锅炉四大风机状态诊断分析
Boiler four gales machine state diagnose analysis
徐宝福 尹君
Xvbaofu Yinjun

    摘要：在当前电力行业飞速发展，新的机组不断投产，越来越多的电厂选用大容量高参数的锅炉，随着锅炉配套的辅助机械参数增加，技术要求也相应进步了，加上国家对环境保护新政策的出台和完善，不但新上机组环保设备必须同步投产，对电厂的老机组也必须上脱硫、脱硝等环保设备，也就使得锅炉由原来的“两大”风机变为目前的“四大”风机。由于各种风机的结构、原理以及性能不同，因此，效率上也存在一定的差别，本文针对邹县电厂应用的各种类型的风机，经过笔者多年对风机的接触，从运行、维护以及制造、安装等方面的经验加以分析探讨，为今后风机选型，设备治理提供一定的鉴戒经验。
Abstract: Industry has developed at full speed in current electric power , the new aircraft crew has put into production in commission unceasingly , more and more many electric power plant has selected and used the parametric boiler of high-capacity height , the technology has demanded also corresponding rise , has added country appearing personally to new policy of environmental protection and has improved and perfected with the fact that the boiler supporting auxiliary machinery parameter increases by,not only new upper aircraft crew environmental protection equipment must be put into operation synchroly, the old aircraft crew to electric power plant also must mount environmental protection equipment such as desulfurate , taking off a saltpetre, The also feasible boiler is become from "two heavy " original wind machine at present "4-big speaking out freely , airing views fully , holding great debates and writing big-character posters " wind machine. Since various wind machine structure , principle and function are different, therefore, existence is also certain on efficiency difference , various type wind machine the main body of a book is applied specifically for Zou Xian electric power plant, get in touch with by that the author checks wind machine''s for many years , discuss from operation, upkeep as well as the aspect experience such as making , assembling gives analysis, wind machine chooses a type for the days to come, experience equipment is managed providing certain drawing lessons.
关键词：锅炉各种风机'>锅炉各种风机 效能分析'>效能分析 设备治理经验'>设备治理经验
Keywords: The various boiler wind machine efficacy analyses equipment managerial experience
1.概况
以往锅炉的风烟系统设备主要包括送风机、一次风机、热风器、预热器、静电除尘器、吸风机等。现在的大型锅炉环保设备的需要，配置了脱硫增压风机、脱硫岛（FGD）烟气换热器(GGH)等。使早期锅炉的“两大”(吸、送)风机逐步变为目前的“四大”（吸、送、一次、增压）风机。风机是锅炉设备中重要辅机之一，随着锅炉单机容量的增大，为保证机组安全可靠和经济公道的运行，对风机的结构、性能和运行调节也提出了更高、更新的要求。在当前电力行业飞速发展，大型机组不断投产的形势下，人们对“四大”风机的选型题目越来越关注。为此，对几种形式风机的性能以及使用情况加以比对，以便对各种风机有更进一步了解，为今后风机的选型和维护，提出了自己的看法。
2.引言
2.1华电国际邹县发电厂总装机容量为2540MW，一期、二期工程4×335MW机组分别于1985年～1989年建成投产，每台锅炉配置2台SAF28-16-1型动叶可调轴流式吸风机和2台FAF23.7-13.3-1型动叶可调轴流式送风机，送、吸风机均为上海鼓风机厂制造。
三期工程2×60OMW机组于1987年建相继成投产，每台锅炉分别配置2台美国TLT-Babcock公司生产的SAF37.5/19.0-1型动叶可调轴流式吸风机与上海鼓风机厂采用德国TLT技术生产的2台动叶可调轴流式FAF28.0/12.5-1型送风机；2台美国TLT-Babcock公司制造的1904 AZ/1155/5型双吸离心式进口静叶可调一次风机。后来改造安装的烟气脱硫增压风机选用了豪顿华公司制造的ANN-4494/2120B型动叶可调轴流式风机。
四期工程2×100OMW #7机组于2006年12月４日正式投产，＃8机组也于2007年7月5日投产。每台锅炉分别配置2台成都电力机械厂生产的AN42e6（V13+4°）型静叶可调轴流式吸风机，以及同步投产的2台ANT42e（V13+4°）型静叶可调轴流式脱硫增压风机。2台FAF19/12.5-2型动叶可调轴流式双级叶片一次风机，2台FAF28-14-1型动叶片角度可调节轴流式送风机为上海鼓风机厂制造。
2.2 离心式风机具有悠久的历史，目前不少电厂仍普遍采用它作为锅炉用风机。离心式风机结构简单，运行可靠、效率高，制造本钱较低，噪音较小，抗腐蚀性能较好。现代离心式风机普遍采用空心机翼型后弯叶片，效率可高达85～92％。但是随着锅炉单机容量的急剧增加，离心式风机的容量已经受到叶轮材料强度的限制。不可能使风机的容量随锅炉的容量大幅度地增加而按相应的比例增长。而且随着锅炉单机容量的增加，离心式风机的尺寸、重量都太大了，给制造、运输、安装、运行维护等方面都带来了困难，否则只能依靠风机的台数来适应锅炉容量的增长。在这种情况下，各电厂的大容量锅炉采用轴流式风机是目前发展的主要趋势。
2.3轴流式风机是以机翼上升力理论为基础，被输送提升增压的流体沿轴向活动，故称为轴流风机。轴流式风机具有流量大，风压低的特点，所以适合于作为锅炉的输粉风机与吸风机。在我国当前电力行业飞速发展，大型机组不断投产的形势下，人们对“四大”风机的选型题目越来越关注。为此，笔者将针对本厂使用的几种形式的风机性能，结合风机制造、安装、运行、维护等方面出现的题目加以比较。
由于以上两种形式的风机已经被电厂广泛使用，对其构造、特性等就不具体叙述。
3. 进口静叶片角度可调节轴流式风机
华电国际邹县发电厂四期工程1000MW机组采用的进口静叶片角度可调节轴流式风机（以下简称静调风机）空气动力性能设计，是原联邦德国KKK公司经过五十多年的试验逐步发展起来的。从上世纪80年代末期我国引进该项技术制造了静调风机，原电力部根据我国电力产业的迫切需要向国家申报、经国家经委批准的技术引进项目，并被列为国家计委重大新产品项目。1990年制造的首批静调风机，同年通过了德国专家的质量认证，在制造质量上完全符合该公司制造质量标准。静调风机各通流部件的互相匹配、几何型线、叶轮叶片数、进口和出口导叶的叶片数、进口导叶调节转动轴线的位置、后导叶及叶轮叶片安装角度等，都是经过大量试验研究而优化。
3.1风机特点与结构简介
3.1.1静调风机是一种子午加速风机，其高性能、高效率、能避开失速区。风机结构简单，图1是风机结构简图，按照气流方向，包括进气箱、进口集流器、进口导向调节器、机壳及后导叶、转子（带转动轴承）、扩压器等主要部件。 附图1 吸风机结构图
1?联轴器；2?进口集流器；3?进口静叶；4?叶轮；5?出口扩流器；6?轴冷风机；
7?吸风机轴系；8?吸风机壳体
3.1.2、轮毂呈锅底状，应力均匀分散，当应力在轮毂表面加速时，气流均匀接触轮毂表面，均匀加速，转子运行平稳。锅底轮毂静调风机比锥形轮毂静调风机的最高效率要高出3％左右。轮毂上只有一组主叶片，重量轻，焊接量少，热影响区少，轮毂可多次重复使用，使用寿命长。同时既有倾斜角又有扭转角，压力系数高，降低叶轮线速度，进步其耐磨性。另外，其独特的叶型设计保护了叶片根部，磨损区域控制在叶尖，不会对风机安全运行构成威胁。 3.1.3、叶轮装在短轴上，叶轮重心通过三套轴承的中心，稳定性好，振动非常小，振动值≤0.04mm。轴承集中在短轴上，只承受短轴和与转子的重量，不承受风机大轴承的重量。轴承使用寿命比老式结构的轴承寿命进步了很多。叶轮重量很轻，叶轮的转动惯量也很小，相应地降低了电机的拖动负荷。比在相同参数下选用的其他形式风机的转动惯量均要小得多，且检验时叶轮无需与轴承座整体吊装。
3.1.4、静调风机机采用的油脂润滑方式润滑，不需要油站，加油方式是每隔一个月，用专用油枪加油一次，每次只需加油100克。该风机不用油站又采用的空气冷却，整台风机无油无水，便于维护，非常利于文明达标。
3.2工作原理
静调风机是一种子午加速风机，风机工作时，烟气由除尘器出来后进进风机进气室，经过前导叶的导向，在集流器中收敛加速，再通过叶轮的作功产生静压能和动压能；后导叶又将烟气的螺旋运动转化为轴向运动而进进扩压器，并在扩压器内将烟气的大部分动能转化成静压能，从而完成风机的工作过程，最后烟气排进大气。
3.3风机调节
3.3.1静调风机风量调节是由前导叶完成的。前导叶为机翼型，能在-75°～+30°范围内实现无级风量调节（该项技术为TLT-KKK公司专利），因而其调节范围宽，调节效率高；尤其是风机性能曲线的等效线呈椭圆分布且其长轴几乎与锅炉管网阻力曲线平行，因此，风机特别适合于作带调峰负荷的锅炉机组的风机。风机采用安装在叶轮上游进口导叶改变运行工况，轴向方向的气流用可以旋转的进进导叶，按照叶轮的旋转方向或其相反方向进行导向，调整每种定向旋流可以得到不同的风机容量。
3.3.2进口导叶在运行过程中可通过执行机构设定一个合适的角度来调节流体。进口导叶的行程范围可用调节限位装置分别调至-75°（封闭）和+30°（全开）予以限定。采用带远控的执行机构来调节进口导叶，该机构的行程以不撞击导叶止块而限定的。采用带有百分刻度的电动指示仪表给出导叶位置的相应信号，应将指示仪表进行校准，使“打开100％”的点与所规定的最大负荷点相重合（100％开度应≤导叶的+30°开度）。
3.4风机运行中出现及应留意的题目
3.4.1根据笔者对该风机投产一年来的跟踪观察，发现该类型风机的前导叶空心叶片由于制造工艺不精细题目，点焊处多处开焊，叶柄与中心筒相交处叶轴支撑结构过于简单粗糙而且磨损严重。加上导叶调节轮圈及连杆传动机构安装不到位，导致各静叶角度不一致与窜动，几次发生过叶片卡涩及叶柄外部的支承座断裂的故障。
3.4.2根据笔者对该类型风多年来的跟踪观察，发现由于施工安装职员受老式离心风机安装经验的影响, 新的理念没有建立,对静调风机性能还不熟悉,导致华电安徽池洲电厂、宁夏灵武电厂、山东邹县电厂的吸风机安装后，进口调节叶片的就地行程固然限定在0～100%,而实际上风机内部进口调节叶片的行程只是在-75°～0°范围内，因此以上机组投产后均存在风机出力受限的题目，经过修整叶片电动头开关行程后恢复正常。
3.4.3 ＃7炉由于吸风机出口烟道长期正压（应该负压）运行，造成风机围带、膨胀节等设备不同程度的损坏而烟气泄漏严重，为了防爆还专门在吸风机出口烟道上加装防爆门。主要原因是增压风机进口静叶角度没有按照标准安装调试，结果只能在（-75°～0°）范围内调节，当锅炉高负荷时，由于增压风机静叶不能全开，也就出现洽商现象。一般情况下不加装脱硫装置，正常运行中吸风机出口烟道负压受烟囱影响，能比较稳定的维持在-6.27 Pa～-7.08 Pa之间运行。加装脱硫装置后该段系统阻力由增压风机来克服，正常运行中吸风机出口烟道负压，一般应同原来相接近。由于增压风机进口静叶差30°不能全开，所以吸风机出口烟道负压时常1000 Pa之间变化，严重时达到1600 Pa甚至2000 Pa。而静叶开度100％，电流也只能达到245A。当＃7炉大修后，在调试过程中发现两台增压风机静叶的题目，经过修整静叶角度增压风机投进运行后，发现两台增压风机静叶开度只开到88％时，电流就已达到292A，吸风机出口烟道负压也能比较正常的稳定在-1.5 Pa～-4.2 Pa之间。
3.4.4几个电厂吸风机均发生过此类故障，运行中风机振动大，超过规程规定值，根据该风机叶轮与机轴的装配工艺不同于其它类型的风机，采用那种过盈配合工艺而是属于过渡配合，轻易出现故障，根据振动参数诊断为叶轮紧固螺栓松动引起振动。结果停下风机吊开上盖及叶轮侧半联轴器检查，发现叶轮端部的压盘螺栓多条松动甚至有的螺栓断裂。发现主要是安装过程中没有按规定力矩紧固压盖螺栓导致，当然螺栓的质量也可能存在题目。
3.4.5从现场设备的运行现状来看，装有两级叶片的轴流式一次风机进口风道上固然装设有消音器，因一次风机风压高，叶片多达32只，使现场噪音达105dB以上，因此必须在机壳表面敷设隔音层或者加装隔音罩。
3.4.6由于一次风机风压高、噪音大，多次出现一次风机出口风道振裂，内部支撑及导流板等部件开焊等题目。
4.轴流式风机与离心式风机性能比较
4.1轴流式风机如采用动叶片角度可调节，则效率较高。并可使风机在高效率区域内工作，因此，运行用度较离心式风机明显降低。轴流式风机效率最高可达90％，机翼型叶片的离心式风机效率可达92.8％，两者在设计负荷时的效率相差不大。但是当机组带低负荷时，动叶片角度可调节轴流式风机（以下简称动调风机）的效率要比具有进口导向装置调节的离心式风机高很多（见表1）。当机组负荷在55％左右时，轴流式风机的效率将比离心式高2倍以上。
附表1 轴流式送风机与离心式送风机运行效率与轴功率对比表

    通过表1可以看出，当机组负荷为100％时，轴流风机和离心风机的效率分别为80％与84％，当机组负荷降到54～50％时，轴流风机效率将比离心风机高2.53～2.81倍。
4.2轴流式风机对风道系数风量变化的适应性优于离心式风机。尤其是运行中锅炉烟道积灰等阻力变化，以及煤种变化引起风机风量和压头的变化。为了考虑克服以上因素,换气负压风机，在选择离心式风机的裕量要大一些，因此效率会明显的下降。而轴流式风机可以采用动叶片角度调节来适应风量、风压的变化，而对风机的效率影响却很小。
4.3轴流风机基础重量及飞轮效应等方面都比离心式风机优越，轴流风机比离心式风机的重量轻，所以支撑风机和电动机的结构亦较轻。而且还可节约基础重量。轴流式风机结构紧凑，外形尺寸小，占据空间亦少。如相同性能风机作对比，则轴流风机所占空间尺寸比离心式风机小30％。
轴流风机有低的飞轮效应值(kg.m2)，这是由于轴流风机答应采用较高的转速和较高的流量系数。所以在相同的风量、风压参数下轴流风机的转子重量较轻，即飞轮效应较小，使得轴流风机的启动力矩大大地小于离心风机的启动力矩。一般轴流式风机的启动力矩只有离心式风机启动力矩的14．2％～27．8％，因而可明显地减少电动机功率裕量对电动机启动特性的要求，降低电动机的投资。而离心风机由于受到材料强度的限制，叶轮的圆周速度也受到限制。而转速低，使离心风机的转子大而重，飞轮效应值明显增大，会使风机的启动带来困难，电动机功率要比正常运行条件下所需的功率大得多，这样在正常运转时，电动机又经常在欠载运转，增加电动机的造价，降低电机的效率。4.4轴流风机的转子结构要比离心风机转子复杂，旋转部件多，制造精度要求高，叶片材料的质量要求也高。再加上轴流风机本身特性，运行中可能要出现喘振现象。所以轴流风机运行可靠性比离心风机稍差一些。但是动叶可调的轴流风机由于从国外引进技术，从设计、结构、材料和制造工艺上加以改进进步，使目前轴流风机的运行可靠性可与离心风机相媲美。
4.5轴流风机如与离心风机的性能相同的话，则轴流风机的噪声强度比离心风机高，由于轴流风机的叶片数往往比离心风机多2倍以上，转速也比离心风机高，因此轴流风机的噪声频率位于较高倍的频程频带。国外资料报导，不装设消声器的轴流送风机的噪声水平可达110～130dB，离心送风机噪声水平约在90～110dB。然而，对于性能相同的两种风机，把噪声消减到答应的噪声标准(85dB)，在消声器上所花费的投资相差不大。
就轴流式风机而言，又可分为动叶片角度可调节和进口静叶片可调节两种形式的风机。
5静叶可调轴流式风机与动叶可调轴流式风机的经济性比较
5.1年维护用度的比较
5.1.1动调风机结构复杂，传动部件较多，特别是对动叶调节所用油系统技术要求高，结构复杂，维护工作量大。吸风机参数比送风机高得多，所以调节力矩也大的多，因此要求液压机构尺寸更大，吸风机转子轮毂结构也复杂。另外，吸风机转子工作环境恶劣不但温度高工质含尘量大（固然有密封冷却风机），仍轻易导致密封件老化以及控制头漏油、卡涩等题目。随着电除尘器效率的进步以及在吸风机叶片表面采用新型防磨技术，使得吸风机叶片耐磨寿命较以前大大的进步，在烟气含尘量100 mg/m3的条件下叶片寿命可达25000小时[1]。
5.1.2在相同的风机选型条件下，静调风机可获得比离心风机和动调风机低一挡的转速。理论与实践均表明风机叶轮的耐磨寿命与风机转子速度的平方成反比，因此，在相同出力条件下，转速较低的风机具有更好的耐磨性。这就是静调风机更适用于锅炉用吸风机的一个重要因素。静调风机耐磨寿命的进步主要采取两个手段，其一是应用空动理论优化设计叶轮流道，使含尘烟气避免冲洗叶片根部而均匀流过叶片尖部和后导叶，实践中，在不加任何防磨措施时在250～400mg/ m3含尘烟气中其耐磨寿命就能超过25000h，甚至在很多电厂已达到50000h以上，这种靠先进气动理论来进步耐磨寿命的方法是最根本最彻底的方法；另一个进步耐磨寿命的方法是在叶轮叶片和后导叶上再喷熔镍基炭化钨耐磨材料，硬度达到HRC55-60,因而又大幅度进步了其耐磨性。
5.1.3静调风机的转子结构简单，转子不用拆下返厂大修，叶轮叶片经过1～2个大修期后还可在原轮毂上实现3～4次更换叶片的处理，进一步延长了叶轮的有效寿命。其更换叶片的用度约为8～10万元/叶轮，相比之下，动调风机更换叶片的用度约为40万元/叶轮（叶片数16，每片叶片2.5万元），因而静调风机叶轮的维护用度低[1]。
5.1.4静调风机前导叶由电动执行器实现调节，其在40～50秒内可完成由最小到最大开度的全过程调节。由于烟气在前导叶流段流速低，对前导叶叶片的磨损很小，因此，几乎不用维护前导叶，只需在大修期内更换前导叶叶柄处的油脂即可，因而（从设计角度上看）几乎不发生维护用度。
5.2两种风机运行效能对比
5.2.1为了更公道、更可观地进行静调、动调两种风机的性能比较分析，所以尽量采用等同制造技术水平条件下进行比对分析。不但取决于在整个调节范围内都有较高的运行工作效率。静调、动调吸风机运行效率与轴功率方面的比见附表2。
附表2 静调、动调吸风机运行效率与轴功率对比表

    通过表2可以看出，动调、静调轴流风机在高负荷时效率相差不大，在低负荷区差别较大。因此考虑电价时，选用峰谷电价或本钱电价较为公道。另外，在低负荷时采用单侧风机运行，静调风机的上风就更加明显[1]。
5.2.2风机的好坏并不唯一决定于选型设计点或风机最高效率点的高低，而是取决于在整个调节范围内都有较高的运行工作效率，并且还要考虑初投资、可靠性、耐磨性、维护用度等诸多因素。电价分别按0.10、0.15、0.20、0.25、0.30、0.32、0.35、0.40、0.45元/（kw?h）考虑，以静调风机为基准计算动调风机的年节电量，年节电效益见表3（每台炉）。
附表3 两台动调风机年节电量、年节电费（以静调风机为基准）

    通过表3分析对比得知，结合当地电价通过运行效率、节电量几个因素对比看出，采用动调风机比静调风机效率要好些，尤其是当前电厂普遍采用调峰发电方式更显动调风机的节能性[1]。
5.3其他方面比较
5.3.1静调风机的进口静叶调节角度为－75°～＋30°，调节角度变化范围高达105°，远远大于－30°～＋20°的动调风机叶片（调节角度变化范围50°）的调节角度。当然也大于采用进口导向装置调节的离心式风机。
5.3.2总之，从运行经济角度分析，固然动调风机的运行效率高于静调风机，但考虑维护用度后的的运行用度，动调风机上风已不明显，再将初投资和资金的时间考虑进往，则静调风机有较大的上风[1]。从安全可靠性、占地面积、安装维护、总用度和年总用度值方面分析，也以采用静调风机为优。
6、结束语
6.1目前国内大型机组锅炉所配置的吸风机中，离心式风机、动调风机与静调风机均占有相当重要的地位，由于离心式风机体积大、价格高、变工况运行条件下效率的缺陷明显。随着时代的发展和风机技术的进步 [1] ，在大型新建电厂或老电厂扩建工程中，离心式风机占比例正在逐步缩小。于是，吸风机选用动调风机或静调风机成为争论的焦点。
6.2以往关于动调风机或静调风机比较的文献，通常就调节效率、设备用度、维护用度、可靠性分析等内容开展分析讨论，但未考虑不同机组运行模式和不同的本钱电价所带来的影响以及资金的时间价值；过往普遍以为静调风机效率低，但采用德国KKK公司技术的静调风机效率已经（尤其是运行效率）大大进步[1]。 6.3固然静调风机与动调风机可靠性指标均为99％，但是由于两种风机各自的结构特点，在高温含尘烟气工作条件下，动调风机除了叶片、后导叶磨损题目外，还存在叶片漂移、断裂，控制头卡涩等题目，在相同机号下动调风机转速比静调风机高一个档次，尤其是油系统复杂也轻易出现题目。而静调风机只存在叶片、后导叶磨损题目，静调风机结构简单，维护方便、检验技术要求低。而动调风机结构复杂，运行维护工作量大，对检验技术要求高，特别是当前电厂维护职员少，尤其不方便。
6.4不论是从降低初投资用度角度还是从运行维护等方面考虑，特别是我国目前电网的现状是电厂必须参与调峰，所以笔者以为在“四大”风机的选型上，送风机和一次风机选择动叶片角度可调节轴流式风机为最好，吸风机和脱硫增压风机选择进口静叶片角度可调节轴流式风机为宜。

    参 考 文 献
1. 张磊.《锅炉设备与运行》一书，2007年6月中国电力出版社〈超超临界火电机组丛书〉出版。

    作者简介：
徐宝福：山东济宁，男，1966年7月出生，1988年山东产业大学电力系毕业，同年分配到山东邹县发电厂电气分场。高级工程师职称，现担任邹县发电厂总工程师职务。主要从事发电厂技术治理工作。
尹君：山东德州，男，1980年11月出生，2002年山东大学电力学院毕业，工程师职称，同年分配到山东邹县发电厂运行分场。现担任邹县发电厂运行分场1000MW机组主值班员职务。主要从事发电机组的集控运行工作。