一、背景概述

氮氧化物及煙塵作為燃煤電廠的主要污染物之一，在二氧化硫排放逐步得到控制后，正日益引起國(guó)家重視。

2011年，環(huán)保部頒布了新標(biāo)準(zhǔn)——火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB13223-2011)。標(biāo)準(zhǔn)要求從2012年1月1日起，新建火電機(jī)組氮氧化物排放量要達(dá)到100毫克/立方米;從2014年7月1日起，除特殊機(jī)組排放量要求達(dá)到200毫克/立方米外，其余也均要求達(dá)到100毫克/立方米。

為了貫徹《中華人民共和國(guó)大氣污染防治法》，改善大氣環(huán)境質(zhì)量，建設(shè)可持續(xù)發(fā)展型經(jīng)濟(jì)，新建火電燃煤機(jī)組已全部要求同步建設(shè)脫硝工程，現(xiàn)役火電燃煤機(jī)組也紛紛上馬脫硝.除塵技術(shù)改造工程對(duì)相應(yīng)的設(shè)備如空預(yù)器、引風(fēng)機(jī)等的技術(shù)改造要求也迫在眉睫。

同時(shí)，伴隨著脫硝改造，各大電廠也在積極推進(jìn)除塵改造、加裝低溫省煤器、二次脫硫改造等，風(fēng)煙系統(tǒng)阻力不斷提高，在此背景下，如何配備引風(fēng)機(jī)，是我們非常關(guān)注的一個(gè)課題。

目前僅考慮脫硝阻力及原引風(fēng)阻力，引風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)全壓在5500-6500Pa左右;考慮脫硝阻力、原引風(fēng)阻力、脫硫系統(tǒng)阻力，引風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)全壓在8000-10500Pa左右;若再加上除塵改造，部分電廠引風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)全壓甚至達(dá)到12000Pa。

二、改造方案

據(jù)2012年度不完全統(tǒng)計(jì)，300MW以上大型火電機(jī)組改造及明確計(jì)劃改造的已有96家電廠337臺(tái)機(jī)組共674臺(tái)風(fēng)機(jī)，除少數(shù)進(jìn)口機(jī)組由于原離心引風(fēng)機(jī)附近空間位置不夠，仍堅(jiān)持采用離心風(fēng)機(jī)外，大型火電機(jī)組聯(lián)合風(fēng)機(jī)一般采用動(dòng)調(diào)與靜調(diào)，靜調(diào)略占優(yōu)勢(shì)。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)情況來看，大型火電機(jī)組若只是脫硝+引風(fēng)，多采用靜調(diào)風(fēng)機(jī)。若采用脫硝+引風(fēng)+脫硫即所謂“三合一”的聯(lián)合風(fēng)機(jī)則有不同的配置模式。

300MW等級(jí)機(jī)組由于流量小，全壓大，比轉(zhuǎn)速小，聯(lián)合風(fēng)機(jī)參數(shù)一般超出靜調(diào)的選型范圍，多采用動(dòng)調(diào);

600MW等級(jí)機(jī)組聯(lián)合風(fēng)機(jī)靜調(diào)與動(dòng)調(diào)平分秋色;

1000MW等級(jí)機(jī)組聯(lián)合風(fēng)機(jī)多采用靜葉可調(diào)+調(diào)速模式，也有少部分采用動(dòng)調(diào)。

在提倡節(jié)能減排的大環(huán)境下，單純的離心、靜調(diào)風(fēng)機(jī)由于高效區(qū)窄，低負(fù)荷運(yùn)行效率低，顯然不能代表最先進(jìn)的生產(chǎn)力，目前市場(chǎng)上大型機(jī)組引風(fēng)機(jī)配備型式一般為動(dòng)調(diào)或靜調(diào)+調(diào)速。

離心風(fēng)機(jī)高效區(qū)呈橢圓狀，短軸與系統(tǒng)阻力特性曲線幾乎平行，高效區(qū)窄節(jié)流損失較大，低負(fù)荷運(yùn)行效率低，在50%負(fù)荷運(yùn)行時(shí)效率在30-40%;

靜調(diào)風(fēng)機(jī)高效區(qū)幾乎呈圓狀，高效區(qū)范圍一般，低負(fù)荷運(yùn)行效率比離心高，比動(dòng)調(diào)低，在50%負(fù)荷運(yùn)行時(shí)效率約在50-60%左右;靜調(diào)+調(diào)速可使風(fēng)機(jī)在幾乎所有負(fù)荷都保持在80%以上的工作效率。

動(dòng)調(diào)風(fēng)機(jī)高效區(qū)呈橢圓狀，長(zhǎng)軸與系統(tǒng)阻力特性曲線幾乎平行，高效區(qū)寬，低負(fù)荷運(yùn)行效率相對(duì)較高，在50%負(fù)荷運(yùn)行時(shí)效率仍有60-65%左右。

三、技術(shù)對(duì)比

潤(rùn)滑及冷卻

●靜調(diào)風(fēng)機(jī)采用油脂潤(rùn)滑+風(fēng)冷，現(xiàn)場(chǎng)清潔，無污染，冷卻效果一般。

●動(dòng)調(diào)風(fēng)機(jī)油池潤(rùn)滑+循環(huán)油冷卻冷卻效果好，但國(guó)產(chǎn)密封件質(zhì)量不穩(wěn)定，現(xiàn)場(chǎng)存在油泄露的可能。

耐磨性

●靜調(diào)風(fēng)機(jī)由于子午加速的特點(diǎn)，流道僅后端流道面積窄，不易磨損，即使磨損后也可經(jīng)過補(bǔ)焊修復(fù)，葉輪使用壽命長(zhǎng)。后導(dǎo)葉為可更換式，不停機(jī)就可進(jìn)行更換。若采用調(diào)速，長(zhǎng)期工作在中低轉(zhuǎn)速下，耐磨性大大提高。

●動(dòng)調(diào)風(fēng)機(jī)相對(duì)來說，線速度大，同樣轉(zhuǎn)速下耐磨性不如靜調(diào)，且一旦磨損效率損失較快，只有整體更換葉片。后導(dǎo)葉需同殼體整體更換。

維護(hù)、檢修

●靜調(diào)風(fēng)機(jī)葉輪、主軸承裝配的更換非常方便、簡(jiǎn)單，24小時(shí)內(nèi)可完成。維護(hù)成本低，每月加次油脂即可，幾乎無維護(hù)費(fèi)用。

●動(dòng)調(diào)風(fēng)機(jī)葉片更換、拆裝至少需要48小時(shí)。主軸承裝配的拆裝48小時(shí)內(nèi)可完成。對(duì)液壓系統(tǒng)各零部件及密封件的質(zhì)量要求較高，維護(hù)成本較靜調(diào)風(fēng)機(jī)高。

運(yùn)行效率

●靜調(diào)風(fēng)機(jī)最高效率86-87%，低負(fù)荷效率較低。加調(diào)速后，全部負(fù)荷效率基本都在80%以上。

●動(dòng)調(diào)風(fēng)機(jī)最高效率可達(dá)90%，低負(fù)荷效率相對(duì)較高，可達(dá)到60%以上。

可靠性

●靜調(diào)風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零部件少，可靠性高，即使加裝變頻，由于變頻故障的情況下仍可工頻運(yùn)行，可靠性無不良影響。

●動(dòng)調(diào)風(fēng)機(jī)零部件眾多，需維護(hù)的工作量大，一旦維護(hù)不好或粗放式維護(hù)，事故率較高，可靠性相對(duì)差。

四、經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

以某600MW機(jī)組脫硝改造工程為例，擬采用聯(lián)合風(fēng)機(jī)來克服脫硝、引風(fēng)、脫硫阻力，經(jīng)過熱態(tài)性能試驗(yàn)，根據(jù)電廠2012年的實(shí)際運(yùn)行情況，將機(jī)組全年負(fù)荷分為高中低三個(gè)區(qū)段，三個(gè)負(fù)荷的風(fēng)機(jī)參數(shù)分別代表這三個(gè)區(qū)段的風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)。通過動(dòng)靜調(diào)風(fēng)機(jī)軸功率的差值計(jì)算出兩種類型風(fēng)機(jī)在三個(gè)負(fù)荷區(qū)段的耗電差。

運(yùn)營(yíng)成本及投入成本分析

節(jié)電：?jiǎn)闻_(tái)風(fēng)機(jī)靜調(diào)+變頻比動(dòng)調(diào)每年約節(jié)約電量117.5萬(wàn)度，以上網(wǎng)電價(jià)按0.4元/度計(jì)算，單臺(tái)風(fēng)機(jī)一年節(jié)約電費(fèi)47.01萬(wàn)元。

投入成本：?jiǎn)闻_(tái)HA46036-8Z靜調(diào)風(fēng)機(jī)120w，變頻器165w;HU16050-02動(dòng)調(diào)風(fēng)機(jī)145w，靜調(diào)+變頻初始投資比動(dòng)調(diào)每臺(tái)高140w。

維護(hù)成本：靜調(diào)風(fēng)機(jī)平均每年維護(hù)費(fèi)用約為3w，變頻器平均以7w計(jì);動(dòng)調(diào)風(fēng)機(jī)平均每年維護(hù)費(fèi)用為20w。

以計(jì)及資金時(shí)間價(jià)值的動(dòng)態(tài)理論，計(jì)算出投資差額回收年限n，公式如下：

ΔC=ΔZ(A/P,i,n)

各符號(hào)含義如下：

ΔZ：靜調(diào)+變頻比動(dòng)調(diào)增加的投資額;

ΔC：年差額收益，節(jié)電費(fèi)用加上運(yùn)行維護(hù)增加的費(fèi)用;

i：基準(zhǔn)收益率，按8%計(jì)算;

n：差額回收年限。

將數(shù)據(jù)帶入公式計(jì)算，得出回收年限n=3.1，即采用靜調(diào)+變頻方案3年左右可以收回增加的投資費(fèi)用。

故從長(zhǎng)期運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性看，靜調(diào)+變頻無疑是經(jīng)濟(jì)性最好的。

靜調(diào)風(fēng)機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)量小、故障率低的優(yōu)勢(shì)，從90年代以來一直是大型火電機(jī)組引風(fēng)機(jī)的首選，近些年，隨著國(guó)家節(jié)能減排的實(shí)施，市場(chǎng)份額出現(xiàn)一定下降。但隨著變頻器價(jià)格的不斷下降，靜調(diào)+調(diào)速這種被行業(yè)內(nèi)戲稱為“黃金搭檔”的配備模式，優(yōu)勢(shì)越來越明顯。

單純的脫硝+引風(fēng)國(guó)內(nèi)大型火電機(jī)組，基本選擇在原靜調(diào)風(fēng)機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行局部改造，以靜調(diào)為主。

300MW等級(jí)聯(lián)合風(fēng)機(jī)由于超出靜調(diào)選型范圍，以動(dòng)調(diào)為主，但目前也出現(xiàn)了一些電廠開辟蹊徑，如渭河電廠300MW機(jī)組采用單配置靜調(diào)風(fēng)機(jī)。目前，針對(duì)300MW聯(lián)合風(fēng)機(jī)用戶要求使用靜調(diào)的市場(chǎng)需求，成都電力機(jī)械廠與相關(guān)單位、院校也正在研究通過變頻器超頻、電機(jī)擴(kuò)容，使風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由目前1000轉(zhuǎn)，增至1200-1300轉(zhuǎn)，以滿足參數(shù)需要。

600MW機(jī)組聯(lián)合風(fēng)機(jī)是產(chǎn)生主要爭(zhēng)議的地方，電廠應(yīng)根據(jù)自身的實(shí)際情況選擇合理的風(fēng)機(jī)型式。由數(shù)據(jù)可知，靜調(diào)+變頻在80%以上負(fù)荷基本無節(jié)能效果，甚至多耗電，而在75%以下負(fù)荷節(jié)能效果才逐漸明顯，且負(fù)荷越低，節(jié)能效果越明顯。鑒于國(guó)內(nèi)機(jī)組負(fù)荷率普遍不高，且電廠運(yùn)行維護(hù)水平有限的情況，靜調(diào)風(fēng)機(jī)無法比擬的可靠性是具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的。

1000MW機(jī)組聯(lián)合風(fēng)機(jī)主要采用靜調(diào)+調(diào)速，且汽機(jī)調(diào)速的較為普遍，采用變頻調(diào)速及動(dòng)調(diào)的也有一部分。隨著機(jī)組容量的增大，參數(shù)更適應(yīng)于靜調(diào)的選型范圍，且汽機(jī)調(diào)速使引風(fēng)機(jī)廠用電幾乎為零，帶來的經(jīng)濟(jì)、政治效應(yīng)是具有極大吸引力的。同時(shí)隨著機(jī)組容量增大，節(jié)電的收益也使汽機(jī)的投入回收年限越來越短，根據(jù)目前已投運(yùn)的多個(gè)1000MW機(jī)組情況，一般2-3年即可收回投資成本。

五、結(jié)論及建議

為繼續(xù)走在技術(shù)的前沿，目前我們也正在研究?jī)?chǔ)備1300MW等級(jí)聯(lián)合風(fēng)機(jī)的相關(guān)技術(shù)，靜調(diào)+調(diào)速應(yīng)是1300MW等級(jí)聯(lián)合風(fēng)機(jī)的首選方案。

綜上所述，大型火電機(jī)組引風(fēng)機(jī)采用靜調(diào)+調(diào)速方案優(yōu)勢(shì)明顯，符合國(guó)家節(jié)能減排的方針路線，符合電廠的切身利益，應(yīng)是各發(fā)電企業(yè)的首選方案。