1前言
在国家煤矸石资源综合利用鼓励政策的推动下，近年来300MW CFB机组的建设速度之快、建设规模之大都前所未有；但无论是《火力发电厂设计技术规程》(DL 5000-2000)还是《中国电力工程顾问集团公司300MW CFB机组设计技术研讨会会议纪要》都没有对300MW CFB机组的引风机选型给出指导性的建议，设计选型时只能参考《大火规》中煤粉炉的引风机选型原则。实际上由于CFB机组炉本体的烟气侧阻力较煤粉炉高得多，CFB机组引风机的压头已远远高于煤粉炉；选型参数的差异使引风机的型式选择多样化。
2工程概述
内蒙古准能矸电二期工程建设两台330MW CFB直接空冷机组。燃用黑岱沟露天矿的洗中煤和煤矸石，煤种具有典型的准格尔煤特点；根据煤质特点，选用布袋除尘器；采用CFB锅炉炉内脱硫方式。
2.1煤质分析
锅炉燃用黑岱沟露天矿的洗中煤和煤矸石，洗中煤和煤矸石比例为6：4，由神华准格尔能源有限责任公司供给；设计和校核煤种的煤质分析见表2.1.1，灰成分分析见表2.1.2。
表2.1.1煤质分析表
项 目 符号 单位 设计煤种 校核煤种1 校核煤种2，
收到基碳 C %32.54 35.52 32.08
收到基氢 H % 2.28 2.55 2.35
收到基氧 O %10.80 10.22 10.51
收到基氮 N % 0.87 0.62 0.60
收到基全硫 S %0.79 0.84 0.72
收到基灰分 A % 45.91 43.82 46.95
收到墨水分 Mt % 6.81 6.43 6.79
空气干燥基水分 Mad %4.56 4,34 4.91
干燥无灰基挥发分 Vdaf % 44.09 43,33 43.29
收到基低位热值 Qnet.ar kj/kg 12200 13600 12100
表2.1.2灰成分分析表
项 目 符号 单位 设计煤种 校核煤种1 校核煤种2
二氧化硅 Si02 % 44.77 44.18 44.35
三氧化二铝 Al203 % 49.90 49.64 50.38
三氧化二铁 Fe103 % 2.60 2.65 2,30
氧化钙 Ca0 % 0.42 0.41 0.45
氧化镁 Mg0 % 0.15 0.14 0.15
氧化钾 Kz0 % 0.51 0,39 0.48
氧化钠 Na20 % 0.19 0.15 0.18
三氧化硫 S03 % 0.35 0.35 0.35
二氧化钛 Ti02 % 1.23 1.34 1.25
2.2锅炉主要技术规范
锅炉制造商 某股份有限公司
过热蒸汽流量 1177 t/h
过热蒸汽出口压力 17.4 MPa.g
过热蒸汽出口温度 540℃
再热蒸汽出口温度 540℃
炉内脱硫效率 95%
空预器出口含尘浓度 43.158 g/Nm3
空预器出口S02浓度 164.3 mg/Nm3
2.3除尘器选型
根据《大气污染物排放标准》(GB13223-2003)，以煤矸石等为主要原料(入炉燃料收到基低位发热量小于等于12550kj/kg)的资源综合利用火力发电锅炉烟尘最高允许排放浓度为200mg/Nm
3、二氧化硫最高允许排放浓度为800 mg/Nm
3。
准能矸电二期工程属于GB13223-2003标准界定的资源综合利用火电锅炉，除尘效率达到99.5%、脱硫效率达到75.7%就可以满足排放浓度的要求。2.2节的数据表明，该工程采用CFB锅炉炉内脱硫完全可以达到二氧化硫最高允许排放浓度，通常静电除尘器达到99.5%的除尘效率是没有问题的。但该工程煤种具有典型的准格尔煤特点，二氧化硅和三氧化二铝的含量极高，两者之和为94.67%:氧化钠和氧化钾的含量又很低：煤灰特性非常特殊。S102和Al203属空隙率较大的物履，在静电除尘器内部容易产生二次飞扬；Al203含量高的煤灰粉尘极细，比重轻，还具有一定的粘性，振打清灰困难，对静电除尘器振打后控制二次飞扬十分不利：K20、Na20的含量低，粉尘荷电性和导电性差，对静电除尘器的收尘效果影响很大。通俗的讲，该工程的灰接近于绝缘体，不适于采用静电除尘方式进行除尘；因此该工程选用布袋除尘器。
3引风机选型
3.1 引风机选型参数
引风机需克服的阻力由三部分组成，炉本体阻力(4740Pa)、布袋除尘器阻力(1300Pa)、烟道阻力(700Pa)，合计6740Pa。表3.1.1为选型参数表。
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序号 |
名称 |
单位 |
T．B |
BMCR |
备注 |
|
1 |
引风机容积容量 |
m3/h |
1154000 |
1023870 |
裕量系数1.1，另加140℃温度裕量 |
|
2 |
风机全压升 |
Pa |
8088 |
6740 |
裕量系数1.2 |
3.2引风机型式
《火力发电厂设计技术规程》(DL 5000-2000)（以下简称《大火规》）对煤粉锅炉的引风机选型给出要求：“大容量锅炉的吸风机宜选用静叶可调轴流式风机或高效离心式风机。当风机进口烟气含尘量能满足风机要求，且技术经济比较合理时，可采用动叶可调轴流式风机。”
锅炉选用CFB炉型后，引风机的型式受锅炉型式、除尘器型式、引风机入口烟气含尘量等因素的影响不能完全遵循大火规的要求进行选型。
300MW煤粉炉通常选用静叶可调轴流风机，采用湿法脱硫、引风机和升压风机合并设置的机组大多配置动叶可调轴流风机。根据调研，国内近年建设的300MW CFB机组大多配置静叶可调轴流风机，少部分配置液力偶合器调速的高效离心风机。而准能矸电二期工程引风机的选型参数更接近于采用湿法脱硫、引风机和升压风机合并设置的煤粉炉的引风机参数。
3,2.1 动、静叶可调轴流式风机
静叶可调式轴流式风机在运行中通过调节进口导叶的安装角达到政变风压、风量的目的；在0，-300调节时为负预旋，可增加风机流量、压力；在O～-70°调节时为正预旋，人为消耗部分风机有用功，减小风机流量、压力。
动叶可调轴流式风机在运行中依靠液压调节机构调节动叶片的安装角，从而改变风机的风压、风量。负荷变化时通过动叶片安装角的变化改变风叶的做功能力，形成一族风叶角度运行曲线，其工况范围不是一条曲线，而是一个面。所以流量变化范围大及高效率运行区宽广：不产生额外的人为有用功损耗。
风机的结构特点决定了它的运行效率和节能效果，表3.2.1为该工程两种风机在不同锅炉负荷下的运行效率对比表。
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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 |
% |
100 |
90 |
80 |
70 |
60 |
50 |
|
静调运行效率 |
% |
85 |
85.7 |
83.8 |
79.6 |
72.4 |
60.3 |
|
动调运行效率 |
% |
86.7 |
86.3 |
84.6 |
83.1 |
79.2 |
70 |
从表中数据可以看出动调和静调在高负荷下运行效率非常接近，随着负荷降低运行效率的差距越来越大。
3.2.2调速离心风机
无级变转速调节在我国电厂中成功应用的主要有：调速型液力耦合器和变频器。高效离心风机虽然有低负荷时效率降低很快的缺点，但如果安装无级变转速调节装置，其变工况时的运行效率就会显著提高。液力偶合器的调速性能虽然不如变频器，但它却在初投资方面具有较大优势。根据市场调研，国产液偶的每KW造价只有120～130元，而高压变频器的每kW造价却高达1000元。近年来300MW CFB机组引风机采用高效离心风机配液力偶合器的比例占到近40%，几乎可以和静调平分秋色；高效离心风机配变频器的选择也处于技术经济比较阶段。
3.2.3节能和综合经济比较
根据该工程的实际情况对静叶可调轴流风机、动叶可调轴流风机、配偶合器离心风机、配变频器离心风机四种风机型是进行节能和综合经济比较，见表3.2.3.1、3.2.3.2、3.2.3.3。
表3.2,3.1节能和综合经济比较原始数据表
缟号 项目 单位 数据
l 单台设备额定流量m3/h 1023870
2 传动效率 % 99
3 电机效率 % 95
4 设备年利用小时数 小时 5500
5 国产偶合器价格 万元 35
6 变频器价格 万元 280
7 动调与定速离心风机的差价 万元 120
8 静调与定速离心风机的差价 万元 60
9 还贷年数 年 15
10 年利率 % 8.06
11 电价 元 0.20
表3.2.3.2节能和综合经济比较表
项目项目 单位 负荷率
100% 75% 50%
机组发电功率 MW 300 225 150
流量m3/h 2047740 1535805 1023870
比容 m3/kg 1 1 1
运行台数 台 2 2 1
平均运行时间 h 2500 2000 3000
定速离心风机运行时压头 Pa 8800 10410 8800
谩备效率 %0.84 0.84 0.84
电动机耗电功率kw 3168 281 1 3168
配偶合器离心风机运行时压头 Pa 6740 4550 2020
设备效率 %0.85 0.85 0.85
偶合器效率 %0.95 0,713 0.95
电动机耗电功率kw 2524 1703 756
比定速离心风机节省电功率kw 644 1 108 2412
配变频器离心风机运行时压头 Pa 6740 4550 2020
设备效率 %0.85 0.85 0.85
变频器效率 %0.97 0.948 0.97
电动机耗电功率kw 2472 1281 741
比定速离心风机节省电功率kw 696 1530 2427
静叶可调轴流风机运行时压头 Pa 6740 4550 2020
设备效率 %0.85 0.817 0.85
电动机耗电功率kw 2398 1263 719
比定速离心风机节省电功率kw 770 1548 2449
动叶可调轴流风机运行时压头 Pa 6740 4550 2020
设备效率 %0.867 0.8385 0.867
电动机耗电功率kw 2351 1231 705
比定速离心风机节省电功率kw 817 1580 2463
配偶合器离心风机节省电量kw-h 3219728 “31894 7234624
配变频器离心风机节省电量kw-h 3479941 6120263 7281417
静调节省电量kw-h 3850745 6190487 7348095
表3.2.3.3节能和综合经济比较结论表
年节省电量 折合电费 每年还贷额 差额
(kw-h) （万元） （万元） （万元）
配偶合器离心风机 14886247 310 -4.104 305.530
配变频器离心风机 16881621 351 -32.832 318.305
静调 17389327 362 ·7.035 354.663
动调 17796232 370 一14.071 356.091
说明：三种风机的“节省电量”都是相对于定速离心风机而言。
从比较结论可以看出，动调昀节电效果最好，其次是静调、变频离心风机，偶合离心风机的节电效果最差。考虑到四种型式风机在初投资方面的差异，进行了年还贷额的比较，偶合离心风机的年还贷额最少，其次是静调、动调，变频离心风机的年还贷额最多。综合考虑节电和初投资两方面因素，节能效果的趋势最终决定了综合经济比较的趋势；动调最优，静调略逊于之，其次是变频离心风机，最后是偶合离心风机。
煤作为不可再生的一次能源，煤价上涨的趋势已不可逆转；火力发电的成本电价将随着煤价水涨船高。根据测算，成本电价低于0.172元时，静调是该工程综合经济比较的最优者；成本电价高于0.172元，动调就成为最优者。也就是说随着成本电价的不断攀升，初投资的差异变得越来越微不足道，谁具有最佳的节能效果谁就将在综合经济比较中胜出。
3.2.4动、静叶可调轴流风机的技术特点
风机的压头与转速的2次方成正比，静调风机由于无法设置成两级，因此只有通过提高转速来克服系统阻力。风机压头高于7000Pa时，风机的转速已经很高，风叶的线速度也很高；风机压头如果超过8000Pa，风叶的线速度无法控制在临界速度140m/s以下，风机的强度设计、气动性能和噪声均难以满足要求。实际上在准能矸电二期工程进行引风机选型时，多个风机厂都提出无法为该工程选到合适的静叶可调轴流风机。
动调风叶的临界线速度为165m/s，也就是说在风机直径相同的条件下，动调可以满足更高的风机压头；而且动调可以设置成双级，因此它可以满足比静调高得多的压头。
为保证风机的强度设计、气动性能和噪声均满足设计要求，动叶可调风机线速度一般应控制在165m/s以下。采用布袋除尘器的300MW CFB机组的引风机设计压头较高，转子轮毂较大，为了将风机叶顶的圆周速度控制在合理的范围之内，需选用双级动叶可调轴流风机。
双级动叶可调轴流风机主要是乡了一个叶轮，两级叶轮通过推杆和推盘进行串连，推杆安装在主轴承箱空心轴内，并在安装和检修时进行调整，由于前后两级叶轮串连而成，因此风机前后两级叶轮调节的同步性和可靠性不成问题，单从叶轮的加工难度来讲，双级和单级是没有区别的，而从轴承箱轴承受力情况来看，由于单级风机叶轮为悬臂结构，靠叶轮端受力较大，而双级风机由于叶轮挂在轴承箱前后两端，受力比较均匀，轴承受力状况反而较好，因此从可靠性来讲，双级动叶可调风机不比单级动叶可调风机差。
对于动调风机与静调风机的耐磨性问题，我们认为静调风机由于叶项速度较低，因此在不采取任何防磨措施的情况下，静调风机具有一定的优势：但由于动叶可调风机叶片可以拆下单独喷涂多次，而静调风机由于叶片焊接在轮毂上只能在进、出口边上喷涂少量耐磨层，否则会影响叶片的型线；因此从总体上来讲，动叶可调风机耐磨损性能至少不低于静叶可调风机。对于采用布袋除尘器的300MW CFB机组，引风机入口的烟气含尘浓度<50mg/Nm3;耐磨性问题不应该成为影响引风机选型的决定性因素。
一直以来，行业内认为静叶可调轴流风机结构简单、维护方便，相对而言动调的检修维护尤其是大修全解体存在技术上的困难，随着动调在大容量机组的普及和近几年火电厂尤其是新建电厂运行维护人员专业技术水平的提高，动调的日常维护和大修全解体已经不再是难题；在结构熟悉的前提下，l～2周完全可以实现风机全解体的大修工作。
3.2.5选型结论
300MW CFB锅炉可以分为引进型（AISTOM）和自主开发型两种，炉本体烟气侧阻力见表3.2.5；从表3.2.5数据可以看出，除上锅的阻力值略高外，其它都非常接近。
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项目 |
单位 |
ALSTOM |
自主开发型 |
|
哈锅 |
东锅 |
上锅 |
|
炉本体烟气侧阻力值 |
Pa |
4600 |
4500 |
1622～4740 |
4907.6 |
目前国内300MW布袋除尘器的阻力值通常在1200～1300Pa之间，静电除尘器的阻力值<300Pa。
国内电力设计院对于锅炉空气预热器出口经除尘器至引风机的烟道布置都很相似，因此影响引风机选型的烟道阻力也相差无几；因此可以得出以下结论：
1．采用布袋除尘器的300MW CFB机组的引风机阻力与准能矸电二期工程接近；
2．采用静电除尘器的300MW CFB机组的引风机阻力(BMCR工况)较采用布袋除尘器的低1000 Pa，引风机选型全压升约6900 Pa。
根据不同除尘器型式的引风机选型参数，结合四种型式风机的技术特点和节能比较结果，300MW CFB机组的引风机选型结论如下：
1．如果采用布袋除尘器，鉴于静叶可调轴流风机存在技术上的不可行性，无论成本电价如何，建议选用动叶可调轴流风机；
2．如果采用静电除尘器，成本电价高于0.172元的条件下，建议选用动叶可调轴流风机：成本电价低于0.172元的条件下，可根据工程实际情况选用静叶可调轴流风机或动叶可调轴流风机。
