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TPRI大型电站锅炉风机西安热工研究院有限公司二○○七年八月演讲人：刘家钰TPRI主要内容一.电站风机简介二.我国电站风机现状三.电站风机选型四.电站风机节能技术与方法五.电站轴流式风机的失速喘振与防治六.电站风机变频调速应注意的问题TPRI一.电站风机简介TPRI1.1有关电站风机名词术语电站风机：送、引、一次(排粉)、BUF等总称通风机：压比不起过1.3，Y≯25kJ/kg，pF≤30kPa通风机流量qvsg1：风机进口滞止容积流量风机压力PF：通风机出口与进口滞止压力之差通风机动压pd2：通风机出口平均动压通风机静压psF：通风机压力减去通风机动压平均密度ρm：进口和出口密度的平均值TPRI通风机单位质量功y：通过风机单位质量流体机械能的增加y=(p2-p1)/ρm+(v2m2-v2m1)/2压缩修正系数kp：通风机对气体作的机械功与同样质量流量、进口密度和压比的不可压缩流体作的功之比。kp=Zklgr/lg(1+Zk(r-1))zk=(k-1)ρsg1Pr/k/qm/PfTPRI通风机压比r：通风机出口与进口截面平均滞止压力之比r=psg2/psg1叶轮功率Pr：供给通风机叶轮的机械功率空气功率Pu：输出功率，质量流量与单位质量功的乘积风机轴功率Pa：供给风机轴的机械功率(包含轴承损失)电动机输出功率Po-电动机或其它原动机输出的轴功率电动机输入功率Pe-电动机接线端的电功率TPRI风机叶轮效率ηr：风机空气功率除以叶轮功率风机轴效率ηa：风机空气功率除以轴功率风机总效率ηe：风机空气功率除以电机输入功率TPRI电站风机的无因次系数流量系数φ：质量流量除以平均密度、叶轮圆周速度及叶轮直径平方之乘积。φ=qm/(ρmuDr2)单位质量功系数ψ：单位质量功除以叶轮圆周速度。ψ=yF/u2功率系数λ：叶轮功率除以平均密度、叶轮圆周速度的立方及叶轮直径平方的乘积。λ=Pr/ρmu3Dr2TPRI单位质量功德国TLT的计算式为：YF=k/(k-1)Rf(273+t1)((p2/p1)(k-1)/k-1)J/kg式中：k—绝热指数Rf—气体常数J/kg·K；t1—风机进口介质温度,℃；p1—风机进口绝对压力，Pa；p2—风机出口绝对压力，Pa；德国KKK称比压能。计算式为：yF=pFkp/ρ1TPRI1.2电站风机型式与典型性能曲线TPRI电站风机型式前向式；后向式；径向式离心式单吸悬臂式；单吸双支撑；双吸双支撑机翼形叶片；圆弧形单板叶片；直板叶片动叶调节轴流式：单级动调；双级动调轴流式子午加速(混流)式：静叶调节轴流式普通轴流式：单、双级TPRI电站离心风机型式TPRI电站轴流式风机型式TPRI电站风机典型性能曲线TPRI二、我国电站风机现状TPRI2.1概况电站风机耗电量约占发电厂发电量的1.2%-2.5%。电站风机运行的可靠性和经济性一直是发电企业极为关注的问题。电站风机运行的安全经济性直接关系到发电机组乃至整个电厂的安全经济运行。TPRI我国已引进国外先进电站风机技术上海鼓风机厂：引进德国TLT动叶调节轴流式风机。沈阳鼓风机厂：引进原丹麦NOVENCO公司和美TLT公司动叶调节轴流式风机及德国kkk公司静叶调节轴流式风机。成都电力机械厂：引进的德国KKK公司静叶调节（子午加速）和动叶调节轴流式风机。豪顿华公司：采用英国豪顿公司技术生产电站风机武汉鼓风机厂：引进的日本三菱司的动叶调节轴流式风机和离心式风机。现已基本能满足1000MW以下机组送风机和引风机的需要TPRI2.2我国电站风机可靠性现状近十年来我国电站风机的制造和运行维护水平有很大的提高，运行可靠性有长足的进步，2004年全国因送、引风机故障造成的发电量损失不到1991年的50%；但与国际先进水平仍有较大差距。国产风机的可靠性不如全套进口的风机2004年送、引风机平均每台年的故障次数仅相当于美国1980年的水平；TPRI叶轮飞车等恶性事故虽已得到遏制，但还未完全消除；轴流式风机的失速（喘振）现象时有发生；因风机内部气流压力脉动造成的风机异常振动和进出口管道振动现象，随着大型高压一次风机的增多而突出起来；大型风机噪声高（一般在100dB左右）对周围环境和居民生活质量的提高影响大，需进一步治理的呼声越来越高。TPRI2.3我国电站风机运行经济性现状近年来，我国电站风机运行的经济性有较大提高。这主要是由于：1动叶调节和静叶调节轴流式风机在我国大量投运，轴流风机在我国大容量机组中的使用率已远远超过了离心式风机；2电厂对风机运行经济性的日益重视，加大了对低效运行风机的改造力度，采用液力耦合器和变频调节的风机日益增多。但由于选型设计的差异，制造质量和运行维护水平高低的差别，我国各电厂风机耗电率的差别还较大。TPRI一般送、引、一次风机均采用动叶调轴流式风机的电厂，其三大风机的年均总耗电率（占电厂发电量的百分数）可以达到1.5%以内，最好的可达1.0%。配备离心式风机的大型电厂，其三大风机的年均总耗电率一般在2.0%以上，最好的也接近2.0%。而高的竟达到2.5%以上。与国外先进水平相比，还有差距。总的运行经济性还有待进一步提高。TPRI2.4我国电站风机运行经济性差的主要原因据我院总结，我国电站风机运行经济性差的主要原因有:1选型设计(包括参数确定和型式选择)存在不合理情况；2高效风机品种不全(其中一次风机、排粉机和脱硫增压风机更为突出)；3风机可靠性较差；4风机设备的调节性能与调峰机组的要求尚有较大差距；5运行操作还有不合理的地方。TPRI2.5从TPRI近年从事电站风机工作看我国电站风机存在的问题TPRI2001～2005年TPRI电站风机改造统计改造年分改造台数及原因送风机引风机一次风机排粉风机年总台数2001改造台数1182425改造原因出力不足喘振出力不足异常振动能耗高2002改造台数4102824改造原因出力不足出力不足8能耗高2异常振动能耗高磨损2003改造台数410101034改造原因可靠性低叶轮飞车除尘器改造能耗高喘振能耗高噪声高能耗高防磨2004改造台数8710833改造原因可靠性低出力不足节能；改除尘、脱硫出力低异常振动能耗、噪声高能耗高磨损2005改造台数6214426改造原因可靠性低出力不足节能；改除尘、脱硫出力低异常振动能耗、噪声高能耗高磨损TPRI从上表可见，电厂要求改造送、引风机的最主要原因是：出力不足、运行效率低和能耗高。近年来向TPRI反映送、引风机失速(喘振)问题的电厂也渐多起来。一次风机的失速(喘振)、异常振动和噪声高的问题比较多，而排粉机的主要问题是运行效率低，能耗高。磨损问题较突出。TPRI送、引风机出力不足的主要原因：一是选型不当；二是风机实际性能未达设计值；三是系统阻力因积灰或设备更改而增加。轴流风机失速(喘振)的主要原因是实际失速裕度不够。其中多数风机的实际失速界限(经现场测量)与设计值有不同程度地偏离（失速区偏大），少数是因系统阻力增加造成。TPRI高压的离心式一次风机及其进、出口管道的异常振动近年来已累见不鲜。经分析，多数是因气流脉动造成。气流脉动原因：一是风机运行在小开度小流量的高气流脉动区；二是装有轴向导向调节门的风机，在调节门后产生的中心涡流所引起的风机内气流压力的大幅脉动所造成。排粉风机电耗高的主要原因是前弯型的M9-26型排粉机的使用区效率较低所致，且其耐磨性能不如后弯风机。TPRI三、电站风机选型TPRI3.1引言目前，我国大型锅炉风机(不论是国产还是引进)几乎均是高效风机，但其在电厂运行的经济性(或耗电率)和可靠性却有很大差别。究其原因，最主要最关键的是所选风机的特性是否与其工作的管网系统阻力特性相匹配。因此，选择好与锅炉风(烟)系统相匹配的风机极为重要。而要选好与锅炉风(烟)系统相匹配的风机的首要关键是合理确定风机的选型设计参数，其次才是风机型式和调节方式的选择。TPRI3.2.风机选型所需的原始数据和工况参数风机选型设计参数是否合理是风机运行经济性和可靠性好坏的首要关键，选大了则会使风机运行不到高效区内，造成高效风机低效运行的后果，甚直可能导致离心风机及其进出口管道的剧烈振动和轴流风机失速(喘振)等不安全现象发生，威胁机组的安全经济运行。选小了又会造成不能满足机组满发的需要。TPRI我国电站风机的选型参数均是按锅炉最大连续蒸发量所需的风(烟)量和风(烟)系统计算阻力加上一定的富裕量确定的。其中锅炉本体的风(烟)量和风(烟)系统阻力由锅炉厂提供，辅机设备的出力、阻力、漏风等由制造厂提供，锅炉岛内的风、烟管道由设计院设计，最终选型设计参数由设计院提出。TPRI作为业主单位必须深入了解锅炉和辅助设备制造厂提供参数的依据，是否留有裕量及其大小(特别是空气预热器一、二次风的漏风率)；设计院的管道设计是否合理和风(烟)量及阻力计算时是否已留有裕量。从而得出最后总的裕量是否合适。TPRI还要特别强调的是，提供风机的选型参数不能只有一个设计工况点参数，否则往往会造成选出的风机不能满足低负荷工况的需要。甚至造成轴流风机失速（喘振），或离心风机工作在气流高脉动区，给风机安全稳定运行带来隐患。TPRI3.2.1风机选型必须的原始数据（1）当地气象条件●大气压力●干、湿空气温度●空气相对湿度●湿空气标准密度(2)锅炉热力计算结果(包括各典型工况)（3）锅炉各典型工况下风机参数TPRI3.2.2风机选型必须的典型工况及参数(1)典型工况●BMCR工况点●发电机组满发(ECR)工况点●50%BMCR附近工况点●不投油最低稳燃工况点●锅炉点火啟动工况点●锅炉其它特殊工况点(如有)TPRI(2)各典型工况下的风机参数●风(烟)量●风(烟)系统总阻力●风机入口侧系统总阻力●介质温度●介质标准密度2.3机组年负荷率即机组在不同负荷下运行的小时数TPRI3.3风机选型设计参数的确定风机选型设计参数(TB工况参数)是在锅炉最大连续出力(BMCR工况)时所需风(烟)量及系统总阻力的基础上再加一定富裕量确定的。TPRI3.3.1风(烟)量和压力裕量的选取一次风机、送风机和引风机的基本风量按DL5000-2000《火力发电厂设计技术规程》(以下简称大火规)确定。其裕量选取建议修改如下：TPRI(1)一次风机：风机风量裕量宜选取20%，另加温度裕量，可按“夏季通风室外计算温度”来确定；风机压力裕量宜为25%。(2)送风机：当采用三分仓或管箱式空气预热器时，二次风机风量裕量宜为10%，风机压力裕量宜为20%。(3)引风机：烟气量裕量宜选取10%，另加15℃的温度裕量；风机压力裕量宜为20%。TPRI对于新开发出的首台机组(如第一台1000MW机组)，由于设备制造厂及设计院均无实践经验，提供的原始数据误差可能大些，为稳妥起见，允评风机裕量适当增大些，待第一批投产后根据实际运行情况及时进行调整。TPRI3.3.2选型设计参数的确定每台风机的选型设计参数确定如下：(1)风量每台风机的风量按上述选取的裕量计算出每台锅炉的总风量除以每台锅炉选配的台数(风机台数按“大火规”规定选取)并做适当圆整确定。TPRI(2)压力风机压力(即风机所在管网系统的总阻力)按上述选取的裕量计算并适当圆整确定。但在规范书中(向制造厂提供的参数)应分别提供风机进口侧和出口侧的总阻力，或提供进口侧的总阻力(而不是静压力)和风机压力。(3)风机入口介质温度风机入口介质温度由当地气象条件和锅炉热力计算及管道散热等计算出。TPRI(4)风机入口介质密度风机入口介质密度按当地气象条件和介质(湿空气、湿烟气、)的标准密度及入口介质温度计算。这由选型设计工程师进行，业主(电厂或设计院)只提气象条件及介质温度和标准密度。因为风机入口静压与风机入口动压(即风机入口面积)有关，而风机未选出型号前不能确定该动压大小。TPRI(5)风机转速风机转速通常由风机选型设计工程师选定。一般情况下，一次风机宜选取4极电机(1485