence is also certain on efficiency difference , various type wind machine the main body of a book is applied specifically for Zou Xian electric power plant, get in touch with by that the author checks wind machine''s for many years , discuss from operation, upkeep as well as the aspect experience such as making , assembling gives analysis, wind machine chooses a type for the days to come, experience equipment is managed providing certain drawing lessons.
關鍵詞：鍋爐各種風機'>鍋爐各種風機 效能分析'>效能分析 設備治理經驗'>設備治理經驗
Keywords: The various boiler wind machine efficacy analyses equipment managerial experience
1.概況
以往鍋爐的風煙系統設備主要包括送風機、一次風機、熱風器、預熱器、靜電除塵器、吸風機等�，F在的大型鍋爐環保設備的需要，配置了脫硫增壓風機、脫硫島（FGD）煙氣換熱器(GGH)等。使早期鍋爐的“兩大”(吸、送)風機逐步變為目前的“四大”（吸、送、一次、增壓）風機。風機是鍋爐設備中重要輔機之一,玻璃鋼負壓風機，隨著鍋爐單機容量的增大，為保證機組安全可靠和經濟公道的運行，對風機的結構、性能和運行調節也提出了更高、更新的要求。在當前電力行業飛速發展，大型機組不斷投產的形勢下，人們對“四大”風機的選型題目越來越關注。為此，對幾種形式風機的性能以及使用情況加以比對，以便對各種風機有更進一步了解，為今后風機的選型和維護，提出了自己的看法。
2.引言
2.1華電國際鄒縣發電廠總裝機容量為2540MW，一期、二期工程4×335MW機組分別于1985年～1989年建成投產，每臺鍋爐配置2臺SAF28-16-1型動葉可調軸流式吸風機和2臺FAF23.7-13.3-1型動葉可調軸流式送風機，送、吸風機均為上海鼓風機廠制造。
三期工程2×60OMW機組于1987年建相繼成投產，每臺鍋爐分別配置2臺美國TLT-Babcock公司生產的SAF37.5/19.0-1型動葉可調軸流式吸風機與上海鼓風機廠采用德國TLT技術生產的2臺動葉可調軸流式FAF28.0/12.5-1型送風機；2臺美國TLT-Babcock公司制造的1904 AZ/1155/5型雙吸離心式進口靜葉可調一次風機。后來改造安裝的煙氣脫硫增壓風機選用了豪頓華公司制造的ANN-4494/2120B型動葉可調軸流式風機。
四期工程2×100OMW #7機組于2006年12月４日正式投產，＃8機組也于2007年7月5日投產。每臺鍋爐分別配置2臺成都電力機械廠生產的AN42e6（V13+4°）型靜葉可調軸流式吸風機，以及同步投產的2臺ANT42e（V13+4°）型靜葉可調軸流式脫硫增壓風機。2臺FAF19/12.5-2型動葉可調軸流式雙級葉片一次風機，2臺FAF28-14-1型動葉片角度可調節軸流式送風機為上海鼓風機廠制造。
2.2 離心式風機具有悠久的歷史，目前不少電廠仍普遍采用它作為鍋爐用風機。離心式風機結構簡單，運行可靠、效率高，制造本錢較低，噪音較小，抗腐蝕性能較好�，F代離心式風機普遍采用空心機翼型后彎葉片，效率可高達85～92％。但是隨著鍋爐單機容量的急劇增加，離心式風機的容量已經受到葉輪材料強度的限制。不可能使風機的容量隨鍋爐的容量大幅度地增加而按相應的比例增長。而且隨著鍋爐單機容量的增加，離心式風機的尺寸、重量都太大了，給制造、運輸、安裝、運行維護等方面都帶來了困難，否則只能依靠風機的臺數來適應鍋爐容量的增長。在這種情況下，各電廠的大容量鍋爐采用軸流式風機是目前發展的主要趨勢。
2.3軸流式風機是以機翼上升力理論為基礎，被輸送提升增壓的流體沿軸向活動，故稱為軸流風機。軸流式風機具有流量大，風壓低的特點，所以適合于作為鍋爐的輸粉風機與吸風機。在我國當前電力行業飛速發展，大型機組不斷投產的形勢下，人們對“四大”風機的選型題目越來越關注。為此，筆者將針對本廠使用的幾種形式的風機性能，結合風機制造、安裝、運行、維護等方面出現的題目加以比較。
由于以上兩種形式的風機已經被電廠廣泛使用，對其構造、特性等就不具體敘述。
3. 進口靜葉片角度可調節軸流式風機
華電國際鄒縣發電廠四期工程1000MW機組采用的進口靜葉片角度可調節軸流式風機（以下簡稱靜調風機）空氣動力性能設計，是原聯邦德國KKK公司經過五十多年的試驗逐步發展起來的。從上世紀80年代末期我國引進該項技術制造了靜調風機，原電力部根據我國電力產業的迫切需要向國家申報、經國家經委批準的技術引進項目，并被列為國家計委重大新產品項目。1990年制造的首批靜調風機，同年通過了德國專家的質量認證，在制造質量上完全符合該公司制造質量標準。靜調風機各通流部件的互相匹配、幾何型線、葉輪葉片數、進口和出口導葉的葉片數、進口導葉調節轉動軸線的位置、后導葉及葉輪葉片安裝角度等，都是經過大量試驗研究而優化。
3.1風機特點與結構簡介
3.1.1靜調風機是一種子午加速風機，其高性能、高效率、能避開失速區。風機結構簡單，圖1是風機結構簡圖，按照氣流方向，包括進氣箱、進口集流器、進口導向調節器、機殼及后導葉、轉子（帶轉動軸承）、擴壓器等主要部件。 附圖1 吸風機結構圖
1?聯軸器；2?進口集流器；3?進口靜葉；4?葉輪；5?出口擴流器；6?軸冷風機；
7?吸風機軸系；8?吸風機殼體
3.1.2、輪轂呈鍋底狀，應力均勻分散，當應力在輪轂表面加速時，氣流均勻接觸輪轂表面，均勻加速，轉子運行平穩。鍋底輪轂靜調風機比錐形輪轂靜調風機的最高效率要高出3％左右。輪轂上只有一組主葉片，重量輕，焊接量少，熱影響區少，輪轂可多次重復使用，使用壽命長。同時既有傾斜角又有扭轉角，壓力系數高，降低葉輪線速度，進步其耐磨性。另外，其獨特的葉型設計保護了葉片根部，磨損區域控制在葉尖，不會對風機安全運行構成威脅。 3.1.3、葉輪裝在短軸上，葉輪重心通過三套軸承的中心，穩定性好，振動非常小，振動值≤0.04mm。軸承集中在短軸上，只承受短軸和與轉子的重量，不承受風機大軸承的重量。軸承使用壽命比老式結構的軸承壽命進步了很多。葉輪重量很輕，葉輪的轉動慣量也很小，相應地降低了電機的拖動負荷。比在相同參數下選用的其他形式風機的轉動慣量均要小得多，且檢驗時葉輪無需與軸承座整體吊裝。
3.1.4、靜調風機機采用的油脂潤滑方式潤滑，不需要油站，加油方式是每隔一個月，用專用油槍加油一次，每次只需加油100克。該風機不用油站又采用的空氣冷卻，整臺風機無油無水，便于維護，非常利于文明達標。
3.2工作原理
靜調風機是一種子午加速風機，風機工作時，煙氣由除塵器出來后進進風機進氣室，經過前導葉的導向，在集流器中收斂加速，再通過葉輪的作功產生靜壓能和動壓能；后導葉又將煙氣的螺旋運動轉化為軸向運動而進進擴壓器，并在擴壓器內將煙氣的大部分動能轉化成靜壓能，從而完成風機的工作過程，最后煙氣排進大氣。
3.3風機調節
3.3.1靜調風機風量調節是由前導葉完成的。前導葉為機翼型，能在-75°～+30°范圍內實現無級風量調節（該項技術為TLT-KKK公司專利），因而其調節范圍寬，調節效率高；尤其是風機性能曲線的等效線呈橢圓分布且其長軸幾乎與鍋爐管網阻力曲線平行，因此，風機特別適合于作帶調峰負荷的鍋爐機組的風機。風機采用安裝在葉輪上游進口導葉改變運行工況，軸向方向的氣流用可以旋轉的進進導葉，按照葉輪的旋轉方向或其相反方向進行導向，調整每種定向旋流可以得到不同的風機容量。
3.3.2進口導葉在運行過程中可通過執行機構設定一個合適的角度來調節流體。進口導葉的行程范圍可用調節限位裝置分別調至-75°（封閉）和+30°（全開）予以限定。采用帶遠控的執行機構來調節進口導葉，該機構的行程以不撞擊導葉止塊而限定的。采用帶有百分刻度的電動指示儀表給出導葉位置的相應信號，應將指示儀表進行校準，使“打開100％”的點與所規定的最大負荷點相重合（100％開度應≤導葉的+30°開度）。
3.4風機運行中出現及應留意的題目
3.4.1根據筆者對該風機投產一年來的跟蹤觀察，發現該類型風機的前導葉空心葉片由于制造工藝不精細題目，點焊處多處開焊，葉柄與中心筒相交處葉軸支撐結構過于簡單粗糙而且磨損嚴重。加上導葉調節輪圈及連桿傳動機構安裝不到位，導致各靜葉角度不一致與竄動，幾次發生過葉片卡澀及葉柄外部的支承座斷裂的故障。
3.4.2根據筆者對該類型風多年來的跟蹤觀察，發現由于施工安裝職員受老式離心風機安裝經驗的影響, 新的理念沒有建立,對靜調風機性能還不熟悉,導致華電安徽池洲電廠、寧夏靈武電廠、山東鄒縣電廠的吸風機安裝后，進口調節葉片的就地行程固然限定在0～100%,而實際上風機內部進口調節葉片的行程只是在-75°～0°范圍內，因此以上機組投產后均存在風機出力受限的題目，經過修整葉片電動頭開關行程后恢復正常。
3.4.3 ＃7爐由于吸風機出口煙道長期正壓（應該負壓）運行，造成風機圍帶、膨脹節等設備不同程度的損壞而煙氣泄漏嚴重，為了防爆還專門在吸風機出口煙道上加裝防爆門。主要原因是增壓風機進口靜葉角度沒有按照標準安裝調試，結果只能在（-75°～0°）范圍內調節，當鍋爐高負荷時，由于增壓風機靜葉不能全開，也就出現洽商現象。一般情況下不加裝脫硫裝置，正常運行中吸風機出口煙道負壓受煙囪影響，能比較穩定的維持在-6.27 Pa～-7.08 Pa之間運行。加裝脫硫裝置后該段系統阻力由增壓風機來克服，正常運行中吸風機出口煙道負壓，一般應同原來相接近。由于增壓風機進口靜葉差30°不能全開，所以吸風機出口煙道負壓時常1000 Pa之間變化，嚴重時達到1600 Pa甚至2000 Pa。而靜葉開度100％，電流也只能達到245A。當＃7爐大修后，在調試過程中發現兩臺增壓風機靜葉的題目，經過修整靜葉角度增壓風機投進運行后，發現兩臺增壓風機靜葉開度只開到88％時，電流就已達到292A，吸風機出口煙道負壓也能比較正常的穩定在-1.5 Pa～-4.2 Pa之間。
3.4.4幾個電廠吸風機均發生過此類故障，運行中風機振動大，超過規程規定值，根據該風機葉輪與機軸的裝配工藝不同于其它類型的風機，采用那種過盈配合工藝而是屬于過渡配合，輕易出現故障，根據振動參數診斷為葉輪緊固螺栓松動引起振動。結果停下風機吊開上蓋及葉輪側半聯軸器檢查，發現葉輪端部的壓盤螺栓多條松動甚至有的螺栓斷裂。發現主要是安裝過程中沒有按規定力矩緊固壓蓋螺栓導致，當然螺栓的質量也可能存在題目。
3.4.5從現場設備的運行現狀來看，裝有兩級葉片的軸流式一次風機進口風道上固然裝設有消音器，因一次風機風壓高，葉片多達32只，使現場噪音達105dB以上，因此必須在機殼表面敷設隔音層或者加裝隔音罩。
3.4.6由于一次風機風壓高、噪音大，多次出現一次風機出口風道振裂，內部支撐及導流板等部件開焊等題目。
4.軸流式風機與離心式風機性能比較
4.1軸流式風機如采用動葉片角度可調節，則效率較高。并可使風機在高效率區域內工作，因此，運行用度較離心式風機明顯降低。軸流式風機效率最高可達90％，機翼型葉片的離心式風機效率可達92.8％，兩者在設計負荷時的效率相差不大。但是當機組帶低負荷時，動葉片角度可調節軸流式風機（以下簡稱動調風機）的效率要比具有進口導向裝置調節的離心式風機高很多（見表1）。當機組負荷在55％左右時，軸流式風機的效率將比離心式高2倍以上。
附表1 軸流式送風機與離心式送風機運行效率與軸功率對比表

    通過表1可以看出，當機組負荷為100％時，軸流風機和離心風機的效率分別為80％與84％，當機組負荷降到54～50％時，軸流風機效率將比離心風機高2.53～2.81倍。
4.2軸流式風機對風道系數風量變化的適應性優于離心式風機。尤其是運行中鍋爐煙道積灰等阻力變化，以及煤種變化引起風機風量和壓頭的變化。為了考慮克服以上因素，在選擇離心式風機的裕量要大一些，因此效率會明顯的下降。而軸流式風機可以采用動葉片角度調節來適應風量、風壓的變化，而對風機的效率影響卻很小。
4.3軸流風機基礎重量及飛輪效應等方面都比離心式風機優越，軸流風機比離心式風機的重量輕，所以支撐風機和電動機的結構亦較輕。而且還可節約基礎重量。軸流式風機結構緊湊，外形尺寸小，占據空間亦少。如相同性能風機作對比，則軸流風機所占空間尺寸比離心式風機小30％。
軸流風機有低的飛輪效應值(kg.m2)，這是由于軸流風機答應采用較高的轉速和較高的流量系數。所以在相同的風量、風壓參數下軸流風機的轉子重量較輕，即飛輪效應較小，使得軸流風機的啟動力矩大大地小于離心風機的啟動力矩。一般軸流式風機的啟動力矩只有離心式風機啟動力矩的14．2％～27．8％，因而可明顯地減少電動機功率裕量對電動機啟動特性的要求，降低電動機的投資。而離心風機由于受到材料強度的限制，葉輪的圓周速度也受到限制。而轉速低，使離心風機的轉子大而重，飛輪效應值明顯增大，會使風機的啟動帶來困難，電動機功率要比正常運行條件下所需的功率大得多，這樣在正常運轉時，電動機又經常在欠載運轉，增加電動機的造價，降低電機的效率。4.4軸流風機的轉子結構要比離心風機轉子復雜，旋轉部件多，制造精度要求高，葉片材料的質量要求也高。再加上軸流風機本身特性，運行中可能要出現喘振現象。所以軸流風機運行可靠性比離心風機稍差一些。但是動葉可調的軸流風機由于從國外引進技術，從設計、結構、材料和制造工藝上加以改進進步，使目前軸流風機的運行可靠性可與離心風機相媲美。
4.5軸流風機如與離心風機的性能相同的話，則軸流風機的噪聲強度比離心風機高，由于軸流風機的葉片數往往比離心風機多2倍以上，轉速也比離心風機高，因此軸流風機的噪聲頻率位于較高倍的頻程頻帶。國外資料報導，不裝設消聲器的軸流送風機的噪聲水平可達110～130dB，離心送風機噪聲水平約在90～110dB。然而，對于性能相同的兩種風機，把噪聲消減到答應的噪聲標準(85dB)，在消聲器上所花費的投資相差不大。
就軸流式風機而言，又可分為動葉片角度可調節和進口靜葉片可調節兩種形式的風機。
5靜葉可調軸流式風機與動葉可調軸流式風機的經濟性比較
5.1年維護用度的比較
5.1.1動調風機結構復雜，傳動部件較多，特別是對動葉調節所用油系統技術要求高，結構復雜，維護工作量大。吸風機參數比送風機高得多，所以調節力矩也大的多，因此要求液壓機構尺寸更大，吸風機轉子輪轂結構也復雜。另外，吸風機轉子工作環境惡劣不但溫度高工質含塵量大（固然有密封冷卻風機），仍輕易導致密封件老化以及控制頭漏油、卡澀等題目。隨著電除塵器效率的進步以及在吸風機葉片表面采用新型防磨技術，使得吸風機葉片耐磨壽命較以前大大的進步，在煙氣含塵量100 mg/m3的條件下葉片壽命可達25000小時[1]。
5.1.2在相同的風機選型條件下，靜調風機可獲得比離心風機和動調風機低一擋的轉速。理論與實踐均表明風機葉輪的耐磨壽命與風機轉子速度的平方成反比，因此，在相同出力條件下，轉速較低的風機具有更好的耐磨性。這就是靜調風機更適用于鍋爐用吸風機的一個重要因素。靜調風機耐磨壽命的進步主要采取兩個手段，其一是應用空動理論優化設計葉輪流道，使含塵煙氣避免沖洗葉片根部而均勻流過葉片尖部和后導葉，實踐中，在不加任何防磨措施時在250～400mg/ m3含塵煙氣中其耐磨壽命就能超過25000h，甚至在很多電廠已達到50000h以上，這種靠先進氣動理論來進步耐磨壽命的方法是最根本最徹底的方法；另一個進步耐磨壽命的方法是在葉輪葉片和后導葉上再噴熔鎳基炭化鎢耐磨材料，硬度達到HRC55-60,因而又大幅度進步了其耐磨性。
5.1.3靜調風機的轉子結構簡單，轉子不用拆下返廠大修，葉輪葉片經過1～2個大修期后還可在原輪轂上實現3～4次更換葉片的處理，進一步延長了葉輪的有效壽命。其更換葉片的用度約為8～10萬元/葉輪，相比之下，動調風機更換葉片的用度約為40萬元/葉輪（葉片數16，每片葉片2.5萬元），因而靜調風機葉輪的維護用度低[1]。
5.1.4靜調風機前導葉由電動執行器實現調節，其在40～50秒內可完成由最小到最大開度的全過程調節。由于煙氣在前導葉流段流速低，對前導葉葉片的磨損很小，因此，幾乎不用維護前導葉，只需在大修期內更換前導葉葉柄處的油脂即可，因而（從設計角度上看）幾乎不發生維護用度。
5.2兩種風機運行效能對比
5.2.1為了更公道、更可觀地進行靜調、動調兩種風機的性能比較分析，所以盡量采用等同制造技術水平條件下進行比對分析。不但取決于在整個調節范圍內都有較高的運行工作效率。靜調、動調吸風機運行效率與軸功率方面的比見附表2。
附表2 靜調、動調吸風機運行效率與軸功率對比表

    通過表2可以看出，動調、靜調軸流風機在高負荷時效率相差不大，在低負荷區差別較大。因此考慮電價時，選用峰谷電價或本錢電價較為公道。另外，在低負荷時采用單側風機運行，靜調風機的上風就更加明顯[1]。
5.2.2風機的好壞并不唯一決定于選型設計點或風機最高效率點的高低，而是取決于在整個調節范圍內都有較高的運行工作效率，并且還要考慮初投資、可靠性、耐磨性、維護用度等諸多因素。電價分別按0.10、0.15、0.20、0.25、0.30、0.32、0.35、0.40、0.45元/（kw?h）考慮，以靜調風機為基準計算動調風機的年節電量，年節電效益見表3（每臺爐）。
附表3 兩臺動調風機年節電量、年節電費（以靜調風機為基準）

    通過表3分析對比得知，結合當地電價通過運行效率、節電量幾個因素對比看出，采用動調風機比靜調風機效率要好些，尤其是當前電廠普遍采用調峰發電方式更顯動調風機的節能性[1]。
5.3其他方面比較
5.3.1靜調風機的進口靜葉調節角度為－75°～＋30°，調節角度變化范圍高達105°，遠遠大于－30°～＋20°的動調風機葉片（調節角度變化范圍50°）的調節角度。當然也大于采用進口導向裝置調節的離心式風機。
5.3.2總之，從運行經濟角度分析，固然動調風機的運行效率高于靜調風機，但考慮維護用度后的的運行用度，動調風機上風已不明顯，再將初投資和資金的時間考慮進往，則靜調風機有較大的上風[1]。從安全可靠性、占地面積、安裝維護、總用度和年總用度值方面分析，也以采用靜調風機為優。
6、結束語
6.1目前國內大型機組鍋爐所配置的吸風機中，離心式風機、動調風機與靜調風機均占有相當重要的地位，由于離心式風機體積大、價格高、變工況運行條件下效率的缺陷明顯。隨著時代的發展和風機技術的進步 [1] ，在大型新建電廠或老電廠擴建工程中，離心式風機占比例正在逐步縮小。于是，吸風機選用動調風機或靜調風機成為爭論的焦點。
6.2以往關于動調風機或靜調風機比較的文獻，通常就調節效率、設備用度、維護用度、可靠性分析等內容開展分析討論，但未考慮不同機組運行模式和不同的本錢電價所帶來的影響以及資金的時間價值；過往普遍以為靜調風機效率低，但采用德國KKK公司技術的靜調風機效率已經（尤其是運行效率）大大進步[1]。 6.3固然靜調風機與動調風機可靠性指標均為99％，但是由于兩種風機各自的結構特點，在高溫含塵煙氣工作條件下，動調風機除了葉片、后導葉磨損題目外，還存在葉片漂移、斷裂，控制頭卡澀等題目，在相同機號下動調風機轉速比靜調風機高一個檔次，尤其是油系統復雜也輕易出現題目。而靜調風機只存在葉片、后導葉磨損題目，靜調風機結構簡單，維護方便、檢驗技術要求低。而動調風機結構復雜，運行維護工作量大，對檢驗技術要求高，特別是當前電廠維護職員少，尤其不方便。
6.4不論是從降低初投資用度角度還是從運行維護等方面考慮，特別是我國目前電網的現狀是電廠必須參與調峰，所以筆者以為在“四大”風機的選型上，送風機和一次風機選擇動葉片角度可調節軸流式風機為最好，吸風機和脫硫增壓風機選擇進口靜葉片角度可調節軸流式風機為宜。

    參 考 文 獻
1. 張磊.《鍋爐設備與運行》一書，2007年6月中國電力出版社〈超超臨界火電機組叢書〉出版。

    作者簡介：
徐寶福：山東濟寧，男，1966年7月出生，1988年山東產業大學電力系畢業，同年分配到山東鄒縣發電廠電氣分場。高級工程師職稱，現擔任鄒縣發電廠總工程師職務。主要從事發電廠技術治理工作。
尹君：山東德州，男，1980年11月出生，2002年山東大學電力學院畢業，工程師職稱，同年分配到山東鄒縣發電廠運行分場。現擔任鄒縣發電廠運行分場1000MW機組主值班員職務。主要從事發電機組的集控運行工作。