浅谈离心风机叶轮切割节能改造应用

浅谈离心风机叶轮切割节能改造应用

吴磊 王野

辽阳石化公司热电厂 辽宁 辽阳 111003

[摘 要] 辽阳石化公司热电厂共有七台锅炉，每台锅炉分别配套2台M5-36-11No–180型排粉机。自投入运行以来，风机耗能大、运行效率低。热电厂在2019年陆续对7台锅炉14台排粉机进行叶轮切割改造，改造后排粉机运行稳定，通过各项参数对比，发现节电效果明显。

[关键词] 排粉机 切割定律 性能

一、概述

热电厂共有七台锅炉，每台锅炉分别配套2台排粉机。排粉机型式：M5-36-11No–180型，全压：10.26kPa；额定转速：1480r/min；额定流量：92642m³/h；功率：440kW。

二、风机改造的必要性

热电厂采用了高效离心风机，实际运行时效率并不高，其主要原因：一是风机的调速性能差，二是运行点远离离心风机的最高效率点。我国现行的火电设计规程规定燃煤电厂风机的风量裕度为5％～10％，风压裕度为10％～15％，但在实际设计中，很难准确地计算出管网的阻力，并考虑到长期运行过程中可能发生的各种问题，通常总是把系统的最大风量和风压裕度作为选择风机型号的设计值。但风机的型号和系列是有限的，往往选用大的型号。这样，电站锅炉风机的风量和风压的裕度达20％～30％。

电站锅炉风机偏离20％时，效率下降20％左右；以及机组的调风运行，导致风机的运行工况点与设计高效点相偏离，从而使风机的运行效率大幅度下降。一般情况，采用风门挡板调节风量的风机，在两者偏离10％时，效率下降8％左右；偏离20％时，效率下降20％左右；偏离30％时，效率下降30％以上。对于采用风门挡板调节风量的风机，这是一个固有的不可避免的问题。由此可见，风机用电量中很大一部风被参数不匹配和调节方式不当被调节门消耗掉了。因此很有必要在留有一定安全富裕度的前提下，适当减少风机的风量和风压的裕度，从而达到降低风机用电量的目的。

随着风机可靠性的不断提高，锅炉低负荷稳燃技术的不断进步，国内大型锅炉最低不投油稳燃负荷已可以降至30％BMCR，从节电的观点看，单台风机现在一般都按50％负荷设计。

热电厂锅炉于1989年设计安装使用，考虑到自备电厂服务于化工厂，辅机设计安全保障系数极高，高达70以上，且通过实际生产，可以看出送风机、排粉机目前条件下单台风机可以带75～80％负荷以上，正常运行时，风机调节挡板开度仅在45～60％之间。

综上所述，通过计算改造排粉机叶轮提高其运行效率，将因挡板节流而浪费的耗功降低，以达到节能目的。

三、风机改造的理论计算

1.叶轮切割定律：

Q/Q₁=D/D₁ （1）

H/H₁=(D/D₁)² （2）

P/P₁=(D/D₁)³ （3）

P=QH/1000η （4）

式中 Q、H、P、D、η为叶轮切割前流量、全压、轴功率、叶轮直径、效率

Q₁、H₁、P₁、D₁、η₁为叶轮切割后流量、全压、轴功率、叶轮直径、效率

2. 叶轮切割方案

原排粉机叶轮直径为1820mm，划线同时切割叶轮、前盘、后盘至1700mm，切割量为原叶轮直径的6.6％。切割后叶轮校动平衡。另外由于切割后叶轮与蜗舌间隙增大，为防止因间距增大，流体回流造成效率降低，现场利用焊接钢板延长蜗舌，保持原有间距不变，并做防磨处理。

3. 叶轮切计算

3.1叶轮切割后节电计算

通过叶轮切割定律计算排粉机切割后流量Q，全压H，轴功率P结果。

节电系数取0.8，排粉机叶轮切割后可省耗

△P =(P－P₁) ×0.8=65.82KW。

风机年运行小时数5000h，一年单台排粉机可节电

W=65.82×5000=32.91万KW·h。

电价按0.5元/kWh计算，一年单台排粉机可收益

0.5×32.91 =16.455万元。

3.2叶轮切割前后性能参数对比

切割前性能参数表

根据公式（1）、（2）、（3）分别计算出叶轮切割后的全压、流量、轴功率，然后根据公式（4）计算出效率值，并绘制性能曲线。

切割后性能参数表

通过对比叶轮切割前、后各参数可以看出：

1.1排粉机效率可近似认为没有变化，最佳效率依然为84％左右。

1.2切割后排粉机性能范围有所减小，但并不影响正常使用。

四、叶轮切割后实际效果

叶轮切割后，已有4台锅炉投入运行。通过调整入口挡板开度保证炉组额定负荷所需风压时，叶轮切割前、后电动机的电流对比如下：

通过上表可以看出，叶轮切割后电流平均降幅为6A。其中#2锅炉甲侧排粉机叶轮切割后，蜗舌未做延长处理，由于叶轮与蜗舌间距增大，导致介质部分回流，容积损失增大，效率降低。后续停炉时已将其蜗舌延长60mm，投运后电流降至27A。

以单台排粉机年运行5000h考虑，一年单台排粉机实际可节电W=1.732×6×6×0.85×5000=264996kWh，以0.5元/kWh计算，一年单台排粉机可收益约13.25万元。其中单台排粉机叶轮切割改造综合费用约1.5万元。

五、结论

1. 叶轮切割后，节约了排粉机电耗，单台排粉机年收益约13.25万元。其中排粉机叶轮切割改造综合费用约1.5万元，经计算，单台排粉机运行1个月即可收回投资。

2. 叶轮切割后，性能范围有所减小，但并不影响正常使用。此次切割长度占叶轮长度的6.6％，对排粉机效率未产生影响，最佳效率依然为84％左右。

3. 排粉机人口风门处的节流损失减小，减清了入口挡板及管道、风箱的冲刷磨损。

4. 叶轮切割后，应重新校平衡。为避免介质回流，造成效率下降，应调整叶轮与蜗舌间距。

参 考 文 献

1. 何川，郭立君.泵与风机（第四版）.中国电力出版社

2. 孙峰，汪义玲，黄嘉聪.离心风机叶轮“切割定律”的试验研究[J].风机技术，2018（S1）：31-34.