在火電廠和熱電廠中，風(fēng)機作為鍋爐機組的動力，是消耗廠內(nèi)自用電的主要設(shè)備，其運行效率直接決定了發(fā)電設(shè)備的能效。以石獅熱電有限責(zé)任公司2臺75 t／h循環(huán)流化床(CFB)鍋爐為例，所配置各種風(fēng)機的電動機額定功率之和達1244 kW，占發(fā)電機額定容量的20. 73%。這些風(fēng)機的設(shè)計容量一般較大，其中不少風(fēng)機還在采用原始落后的節(jié)流調(diào)節(jié)，能源浪費嚴(yán)重；提高風(fēng)機運行效率、降低發(fā)電廠的廠用電率，是當(dāng)前各電廠節(jié)能工作的重要組成部分。
1、引風(fēng)機運行效率低的主要原因
    石獅熱電有限責(zé)任公司的2臺75 t／h循環(huán)流化床鍋爐（3號4號爐）所配置的AYX75-1A№22D型引風(fēng)機，額定風(fēng)量166 867m3/h，額定風(fēng)壓6 272 Pa，轉(zhuǎn)速980 r/min，風(fēng)機配套的YKK500-6型10 kV電動機的額定功率500 kW，額定電流36.4 A。該引風(fēng)機雖已選用高效離心風(fēng)機(設(shè)計效率為81.1%)，但實際運行效率并不高（見表1），分析發(fā)現(xiàn)，其原因主要有以下幾個方面。
    (1)風(fēng)機的風(fēng)量和風(fēng)壓富余度過大。通常，鍋爐廠給出的產(chǎn)品鍋爐最大蒸發(fā)量所需的流量和系統(tǒng)阻力，都從安全出發(fā)加上了一定的富余量。同樣出子安全考慮，風(fēng)機制造企業(yè)產(chǎn)品參數(shù)也會留出富余量。設(shè)計院按照指標(biāo)做出設(shè)計方案后，為了保障可靠運行，會再次增加一定的余量。這樣一來，在設(shè)備設(shè)計、選型、制造的每一個環(huán)節(jié)秉承“宜大不宜小”原則，使得送風(fēng)余量逐層增加，導(dǎo)致CFB鍋爐風(fēng)機的風(fēng)量和風(fēng)壓富裕度達到20%～40%，風(fēng)機運行經(jīng)常出現(xiàn)“大馬拉小車”的欠載現(xiàn)象。據(jù)測試計算，4號爐負(fù)荷為74.2 t/h時，引風(fēng)機系統(tǒng)運行效率為27. 55%。而在中、低負(fù)荷階段，引風(fēng)機系統(tǒng)運行效率則更低，富通新能源銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒木屑顆粒機壓制的木屑生物質(zhì)顆粒燃料。
    (2)引風(fēng)機實際運行工況點與設(shè)計的最佳工況點相差甚遠(yuǎn)。經(jīng)測算，在4號鍋爐負(fù)荷為61.0t／h時，引風(fēng)機電流為17.2 A，引風(fēng)機單機效率為
23. 68%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)計值。
    (3)引風(fēng)機沿用落后的風(fēng)門擋板節(jié)流調(diào)節(jié)，當(dāng)受熱網(wǎng)負(fù)荷波動影響鍋爐負(fù)荷變化時，只能通過風(fēng)門開度調(diào)節(jié)風(fēng)量，造成較大的節(jié)流損失。經(jīng)測試，在4號爐負(fù)荷為51. 3t/h時，引風(fēng)機進口風(fēng)門擋板開度為l4.7%，節(jié)流損失和渦流損失很大，能源浪費嚴(yán)重。過大的風(fēng)量和風(fēng)壓富裕度使引風(fēng)機進口風(fēng)門關(guān)得很小，產(chǎn)生較大的節(jié)流損失和渦流損失，造成引風(fēng)機系統(tǒng)的運行效率嚴(yán)重偏低，引風(fēng)機電耗偏高。
2、75 t／h CFB鍋爐引風(fēng)機本體節(jié)能改造
2.1引風(fēng)機本體節(jié)能改造方案的確定
    為了減少引風(fēng)機能源的浪費，石獅熱電公司成立了節(jié)能改造項目小組。根據(jù)引風(fēng)機的測試數(shù)據(jù)以及實際情況，各種待選的節(jié)能改造方案綜合比較分析，見表2。
    從表2可以看出，方案五的投入產(chǎn)出比最低，回收期也最長，改造難度最大；方案二的投入產(chǎn)出比最高，回收期也最短，但可能出現(xiàn)因系統(tǒng)漏風(fēng)增加或煤質(zhì)變差等因素造成的風(fēng)機出力不足，導(dǎo)致鍋爐無法額定負(fù)荷運行；方案三、方案四和方案六的投入產(chǎn)出比和回收期相近，但是通過有級調(diào)速或無級調(diào)速在一定程度上降低風(fēng)量和風(fēng)壓富裕度，均存在廠用變壓器容量可能不足的問題。方案一通過現(xiàn)場試驗，準(zhǔn)確計出管網(wǎng)阻力，量身定做與鍋爐運行狀況相匹配的高效節(jié)能型風(fēng)機，可以大幅度提高風(fēng)機運行效率，投入產(chǎn)出比和回收期較好，實施效果有保證，不過采用風(fēng)門擋板的調(diào)節(jié)方法仍然存在節(jié)流損失，但對6個改造方案進行技術(shù)經(jīng)濟分析比較后還是決定先采用這種更換風(fēng)機為高效節(jié)能型風(fēng)機的方案。
2.2量身定做高效節(jié)能型風(fēng)機
  項目小組對75 t/h循環(huán)流化床鍋爐引風(fēng)機進行了熱態(tài)試驗，把測試得到的不同鍋爐負(fù)荷下風(fēng)機運行參數(shù)及其煙道阻力作為方案經(jīng)濟性評價和技術(shù)改進的依據(jù)。
  考慮到鍋爐可能在110%額定負(fù)荷運行，根據(jù)測試結(jié)果計算引風(fēng)機改型參數(shù)，引風(fēng)機的最佳風(fēng)壓為3630 Pa，最佳風(fēng)量為141 861 m3/h。為此，項目小組根據(jù)這些參數(shù)量身定做了一套與鍋爐運行狀況相匹配的高效節(jié)能型風(fēng)機，這樣可以不受已有風(fēng)機產(chǎn)品參數(shù)的制約，避免再次出現(xiàn)不合理匹配狀況。
    2003年1月對4號爐引風(fēng)機實施技術(shù)改造，更換了風(fēng)機的葉輪、風(fēng)殼和進出口煙道，葉輪直徑由2.2 m縮至1.8 m，保留和利用原來的電動機和聯(lián)軸器，同時還采用彎曲型導(dǎo)葉軸向?qū)�向器取代原直板型風(fēng)門擋板，將擋板節(jié)流損失降至最低。由于采用新設(shè)計葉輪及導(dǎo)向器，將風(fēng)機的風(fēng)量和風(fēng)壓富余度降低到最合理范圍內(nèi)，并降低了煙道阻力，可以確保風(fēng)機始終在高效率工況下工作。
2.3風(fēng)機本體改造效果及推廣應(yīng)用
    運行實踐結(jié)果表明，技改后的引風(fēng)機運行效率得到了顯著的提高（見表3），在4號爐負(fù)荷為74 t/h時，引風(fēng)機進口擋板開度從改造前的32. 3%增加到40.6%（彎曲型導(dǎo)葉軸向?qū)�向器開度60%時流量接近最大，再增大導(dǎo)向器開度流量基本不變），引風(fēng)機的單機效率從32. 00%提高到47.65%，系統(tǒng)的運行效率也從27. 55%提高到4L 12%，節(jié)電效果明顯，并可以安全穩(wěn)定連續(xù)運行，能滿足鍋爐110%負(fù)荷下的各項參數(shù)要求，4號爐引風(fēng)機節(jié)能改造取得了成功。
    根據(jù)4號爐引風(fēng)機的改造經(jīng)驗，公司于2003-2005年又陸續(xù)對3號爐引風(fēng)機，2臺75t/h CFB鍋爐送風(fēng)機以及二次風(fēng)機進行了同樣的改造，均取得了成功，節(jié)電效果見表4。從表4可以看出，2臺鍋爐6臺風(fēng)機實施風(fēng)機本體節(jié)能改造后可節(jié)電577.3 kW，平均節(jié)電率為40. 61%。其中3‘號爐送風(fēng)機的電耗從392.4 kW降低到195.7 kW，節(jié)電率高達50.13%；2臺鍋爐引風(fēng)機和4號爐送風(fēng)機的節(jié)電率也在40%左右。需要說明的是，2臺鍋爐的二次風(fēng)風(fēng)機因為是先實施變頻改造后再進行本體改造，并且在運行中為了提高燃料的燃燒效率，二次風(fēng)的風(fēng)量有所增加，因此節(jié)能效果相對欠佳。
3、75t／h CFB鍋爐引風(fēng)機變頻節(jié)能改造
3.1變頻改造方案及實施
  4號爐引風(fēng)機更換高效節(jié)能型風(fēng)機后，運行效率明顯提高，在鍋爐100%和110%額定負(fù)荷下實際電耗分別為156 kW和180 kW左右，但仍采用風(fēng)門擋板調(diào)節(jié)存在節(jié)流損失，特別是高壓500 kW電機在低負(fù)荷運行狀態(tài)下效率偏低，還有一定的節(jié)能潛力。項目小組經(jīng)過綜合調(diào)研分析比較，決定進一步采用“低壓電動機十低壓變頻器調(diào)節(jié)”方案替代原“高壓電機十風(fēng)門擋板調(diào)節(jié)”，即將500 kW高壓電機更換為200 kW低壓電機，并把單靠風(fēng)門擋板調(diào)節(jié)改為風(fēng)門開到最大，通過變頻調(diào)速提高了引風(fēng)機調(diào)節(jié)性能與低負(fù)荷下風(fēng)機的效率。2004年5月，公司投資36萬元購買了2臺FRN160P11- 4C變頻器和Y355M3 -6型200 kW低壓電動機及開關(guān)柜，分別于2004年5月、2004年8月安裝調(diào)試完畢，交付運行使用。
    經(jīng)過不斷摸索，最終通過“商用電切換”技術(shù)實現(xiàn)了變頻、工頻電源的無擾切換，確保了鍋爐安全穩(wěn)定運行。
3.2變頻改造效果及推廣應(yīng)用
    通過變頻調(diào)速技術(shù)改造后，風(fēng)機擋板的節(jié)流損失大大降低，同時提高了電動機的負(fù)荷率和運行效率，節(jié)能效益非常明顯，4號爐引風(fēng)機的平均噸汽耗電量從改造前的2. 09 kW降低到1.45 kW，節(jié)電率達到30. 48%；更為可貴的是變頻改造后燃燒系統(tǒng)的流量可以線性調(diào)節(jié)，反應(yīng)時間加快、動態(tài)性能提高，控制精度大幅度提高。采用變頻技術(shù)還方便了運行操作，減少了維護工作量和檢修費用，降低電機啟動對電網(wǎng)的沖擊，延長了設(shè)備的使用壽命，改善了工作環(huán)境。公司還根據(jù)生產(chǎn)情況對2臺75 t/h CFB鍋爐二次風(fēng)機、羅茨風(fēng)機進行了變頻技術(shù)改造。
    比較分析改造前后的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，變頻調(diào)速改造項目節(jié)能效果顯著（詳見表5）。2臺75 t／h CFB鍋爐6臺風(fēng)機變頻節(jié)能改造后，平均節(jié)電160.5 kW，平均節(jié)電率為27. 79%。其中3號爐二次風(fēng)機平均節(jié)電45.8 kW，節(jié)電率高達46.17%;2臺鍋爐羅茨風(fēng)機的節(jié)電率也在34%以上。
4、效益分析
    通過風(fēng)機的本體節(jié)能改造和變頻技術(shù)的應(yīng)用，2臺75 t／h CFB鍋爐風(fēng)機取得了顯著的節(jié)能效果。2004-2007年度3號4號爐運行情況見表6，按實際運行小時計算的2臺75 t／h CFB鍋爐風(fēng)機節(jié)能改造效果統(tǒng)計見表7。
    從表7可以看出，通過對2臺75 th CFB鍋爐8臺風(fēng)機實施本體節(jié)能改造和變頻技術(shù)改造，平均每年節(jié)約生產(chǎn)自用電量540.7萬kWh，增加公司經(jīng)濟收入220.4萬元（稅后），多上繳國家稅收37.5萬元，并且降低檢修維護費用3萬元，經(jīng)濟效益十分明顯。
    同時，這些風(fēng)機節(jié)能改造項目每年可以折算節(jié)約標(biāo)煤1892.1t，減少二氧化硫排放55. 52 t，減少二氧化碳排放4997.1 t，減少氮氧化合物排放19. 41 t，具有顯著的社會效益和環(huán)保效益。
5、結(jié)束語
    (1)由于設(shè)計選型的保守導(dǎo)致所選風(fēng)機的風(fēng)量和風(fēng)壓富余度過大，加上采用落后的風(fēng)門擋板節(jié)流調(diào)節(jié)，原設(shè)計選用的風(fēng)機在實際運行中工況點與設(shè)計的最佳工況點相差甚遠(yuǎn)，風(fēng)機運行效率偏低。
    (2)根據(jù)公司2臺75 t／h CFB鍋爐風(fēng)機的實際運行情況，通過熱態(tài)試驗得到的不同鍋爐負(fù)荷下的風(fēng)機運行參數(shù)及其煙道阻力參數(shù)，量身定做與鍋爐運行狀況相匹配的高效節(jié)能型風(fēng)機，將風(fēng)機的風(fēng)量和風(fēng)壓富裕度降低到最合理范圍內(nèi)，可以確保風(fēng)機始終在高效率工況下工作。由于采用新設(shè)計葉輪及導(dǎo)向器，在滿足風(fēng)壓、風(fēng)量要求的情況，大幅降低煙道的運行阻力，風(fēng)機運行效率大幅度提高，節(jié)能效果顯著。這在福建省為第一家、國內(nèi)率先對CFB鍋爐風(fēng)機尤其是CFB鍋爐送風(fēng)機進行量身定做的節(jié)能改造。
    (3)采用“低壓電動機十低壓變頻器”方案替代原設(shè)計的“高壓電機十風(fēng)門擋板調(diào)節(jié)”進行風(fēng)量調(diào)節(jié)，提高了引風(fēng)機調(diào)節(jié)性能和低負(fù)荷下的效風(fēng)機率，迸一步降低了風(fēng)機的能耗。
    (4)節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成本已成為熱電企業(yè)在市場經(jīng)濟中立足的基礎(chǔ)。采用風(fēng)機改型和變頻技術(shù)對火電廠主要輔機之一的風(fēng)機進行節(jié)能技術(shù)改造，提高單機效率和系統(tǒng)運行效率，大幅度節(jié)約廠用電，是當(dāng)前電廠節(jié)能的重要措施。