離心風(fēng)機(jī)、靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)、動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)的比較2

離心風(fēng)機(jī)、靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)、動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)的比較[內(nèi)容提要]：本文通過對電廠常用三種風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)性能以及運行特點的比較，選擇出適合電廠應(yīng)用的風(fēng)機(jī)類型，提出采用高壓變頻器加離心式風(fēng)機(jī)應(yīng)用的優(yōu)勢，并有針對性的指出高壓變頻器在電廠風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用時需要注意的事項。[關(guān)鍵詞]：高壓變頻器離心風(fēng)機(jī)靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)1、概述目前，大型電站風(fēng)機(jī)國內(nèi)可以選擇的型式大致有：靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)、動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)、離心風(fēng)機(jī)三種，據(jù)統(tǒng)計風(fēng)機(jī)的總耗電量約占機(jī)組發(fā)電量的1．5—3％。風(fēng)機(jī)的運行費用已直接影響到電廠的經(jīng)濟(jì)性。同時，可靠性指標(biāo)也必須達(dá)到與大容量機(jī)組相適應(yīng)的程度。因此，正確地選用風(fēng)機(jī)的問題已刻不容緩地提到了火電建設(shè)工作者的面前。2、各類風(fēng)機(jī)特點及比較2.1靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)靜葉可調(diào)即風(fēng)機(jī)在運行中風(fēng)機(jī)通過進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)，從而達(dá)到改變風(fēng)壓、風(fēng)量的目的。風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)比較簡單，轉(zhuǎn)速比動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)低，結(jié)構(gòu)和性能上都介于動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)和離心風(fēng)機(jī)之間。0靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)效率曲線近似呈圓面，風(fēng)機(jī)運行的高效區(qū)范圍介于動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)和離心風(fēng)機(jī)之間。風(fēng)機(jī)在T．B點和BMCR工況時，能達(dá)到較高效率，在帶基本負(fù)荷并可適當(dāng)調(diào)峰的鍋爐機(jī)組上，其與動調(diào)風(fēng)機(jī)的電耗相差不大。當(dāng)機(jī)組經(jīng)常低負(fù)荷運行時，風(fēng)機(jī)效率下降的幅度比動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)大。靜調(diào)風(fēng)機(jī)受其特性限制，風(fēng)機(jī)小裝置效率不會超過86.5%。靜調(diào)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子外沿的線速度較低，對人口含塵量的適應(yīng)性比動調(diào)風(fēng)機(jī)要好，當(dāng)含塵量在400mg／Nm3下時，葉片壽命超過2萬小時。靜調(diào)風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)比較簡單，需要維護(hù)的部分少。后導(dǎo)葉是最主要的易磨件，通常后導(dǎo)葉設(shè)計成可拆卸式，更換方便。同時葉輪葉片經(jīng)過1～2個大修期后還可在原輪轂上實現(xiàn)3～4次更換葉片處理，進(jìn)一步延長葉輪的壽命。靜調(diào)風(fēng)機(jī)采用滾動軸承油脂潤滑，軸承座采用強(qiáng)制通風(fēng)冷卻，電動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，與動調(diào)風(fēng)機(jī)的油站潤滑及液壓調(diào)節(jié)相比，運行維護(hù)費用低。2.2動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)動調(diào)風(fēng)機(jī)的葉片角度在風(fēng)機(jī)運行中可依靠液壓調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)，改變風(fēng)機(jī)風(fēng)壓、風(fēng)量。整體式的液壓和潤滑聯(lián)合油站自帶控制、保護(hù)、報警和聯(lián)鎖儀表，運行安全、可靠、動態(tài)操作方便。動調(diào)風(fēng)機(jī)的葉片采用低碳合金鋼經(jīng)數(shù)控加工中心銑切并壓制成型，表面噴焊耐磨層。葉片用高強(qiáng)度螺釘直接固定于輪轂內(nèi)的葉柄上，加上機(jī)殼中分面結(jié)構(gòu)，更換葉片方便。液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可以在運行中調(diào)節(jié)動葉片的安裝角，改變風(fēng)機(jī)特性使之與使用工況相適應(yīng)。轉(zhuǎn)子外沿線速度較高，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速較高，外形較靜調(diào)輕巧。動調(diào)風(fēng)機(jī)效率曲線近似呈橢圓面，長軸與煙風(fēng)系統(tǒng)的阻力曲線基本平行，風(fēng)機(jī)運行的高效區(qū)范圍大。風(fēng)機(jī)在T．B點和BMCR工況時，均能達(dá)到較高效率，當(dāng)機(jī)組在汽機(jī)帶額定負(fù)荷工況或更低負(fù)荷下運行時，風(fēng)機(jī)效率下降的幅度是幾類風(fēng)機(jī)中最小的。因此，風(fēng)機(jī)耗功少，運行費用低。動調(diào)風(fēng)機(jī)壓力系數(shù)小，風(fēng)機(jī)達(dá)到相同風(fēng)壓需要的轉(zhuǎn)子外沿線速度高，相應(yīng)的磨損情況要比其他形式的風(fēng)機(jī)嚴(yán)重。需對動葉片等部件進(jìn)行耐磨處理，一般要求的煙氣含塵量不超過300mg／Nm3，根據(jù)目前的環(huán)保排放要求，300MW以上等級機(jī)組電除塵出口濃度均遠(yuǎn)低于這一數(shù)值，轉(zhuǎn)速較高的動調(diào)風(fēng)機(jī)的應(yīng)用已不再受限于磨損的問題。2.3離心風(fēng)機(jī)大型電站的離心風(fēng)機(jī)的主要部件包括進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)門、葉輪、主軸、聯(lián)軸器、進(jìn)氣箱、風(fēng)機(jī)蝸殼等。外形和重量均大于軸流風(fēng)機(jī)。離心風(fēng)機(jī)通過進(jìn)口導(dǎo)葉以及進(jìn)口擋板門實現(xiàn)變負(fù)荷運行調(diào)節(jié)，其中進(jìn)口擋板調(diào)節(jié)與進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)相比，達(dá)到同一工況的調(diào)節(jié)效率低。在以上兩種調(diào)節(jié)方式下，風(fēng)機(jī)特性均為導(dǎo)葉或擋板全開時，效率最高，隨著開度減小，流量壓頭降低效率迅速下降。離心風(fēng)機(jī)的變負(fù)荷平均運行效率低。采用雙速風(fēng)機(jī)或變速調(diào)節(jié)是提高運行效率的最佳選擇，但前者的調(diào)節(jié)性能有限，變工況運行電耗高，后者將增加變頻調(diào)速設(shè)備的投資，整體造價增高。從以上風(fēng)機(jī)的特點的說明可以看出，離心風(fēng)機(jī)在變負(fù)荷調(diào)節(jié)性能以及調(diào)節(jié)實現(xiàn)上與軸流風(fēng)機(jī)相比均存在很大的局限性，目前新建電站應(yīng)用業(yè)績都比較少。但隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，國產(chǎn)高壓變頻器技術(shù)的成熟，離心風(fēng)機(jī)加變頻器方案在電廠也越來越多受到用戶的青睞。3、各類風(fēng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性比較根據(jù)制造廠介紹資料和國內(nèi)1000MW機(jī)組一次風(fēng)機(jī)的招標(biāo)以及實際情況，下表對一次風(fēng)機(jī)采用定速離心式、變頻離心式、靜葉可調(diào)和動葉可調(diào)四種型式風(fēng)機(jī)的運行經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行一個粗略的比較。機(jī)組運行模式年運行小時數(shù)風(fēng)量要求（m3/s）風(fēng)壓要求(Pa)離心風(fēng)機(jī)靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)變頻器+離心風(fēng)機(jī)效率電機(jī)功率耗電量（萬）效率電機(jī)功率耗電量（萬）效率電機(jī)功率耗電量（萬）效率電機(jī)功率耗電量（萬）BMCR4200105.51598767%24411025.281%2009843.885%1901798.485%190079875%BMCR212084.71547561%2039432.374%165135083%1463310.284%1430303.250%BMCR118065.81530050%1911225.561%1536181.276%1257148.383%1151135.840%BMCR30060.51437245%184055.255%149544.970%118335.582%101030.3一臺風(fēng)機(jī)全年耗電量（104kWh）1738.21419.91292.41267.3一臺機(jī)組全年耗電量（104kWh）3476.42839.82584.82534.6年節(jié)電量（104kWh）0636.6891.6941.8節(jié)能率018.3%25.6%27.1%單價（元/kWh）0.320.320.320.32年節(jié)省電費(萬元)0203.7285.3301.4設(shè)備投資（萬元/機(jī)組）風(fēng)機(jī)380470658380變頻器000400總費用380470658780設(shè)備投資差的回收年限（年）<1年約1年約1.3年從上表的比較中可知，在相同的運行費用下，變頻離心式風(fēng)機(jī)為最佳方案；對電廠而言，如果風(fēng)機(jī)采用離心式風(fēng)機(jī)，進(jìn)行變頻改造的節(jié)能率在27.1%，如果風(fēng)機(jī)采用靜葉可調(diào)風(fēng)機(jī)，進(jìn)行變頻改造的節(jié)能率在8.8%，如果風(fēng)機(jī)采用動葉可調(diào)式風(fēng)機(jī)，進(jìn)行變頻改造的節(jié)能率在1.5%4、使用高壓變頻器的優(yōu)勢目前，火電生產(chǎn)企業(yè)輔機(jī)能耗高，而且電網(wǎng)對發(fā)電機(jī)組參與調(diào)峰的能力要求越來越高，更使輔機(jī)能耗居高不下，嚴(yán)重制約了經(jīng)濟(jì)效益的提高。通過以上分析可知，對電站主要輔機(jī)中的風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造，其節(jié)能效果非常明顯。因此，采用高壓變頻節(jié)能技術(shù)，以其卓越的調(diào)速性能、完善的保護(hù)功能、顯著的節(jié)能效果和容易與DCS自動控制系統(tǒng)接口實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)等特點(同時，實施變頻改造后能優(yōu)化機(jī)組的調(diào)節(jié)性能，有利于機(jī)組的穩(wěn)定運行)，必將在電廠送／引風(fēng)機(jī)等高壓大容量旋轉(zhuǎn)設(shè)備改造中得到廣泛的應(yīng)用。(1)高壓變頻器優(yōu)良的軟啟動／停止功能(可以零轉(zhuǎn)速啟動)，啟動過程最大電流小于額定電流，大大減小了啟動沖擊電流對電動機(jī)和電網(wǎng)的沖擊。有效減小了電機(jī)故障。從而大大延長了電機(jī)的檢修周期和使用壽命。同時還可有效避免沖擊負(fù)荷對電網(wǎng)的不利影響；(2)變頻改造后，原調(diào)節(jié)風(fēng)門全開，大大減少其磨損，延長了風(fēng)門使用壽命，降低檢修維護(hù)費用，進(jìn)一步降低了風(fēng)道阻力；(3)變頻改造后，功率因素可得到提高，降低線路損耗；(4)高壓變頻器特有的平滑調(diào)節(jié)減少了風(fēng)機(jī)以及電機(jī)的機(jī)械磨損，同時降低了軸承、軸瓦的溫度．有效減少了檢修費用，延長了設(shè)備的使用壽命。5、電廠使用高壓變頻器需要注意的事項(1)對于大慣量負(fù)荷的電機(jī)(如鍋爐引風(fēng)機(jī)、水泵)，在變頻改造后，要注意風(fēng)機(jī)、水泵可能存在扭曲共振現(xiàn)象，必須計算或測量風(fēng)機(jī)——電機(jī)連接軸系扭振臨界轉(zhuǎn)速以及采取相應(yīng)的技術(shù)措施(如設(shè)置頻率跳躍功能避開共振點，軟連接及機(jī)座加震動吸收橡膠等)以防共振。(2)采用變頻調(diào)速控制后，電機(jī)轉(zhuǎn)速下降，如果變頻器長時問運行在1／2工頻以下，則電機(jī)發(fā)熱有可能成為突出問題，一方面是由于電機(jī)自冷卻風(fēng)扇因轉(zhuǎn)速低而效率降低，另一方面是諧波引起的損耗發(fā)熱。如果出現(xiàn)這種情況，還必須對電機(jī)進(jìn)行冷卻系統(tǒng)改造或采取另外的強(qiáng)迫風(fēng)冷等措施。(3)低壓變頻器由于體積較小，在改造中的安裝地點選擇比較容易。但對于高壓變頻器系統(tǒng)而言，其體積相對較大，一般由4～5面柜體組成，對改造項目來講，一般都需要重新建造變頻器室。因此，選擇變頻器室位置時，既要考慮離電機(jī)設(shè)備不能太遠(yuǎn)，又要考慮周圍環(huán)境對變頻器運行可能造成的影響。為了使變頻器能長期穩(wěn)定和可靠運行，對安裝變頻器室的室內(nèi)環(huán)境溫度要求最好控制在0～40℃。同時，室內(nèi)不應(yīng)有較大灰塵、腐蝕或爆炸性氣體、導(dǎo)電粉塵等。(4)要保證變頻器柜體和廠房大地的可靠連接，保證人員和設(shè)備安全。為防止信號干擾，控制系統(tǒng)最好埋設(shè)獨立的接地系統(tǒng)，對接地電阻的要求不大于1歐。到變頻器的信號線，必須采用屏蔽電纜，屏蔽線的一端要求可靠接地。(5)性能測試和節(jié)能效果評估。高壓變頻裝置性能測試應(yīng)按照電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《DL/T994火電廠風(fēng)機(jī)水泵用高壓變頻器》中的有關(guān)要求進(jìn)行。發(fā)電廠方面應(yīng)重點關(guān)注以下內(nèi)容：①與電氣開關(guān)、熱工控制系統(tǒng)的傳動和連鎖試驗；②實際運行功率和效率測試；③變頻調(diào)速系統(tǒng)的諧波測試，諧波與變頻器主回路結(jié)構(gòu)和諧波抑制的手段有關(guān)，在投運后仍應(yīng)專門組織測試；④變頻調(diào)速系統(tǒng)對電動機(jī)的軸電壓和振動的影響。(6)風(fēng)機(jī)單側(cè)變頻改造適合國產(chǎn)機(jī)組的實際，既能保證機(jī)組的安全穩(wěn)定運行，又達(dá)到了節(jié)能降耗的目的送、引風(fēng)機(jī)單側(cè)變頻調(diào)節(jié)方式下，變頻器和擋板工作區(qū)域交接不當(dāng)會引起鍋爐燃燒紊亂、爐膛壓力大幅波動交叉控制區(qū)域的界定和交叉控制邏輯的設(shè)計也是我們工作的重點和難點，存在送、引風(fēng)機(jī)單側(cè)變頻調(diào)節(jié)方式下的自動控制方案和策略如何實現(xiàn)的問題。(7)主電源切換時變頻器不停機(jī)火發(fā)電廠往往裝備多臺機(jī)組，每臺機(jī)組又有多臺輔機(jī)，這些輔機(jī)都掛在相同或不同的電源母線上。每當(dāng)有大容量輔機(jī)(如磨煤機(jī)、鍋爐給水泵等)啟動時，電源母線電壓都有較大的降落(超過一15％)，會影響同一母線上其他設(shè)備的正常運行。更有甚者，當(dāng)發(fā)生同一母線下多臺輔機(jī)群啟時，電源母線電壓可能下降更多(超過一30％)、持續(xù)時間更長(20S以上)。針對電廠的這種工況，變頻器應(yīng)具備抗大幅度電網(wǎng)波動的能力，做到電壓波動在±15％以內(nèi)時，變頻器可以維持滿額輸出；電網(wǎng)電壓降落在一15％—一35％時，只要持續(xù)時間不超過30S，變頻器短時降額運行，不進(jìn)行欠壓保護(hù)，等電網(wǎng)電壓恢復(fù)正常后，變頻器自動恢復(fù)到原來的工作狀態(tài)，以減少電壓跌落造成的停機(jī)現(xiàn)象。在有些情況下，發(fā)電廠輔機(jī)設(shè)備有進(jìn)行供電母線切換的需要，在母線切換過程中，被切換的輔機(jī)設(shè)備往往產(chǎn)生短暫的主電源完全失電現(xiàn)象。大部分變頻器在發(fā)生主電源失電時只能停機(jī)，少量進(jìn)口變頻器雖然不會立即停機(jī)，但也只能堅持5個周期(100ms)，實際上許多母線切換過程并不能在20ms的時間內(nèi)完成。因此變頻器應(yīng)設(shè)計在3S內(nèi)不停機(jī)，以滿足母線切換的需要。(8)控制電源失去不停機(jī)在現(xiàn)場提供的控制電源失電時，變頻器應(yīng)能夠利用自身配備的UPS為控制系統(tǒng)供電，變頻器可以繼續(xù)運行，做到控制電源丟失時(比如維修人員誤拉低壓電、開關(guān)跳閘、熔絲熔斷等)，仍然保持輔機(jī)設(shè)備的運行。為了進(jìn)一步提高控制電源的可靠性，最好配備雙路控制電源自動切換功能，能夠接受發(fā)電廠的交流控制電源和直流操作電源。交流和直流控制電源都出現(xiàn)問題時，變頻器還可以無擾動切換為UPS供電，從而最大程度上保證控制電源的連續(xù)性，進(jìn)而保證變頻器和輔機(jī)設(shè)備的運行安全。(9)單元冗余技術(shù)在發(fā)電廠運行的所有設(shè)備，可靠性永遠(yuǎn)是第一位的。配置單元旁路功能，做到變頻器發(fā)生局部小故障時，可以不影響整體設(shè)備的運行。與發(fā)電廠中其他系統(tǒng)類似，對于一些影響到保護(hù)跳閘的模擬測點，應(yīng)采用雙測點；避免測點本身的問題造成誤跳閘。功率柜的冷卻風(fēng)扇最好也有冗余設(shè)計，在其中一個冷卻風(fēng)扇故障后變頻器可不降出力。(10)高壓變頻器與工頻電源之間的切換技術(shù)作為一種萬全措施，變頻器在發(fā)電廠應(yīng)用中，還要配備系統(tǒng)旁路，一旦變頻器出現(xiàn)嚴(yán)重故障或正常情況下需要例行檢修維護(hù)時，通過旁路開關(guān)，電機(jī)可以直接掛在電網(wǎng)上直接運行，不影響機(jī)組的正常發(fā)電。這個功能看似簡單，但也不是所有變頻器可以輕松實現(xiàn)的。進(jìn)口變頻器如何適用于我國電壓等級，是現(xiàn)場應(yīng)用對這些產(chǎn)品提出的課題。(11)DCS接口技術(shù)目前發(fā)電機(jī)組均已采用分散控制系統(tǒng)(DCS)控制，所有輔機(jī)設(shè)備都在DCS監(jiān)控下運行。用戶為了維護(hù)方便，DCS現(xiàn)在還慣于采用硬接線方式同輔機(jī)調(diào)速系統(tǒng)(變頻器)建立通信聯(lián)系，變頻器的一些開關(guān)量狀態(tài)通過節(jié)點送給DCS，DCS對變頻器的控制命令通過接點送給變頻器，一些模擬量如頻率給定、電機(jī)電流等信息則采用4～20mA電流信號相互傳送。在DCS的頻率給定信號掉線時，變頻器應(yīng)可以進(jìn)行有效識別，給出報警信息并維持原輸出頻率不變；在風(fēng)機(jī)調(diào)速應(yīng)用中，應(yīng)設(shè)計非線性減速功能，使得既要縮短總的減速時間，同時又要保證風(fēng)機(jī)減速時變頻器不過壓；保證完善的故障診斷和報警功能等。對模擬傳感器檢測輸入和模擬控制信號進(jìn)行電氣屏蔽和隔離。在變頻器組成的控制系統(tǒng)設(shè)計過程中，建議盡量不要采用模擬控制，特別是控制距離大于1m，跨控制柜安裝的情況下