4.2轴流式风机对风道系数风量变化的适应性优于离心式风机。尤其是运行中锅炉烟道积灰等阻力变化,以及煤种变化引起风机风量和压头的变化。为了考虑克服以上因素,在选择离心式风机的裕量要大一些,因此效率会显著的下降。而轴流式风机可以采用动叶片角度调节来适应风量、风压的变化,而对风机的效率影响却很小。
4.3轴流风机基础重量及飞轮效应等方面都比离心式风机优越,轴流风机比离心式风机的重量轻,所以支撑风机和电动机的结构亦较轻。而且还可节约基础重量。轴流式风机结构紧凑,外形尺寸小,占据空间亦少。如相同性能风机作对比,则轴流风机所占空间尺寸比离心式风机小30%。
轴流风机有低的飞轮效应值(kg.m2),这是由于轴流风机允许采用较高的转速和较高的流量系数。所以在相同的风量、风压参数下轴流风机的转子重量较轻,即飞轮效应较小,使得轴流风机的启动力矩大大地小于离心风机的启动力矩。一般轴流式风机的启动力矩只有离心式风机启动力矩的14.2%~27.8%,因而可明显地减少电动机功率裕量对电动机启动特性的要求,降低电动机的投资。而离心风机由于受到材料强度的限制,叶轮的圆周速度也受到限制。而转速低,使离心风机的转子大而重,飞轮效应值显著增大,会使风机的启动带来困难,电动机功率要比正常运行条件下所需的功率大得多,这样在正常运转时,电动机又经常在欠载运转,增加电动机的造价,降低电机的效率。4.4轴流风机的转子结构要比离心风机转子复杂,旋转部件多,制造精度要求高,叶片材料的质量要求也高。再加上轴流风机本身特性,运行中可能要出现喘振现象。所以轴流风机运行可靠性比离心风机稍差一些。但是动叶可调的轴流风机由于从国外引进技术,从设计、结构、材料和制造工艺上加以改进提高,使目前轴流风机的运行可靠性可与离心风机相媲美。
4.5轴流风机如与离心风机的性能相同的话,则轴流风机的噪声强度比离心风机高,因为轴流风机的叶片数往往比离心风机多2倍以上,转速也比离心风机高,因此轴流风机的噪声频率位于较高倍的频程频带。国外资料报导,不装设消声器的轴流送风机的噪声水平可达110~130dB,离心送风机噪声水平约在90~110dB。然而,对于性能相同的两种风机,把噪声消减到允许的噪声标准(85dB),在消声器上所花费的投资相差不大。
就轴流式风机而言,又可分为动叶片角度可调节和入口静叶片可调节两种形式的风机。
5静叶可调轴流式风机与动叶可调轴流式风机的
经济性比较
5.1年维护费用的比较
5.1.1动调风机结构复杂,传动部件较多,特别是对动叶调节所用油系统技术要求高,结构复杂,维护工作量大。吸风机参数比送风机高得多,所以调节力矩也大的多,因此要求液压机构尺寸更大,吸风机转子轮毂结构也复杂。另外,吸风机转子工作环境恶劣不但温度高工质含尘量大(虽然有密封冷却风机),仍容易导致密封件老化以及控制头漏油、卡涩等问题。随着电除尘器效率的提高以及在吸风机叶片表面采用新型防磨技术,使得吸风机叶片耐磨寿命较以前大大的提高,在烟气含尘量100 mg/m3的条件下叶片寿命可达25000小时[1]。
5.1.2在相同的风机选型条件下,静调风机可获得比离心风机和动调风机低一挡的转速。理论与实践均表明风机叶轮的耐磨寿命与风机转子速度的平方成反比,因此,在相同出力条件下,转速较低的风机具有更好的耐磨性。这就是静调风机更适用于锅炉用吸风机的一个重要因素。静调风机耐磨寿命的提高主要采取两个手段,其一是应用空动理论优化设计叶轮流道,使含尘烟气避免冲刷叶片根部而均匀流过叶片尖部和后导叶,实践中,在不加任何防磨措施时在250~400mg/ m3含尘烟气中其耐磨寿命就能超过25000h,甚至在许多电厂已达到50000h以上,这种靠先进气动理论来提高耐磨寿命的方法是最根本最彻底的方法;另一个提高耐磨寿命的方法是在叶轮叶片和后导叶上再喷熔镍基炭化钨耐磨材料,硬度达到HRC55-60,因而又大幅度提高了其耐磨性。
5.1.3静调风机的转子结构简单,转子不用拆下返厂大修,叶轮叶片经过1~2个大修期后还可在原轮毂上实现3~4次更换叶片的处理,进一步延长了叶轮的有效寿命。其更换叶片的费用约为8~10万元/叶轮,相比之下,动调风机更换叶片的费用约为40万元/叶轮(叶片数16,每片叶片2.5万元),因而静调风机叶轮的维护费用低[1]。
5.1.4静调风机前导叶由电动执行器实现调节,其在40~50秒内可完成由最小到******开度的全过程调节。由于烟气在前导叶流段流速低,对前导叶叶片的磨损很小,因此,几乎不用维护前导叶,只需在大修期内更换前导叶叶柄处的油脂即可,因而(从设计角度上看)几乎不发生维护费用。
5.2两种风机运行效能对比
5.2.1为了更合理、更可观地进行静调、动调两种风机的性能比较分析,所以尽量采用等同制造技术水平条件下进行比对分析。不但取决于在整个调节范围内都有较高的运行工作效率。静调、动调吸风机运行效率与轴功率方面的比见附表2。
附表2 静调、动调吸风机运行效率与轴功率对比表
项目 | 单位 | 工况1 | 工况2 | 工况3 | 工况4 | 工况5 | 工况6 |
锅炉负荷百分比 | % | 100 | 90 | 80 | 70 | 60 | 50 |
静叶可调轴流式风机 | 效率 | % | 86 | 85 | 81 | 73 | 65 | 55 |
轴功率 | kw | 2928 | 2635 | 1962 | 1663 | 1381 | 1182 |
转速 | r/min | 490 | 490 | 490 | 490 | 490 | 490 |
动叶可调轴流式风机 | 效率 | % | 87 | 86 | 83 | 78 | 71 | 63 |
轴功率 | kw | 2928 | 2609 | 1915 | 1577 | 1264 | 1032 |
转速 | r/min | 590 | 590 | 590 | 590 | 590 | 590 |
通过表2可以看出,动调、静调轴流风机在高负荷时效率相差不大,在低负荷区差别较大。因此考虑电价时,选用峰谷电价或成本电价较为合理。另外,在低负荷时采用单侧风机运行,静调风机的优势就更加明显[1]。
5.2.2风机的好坏并不唯一决定于选型设计点或风机******效率点的高低,而是取决于在整个调节范围内都有较高的运行工作效率,并且还要考虑初投资、可靠性、耐磨性、维护费用等诸多因素。电价分别按0.10、0.15、0.20、0.25、0.30、0.32、0.35、0.40、0.45元/(kw·h)考虑,以静调风机为基准
计算动调风机的年节电量,年节电效益见表3(每台炉)。
附表3 两台动调风机年节电量、年节电费(以静调风机为基准)
年运行小时(h) | 3500 | 4000 | 4500 | 5000 | 5500 | 6000 | 6500 | 7000 |
年节电量(万kw·h)年节电费(万元) 电价〔元/(kw·h)〕 | 55.20 | 63.09 | 70.97 | 78.86 | 86.74 | 94.63 | 102.5 | 110.4 |
0.10 | 5.52 | 6.31 | 7.01 | 7.89 | 8.67 | 9.46 | 10.25 | 11.04 |
0.15 | 8.28 | 9.46 | 10.65 | 11.83 | 13.01 | 14.19 | 15.38 | 16.56 |
0.20 | 11.04 | 12.62 | 14.19 | 15.77 | 17.35 | 18.93 | 20.50 | 22.08 |
0.25 | 13.80 | 15.77 | 17.74 | 19.72 | 21.69 | 23.66 | 25.63 | 27.60 |
0.30 | 16.56 | 18.93 | 21.29 | 23.66 | 26.02 | 28.39 | 30.75 | 33.12 |
0.32 | 17.66 | 20.19 | 22.71 | 25.24 | 27.76 | 30.28 | 32.80 | 35.33 |
0.35 | 19.32 | 22.08 | 24.84 | 27.60 | 30.36 | 33.12 | 35.88 | 38.64 |
0.40 | 22.08 | 25.24 | 28.39 | 31.54 | 34.70 | 37.85 | 41.00 | 44.16 |
0.45 | 24.84 | 28.39 | 31.94 | 35.49 | 39.03 | 42.58 | 46.13 | 49.68 |
通过表3分析对比得知,结合当地电价通过运行效率、节电量几个因素对比看出,采用动调风机比静调风机效率要好些,尤其是当前电厂普遍采用调峰发电方式更显动调风机的节能性[1]。
5.3其他方面比较
5.3.1静调风机的入口静叶调节角度为-75°~+30°,调节角度变化范围高达105°,远远大于-30°~+20°的动调风机叶片(调节角度变化范围50°)的调节角度。当然也大于采用入口导向装置调节的离心式风机。
5.3.2总之,从运行经济角度分析,虽然动调风机的运行效率高于静调风机,但考虑维护费用后的的运行费用,动调风机优势已不明显,再将初投资和资金的时间考虑进去,则静调风机有较大的优势[1]。从安全可靠性、占地面积、安装维护、总费用和年总费用值方面分析,也以采用静调风机为优。
6、结束语
6.1目前国内大型机组锅炉所配置的吸风机中,离心式风机、动调风机与静调风机均占有相当重要的地位,由于离心式风机体积大、价格高、变工况运行条件下效率的缺陷明显。随着时代的发展和风机技术的提高 [1] ,在大型新建电厂或老电厂扩建工程中,离心式风机占比例正在逐步缩小。于是,吸风机选用动调风机或静调风机成为争论的焦点。
6.2以往关于动调风机或静调风机比较的文献,通常就调节效率、设备费用、维护费用、可靠性分析等内容开展分析讨论,但未考虑不同机组运行模式和不同的成本电价所带来的影响以及资金的时间价值;过去普遍认为静调风机效率低,但采用德国KKK公司技术的静调风机效率已经(尤其是运行效率)大大提高[1]。 6.3虽然静调风机与动调风机可靠性指标均为99%,但是由于两种风机各自的结构特点,在高温含尘烟气工作条件下,动调风机除了叶片、后导叶磨损问题外,还存在叶片漂移、断裂,控制头卡涩等问题,在相同机号下动调风机转速比静调风机高一个档次,尤其是油系统复杂也容易出现问题。而静调风机只存在叶片、后导叶磨损问题,静调风机结构简单,维护方便、检修技术要求低。而动调风机结构复杂,运行维护工作量大,对检修技术要求高,特别是当前电厂维护人员少,尤其不方便。
6.4不论是从降低初投资费用角度还是从运行维护等方面考虑,特别是我国目前电网的现状是电厂必须参与调峰,所以笔者认为在“四大”风机的选型上,送风机和一次风机选择动叶片角度可调节轴流式风机为******,吸风机和脱硫增压风机选择入口静叶片角度可调节轴流式风机为宜。