循環(huán)流化床鍋爐風(fēng)機(jī)選型探討

曾國川

摘 要：循環(huán)流化床鍋爐具有燃料適應(yīng)性廣、不投油穩(wěn)燃負(fù)荷范圍大、可以實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)直接脫硫、NOx排放低、易于實(shí)現(xiàn)灰渣綜合利用等優(yōu)點(diǎn)近年來得到了廣泛的研究與應(yīng)用。目前國內(nèi)首臺600MW循環(huán)流化床鍋爐已投入運(yùn)行，還有一些600MW機(jī)組正在處于設(shè)計(jì)階段。一次風(fēng)機(jī)作為循環(huán)流化床鍋爐的主要輔機(jī)，其提供的一次風(fēng)，主要用作爐膛流化風(fēng)。為了克服風(fēng)板的阻力，一次風(fēng)壓頭較高，流量也大。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床;鍋爐;風(fēng)機(jī)選型

某電廠600MW循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組正處于設(shè)計(jì)階段。由于本工程鍋爐采用外換熱器，部分負(fù)荷下的爐床壓力大于BMCR工況下的爐床壓力，這也是600MW循環(huán)流化床鍋爐與小功率循環(huán)流化床鍋爐的區(qū)別，同時也導(dǎo)致了一次風(fēng)機(jī)選型的特殊性。

1一次風(fēng)機(jī)選型

1.1選擇參數(shù)

而75%THA和50%THA工況下的一次風(fēng)系統(tǒng)阻力比BMCR工況下的大。這是因?yàn)楸竟こ?00MW循環(huán)流化床鍋爐采用外換熱器，這是與普通煤粉鍋爐和小功率循環(huán)流化床鍋爐最大的區(qū)別。

1.2風(fēng)機(jī)選型

本次選擇的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1480r/min，根據(jù)選擇參數(shù)，TB點(diǎn)的比轉(zhuǎn)速為50.2。離心風(fēng)機(jī)的比轉(zhuǎn)速一般為ns=15～80，軸流風(fēng)機(jī)的比轉(zhuǎn)速一般為ns=100～500，因此CFB鍋爐一次風(fēng)機(jī)宜采用離心式。離心風(fēng)機(jī)有兩種：單吸和雙吸。大型離心風(fēng)機(jī)一般選用雙吸雙支撐式。對于雙吸離心風(fēng)機(jī)，比轉(zhuǎn)速除以。

風(fēng)機(jī)形式為離心風(fēng)機(jī)，可根據(jù)選擇參數(shù)選擇風(fēng)機(jī)型號。選用原則是選用效率高、運(yùn)行穩(wěn)定的風(fēng)機(jī)。一般情況下，高效風(fēng)機(jī)有兩種或三種類型，其比轉(zhuǎn)速與選擇參數(shù)計(jì)算的比轉(zhuǎn)速接近，因此有必要選擇合適的風(fēng)機(jī)類型。離心風(fēng)機(jī)的壓力流量曲線呈凸形，存在不穩(wěn)定工作區(qū)。在壓力特性峰值處，不穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)在左側(cè)，穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)在右側(cè)。當(dāng)風(fēng)機(jī)在不穩(wěn)定區(qū)域運(yùn)行時，風(fēng)機(jī)可能發(fā)生喘振，因此在選擇電廠風(fēng)機(jī)時，必須注意避免風(fēng)機(jī)在不穩(wěn)定區(qū)域運(yùn)行。

2風(fēng)機(jī)驅(qū)動調(diào)節(jié)方式的探討

2.1風(fēng)機(jī)驅(qū)動方式探討

目前，風(fēng)機(jī)的主要驅(qū)動方式是電機(jī)和小汽輪機(jī)。大多數(shù)風(fēng)扇是由電動機(jī)驅(qū)動的。部分600MW和1000MW大功率引風(fēng)機(jī)采用小汽輪機(jī)驅(qū)動。從動引風(fēng)機(jī)為帶可調(diào)靜葉的軸流風(fēng)機(jī)。目前沒有小型汽輪機(jī)驅(qū)動的離心風(fēng)機(jī)，建議一次風(fēng)機(jī)采用電動機(jī)驅(qū)動。

2.2風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)方式的探討

2.2.1風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)方式的經(jīng)濟(jì)性探討

一次風(fēng)機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中達(dá)不到TB和BMCR工況，主要依靠BRL、75%THA和50%THA來判斷風(fēng)機(jī)是否有效。結(jié)果表明，BRL工況下一次風(fēng)機(jī)總壓效率提高10%，75%tha工況提高3%，50%tha工況提高3.9%。變頻調(diào)節(jié)一次風(fēng)機(jī)的總壓效率高于工頻調(diào)節(jié)，但中、低負(fù)荷時總壓效率的提高有限。另外，變頻器本身存在功率損耗，高壓變頻器的效率約為95%?？紤]到變頻器的功率損耗，一次風(fēng)機(jī)變頻器在75%THA和50%THA工況下的變速調(diào)節(jié)功耗大于調(diào)節(jié)閥。機(jī)組為調(diào)峰機(jī)組，大部分時間在中、低負(fù)荷運(yùn)行。采用變頻調(diào)速時，機(jī)組不能節(jié)能。另外，由于功率大，逆變器的采購成本也很高。因此，建議600MW循環(huán)流化床一次風(fēng)機(jī)采用調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)。

2.2.2風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)方式安全性探討

煤粉鍋爐和小功率循環(huán)流化床鍋爐離心式一次風(fēng)機(jī)低負(fù)荷運(yùn)行參數(shù)小，許多電廠低負(fù)荷一次風(fēng)機(jī)開度小于30%。此時攻角大幅度增大，造成葉輪葉片通道邊界層嚴(yán)重分離，葉片非工作面產(chǎn)生漩渦，造成葉輪出口氣流周期性強(qiáng)脈動，引起風(fēng)機(jī)殼和出口風(fēng)道強(qiáng)烈振動。煤粉鍋爐和小功率循環(huán)流化床鍋爐的離心式一次風(fēng)機(jī)在選用變頻調(diào)速后，葉片始終處于全開位置，以避免風(fēng)機(jī)振動，提高一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行的安全性。600mw循環(huán)流化床一次風(fēng)機(jī)在低負(fù)荷時的壓頭高于TB工況。結(jié)果表明，在75%THA和50%THA工況下，一次風(fēng)機(jī)開度均達(dá)到90%。即使設(shè)計(jì)裕度過大，實(shí)際運(yùn)行中最小開度也會大于30%。因此，本工程一次風(fēng)機(jī)采用調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)，不會出現(xiàn)低負(fù)荷振動現(xiàn)象。

3一次風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

3.1葉輪

目前高強(qiáng)度合金鋼主要有進(jìn)口的wledox700、wledox900等，通過近幾年的試驗(yàn)研究和工程實(shí)踐，國內(nèi)主要風(fēng)機(jī)廠家對高強(qiáng)度鋼板的焊接和熱處理工藝已經(jīng)非常完善，因此，采用高強(qiáng)度鋼板制造是可行的。雙吸離心風(fēng)機(jī)葉輪中板的應(yīng)力遠(yuǎn)高于葉片和前板的應(yīng)力。如果整個葉輪的選材以中板為基礎(chǔ)，材料成本會更高。為了降低成本，葉片和前板可選用強(qiáng)度較低的鋼材。由于葉片和中板的屈服強(qiáng)度不同，對焊接和熱處理提出了更高的要求。經(jīng)過多年的研究和實(shí)踐，成都電力機(jī)械廠掌握了不同強(qiáng)度鋼材的焊接和熱處理工藝。

3.2主軸

由于一次風(fēng)機(jī)葉輪質(zhì)量大、轉(zhuǎn)速高，傳統(tǒng)實(shí)心軸的直徑和質(zhì)量都比較大，給主軸的鍛造和風(fēng)機(jī)軸承的承載帶來了很大的問題。在臨界轉(zhuǎn)速相同的情況下，空心管主軸能有效降低主軸的質(zhì)量，在保證鍛造質(zhì)量方面具有一定的優(yōu)勢。空心管主軸的主軸頭與空心管主要通過焊接和干涉連接。焊接空心軸制造復(fù)雜，生產(chǎn)工藝多，成本高，干涉空心軸制造成本低，加工方便。但是，過盈空心軸的允許轉(zhuǎn)矩較低，不適用于大轉(zhuǎn)矩風(fēng)機(jī)。本工程一次風(fēng)機(jī)軸功率大、扭矩大，不宜采用過盈空心管主軸，必須選用焊接空心管主軸。

3.3螺栓直接連接

葉輪中板與空心軸肩采用螺栓連接，無需輪轂，大大降低了生產(chǎn)成本。而且，裝配過程非常簡單，現(xiàn)場更換或維修葉輪也非常簡單。由于葉輪工作產(chǎn)生的扭矩完全作用在空心軸的軸肩上，因此對空心軸的鍛造工藝提出了更高的要求，以避免因局部應(yīng)力過大而產(chǎn)生裂紋。輪轂的曲面形狀可以使氣流沿曲面進(jìn)入葉輪。取消輪轂后，氣流從集熱器進(jìn)入葉輪的過程中沒有曲面過渡，中間板根部會產(chǎn)生局部渦流。經(jīng)多次風(fēng)機(jī)試驗(yàn)，風(fēng)機(jī)效率降低0.5%～1%。這種方法雖然會使風(fēng)機(jī)效率略有下降，但對于600MW循環(huán)流化床一次風(fēng)機(jī)等大型離心風(fēng)機(jī)來說，更重要的是降低生產(chǎn)成本，便于現(xiàn)場維護(hù)。因此，許多大型離心風(fēng)機(jī)采用這種方案。

3.4軸承座

600MW循環(huán)流化床鍋爐一次風(fēng)機(jī)為雙吸雙支撐式，即葉輪兩側(cè)各有一個軸承座，一個為驅(qū)動端軸承座，另一個為非驅(qū)動端軸承座。軸承座同時受轉(zhuǎn)子靜載荷和動載荷的影響。在選擇軸承時，通常認(rèn)為軸承壽命在100000小時以上。軸承的形式有滾動軸承和滑動軸承，相應(yīng)的軸承座也不同。滾動軸承軸承座采用強(qiáng)制循環(huán)水冷卻、油浴潤滑、迷宮密封，結(jié)構(gòu)簡單，維修方便?；瑒虞S承座需設(shè)置潤滑油站進(jìn)行強(qiáng)制循環(huán)油潤滑，冷卻方式為油冷。有時為了提高冷卻效果，采用油冷卻和水冷卻。由于滑動軸承設(shè)有強(qiáng)制潤滑油站，且油站內(nèi)有多個熱監(jiān)測點(diǎn)，維護(hù)比較復(fù)雜。一般情況下，如果滾動軸承能滿足風(fēng)機(jī)負(fù)荷的要求，則首選滾動軸承。本工程一次風(fēng)機(jī)采用鋸齒中板和空心管主軸，有效降低了軸承負(fù)荷。經(jīng)計(jì)算可選用滾動軸承，軸承座采用強(qiáng)迫水冷。

結(jié)論

600MW循環(huán)流化床鍋爐一次風(fēng)機(jī)必須根據(jù)具體轉(zhuǎn)速選擇離心風(fēng)機(jī)。由于一次風(fēng)機(jī)的低負(fù)荷壓力高于TB點(diǎn)工作壓力，采用變頻調(diào)速后效率提高不明顯，且風(fēng)機(jī)開度振動不小，因此一次風(fēng)機(jī)采用進(jìn)口調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。風(fēng)機(jī)葉輪材料可采用高強(qiáng)度合金鋼和鋸齒;主軸采用空心軸，主軸和葉輪可通過輪轂或直接連接;軸承采用滾動軸承，冷卻方式為強(qiáng)制水冷;選擇膜片聯(lián)軸器;殼體需要加強(qiáng)，以滿足壓縮和減振的需要。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙勇綱，孫保民，楊定華.300MW循環(huán)流化床鍋爐二次風(fēng)機(jī)選型研究[J].熱力發(fā)電，2019，43（02）：70-74.

[2]鄭毅，付祥衛(wèi).循環(huán)流化床鍋爐風(fēng)機(jī)選型探討[J].東北電力大學(xué)學(xué)報(bào)，2019（06）：96-100.