CN110159578B - 长轴系轴流风机动叶调节与变频调节的组合调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种长轴系轴流风机动叶调节与变频调节的组合调节方法，包括如下步骤：待启动风机电流回落后，将变频器总操值调整至调节区间下限值，投入风机动叶开度总操自动，通过调整动叶开度值控制炉膛负压；低负荷阶段，使变频器总操值维持在调节区间下限值，动叶开度值渐增；涨负荷阶段，监视动叶开度值，待动叶开度值达到调节区间上限值时，切除动叶开度总操自动，投入变频器总操自动；高负荷阶段，监视变频器总操值，通过调整变频器总操值控制炉膛负压。本发明在满足机组负荷变化对引风机压力流量要求的前提下，成功地在动叶调节风机上引入变频调节手段，同时通过运行手段使风机的运行效率始终保持在最高点运行，节能效果明显。

Description

长轴系轴流风机动叶调节与变频调节的组合调节方法

技术领域

本发明涉及风机工作方式调节技术领域，具体涉及一种长轴系轴流风机动叶调节与变频调节的组合调节方法。

背景技术

引风机是火电厂重要的辅助设备之一，它将锅炉燃烧产生的高温烟气经除尘装置后排向烟道，用来调整锅炉炉膛负压的稳定。我国现行的火电设计规程SDJ-79规定，燃煤锅炉引风机的风量裕度介于5％～10％，风压裕度介于10％～15％。在火电厂实际设计过程中，各段的管网阻力考虑最大值，并且要考虑到长期运行过程中可能发生的阻力变化，所以通常引风机的风量和风压富裕度达20％～30％是比较常见的，这样一来，即使机组在相对较高时甚至满负荷下风机实际工作点也不在效率最高点。

根据《泵与风机》理论，在理想的状况下，流量与转速成正比、压力与转速的平方成正比、功率与转速的立方成正比，从节能的观点来看，采用变频技术控制风机转速来控制实时变化的风量在节约厂用电方面有潜可挖。特别是随着发电负荷的大范围内调整，引风机风量也因锅炉负荷变化而经常处于一种低效率状态，造成大量的能量浪费。

因此火力发电厂通常在静叶调节引风机上应用高压变频调速技术，其原因主要是风机的节能潜力大，调速范围宽，使用高压变频其技术性能和经济性能都较好。

发明内容

为了突破现有技术中静叶调节和高压变频调速组合调节的调节方式，将动叶调节和变频器调节组合在一起，提高风机效率，本发明提供了一种长轴系轴流风机动叶调节与变频调节的组合调节方法，开机后的涨负荷调节方法包括如下步骤：

步骤S1：机组启动初期，待启动风机电流回落后，将变频器总操值调整至调节区间下限值，投入风机动叶开度总操自动，通过调整动叶开度值控制炉膛负压；

步骤S2：低负荷阶段，使变频器总操值维持在调节区间下限值，动叶开度值渐增；

步骤S3：涨负荷阶段，监视动叶开度值，待动叶开度值达到调节区间上限值时，切除动叶开度总操自动，投入变频器总操自动；

步骤S4：高负荷阶段，监视变频器总操值，通过调整变频器总操值控制炉膛负压。

其中，关机时的降负荷调节方法包括如下步骤：

步骤S5：高负荷阶段，监视变频器总操值，待变频器总操值下降至调节区间下限值时，关闭变频器总操自动，投入动叶开度总操自动；

步骤S6：低负荷阶段，监视动叶开度值，通过调整动叶开度值调整炉膛负压。

其中，在通过变频器总操值控制炉膛负压的过程中，变频器总操的调节区间介于60％-100％。

其中，在通过动叶开度总操值控制炉膛负压的过程中，动叶开度总操的调节区间介于0％-90％。

其中，所述步骤S1中，变频器总操的调节区间下限值为60％。

其中，所述步骤S3中，动叶开度总操的调节区间上限值为90％。

其中，在动叶调节和变频调节组合调节的过程中，动叶开度总操自动以及变频器总操自动的投入分开进行。

本发明提供了的长轴系轴流风机动叶调节与变频调节的组合调节方法，在满足机组负荷变化对引风机压力流量要求的前提下，成功地在动叶调节风机上引入变频调节手段，同时通过运行手段避开风机临界转速保证风机安全运行，使风机的运行效率始终保持在最高点运行，在当前机组长时间保持较低负荷时，风机效率提升30％左右，节能效果明显。

附图说明

图1：双级动叶调节风机性能曲线图。

图2：风机变频曲线及各负荷运行点分布图。

图3：采用本发明的组合调节方法一个常见的调节流程。

图4：动叶调节引风机采用变频模式下轴承振动与机组负荷变化实时曲线。

具体实施方式

为了对本发明的技术方案及有益效果有更进一步的了解，下面结合附图详细说明本发明的技术方案及其产生的有益效果。

针对风机的调节方式，国内外通常只是在静叶可调轴流风机上加装变频器，还从未在双级动调轴流风机上加过变频器。本发明首次将变频器用于双级动叶调节引风机上，此技术需要考虑到轴流风机长轴系临界转速的频振问题，风机轴系及叶片需要适应变频调速状态下的交变荷载问题。如何将两种调节方式在同一风机上有机结合起来，在保证安全运行的前提下，使节能效果更好，为本发明需要突破的技术难题。在具体的可行性分析阶段，需要解决如下问题：

1、确保风机的运行安全，避免双级动叶调节轴流式风机的长轴系的共振。

2、合理结合风机运行时动叶调节与变频调节两种调节模式，达到节能的目的。

一、可行性分析

1、经济性定性分析

以市场上型号为ALT2450/1400R的双级动叶调引风机为例，得到如图1所示的性能曲线，从性能曲线图可以看出，BMCR工况(锅炉最大连续蒸发量)风机效率最高可以达到87％，在机组负荷240MW(80％负荷)时风机运行效率不足70％，150MW(50％负荷)时风机效率不足50％，在当前国内火电机组普遍负荷率偏低的形势下，双级动叶调节轴流式引风机有很大的节能潜力可挖。

同时，发明人在改造前对原静叶调节轴流风机在变频调节模式下的效率进行了测试，经测试风机在档板门全开的工况下，风机变频曲线及各负荷运行点在其上的分布情况如图2。

表1为通过试验作出的静叶可调引风机转速和效率对比结果。

表1：静叶可调引风机转速和效率对比结果

结合图1-2以及表1可以看出：变频工况下机组负荷在320MW、240MW、150MW时，静叶可调引风机效率均高于82％，而对应的320MW、240MW、150MW时动叶可调引风机效率分别为87％、70％、50％，这说明如果动叶调节引风机保持动叶全开且采用变频调速方式，在机组50％负荷(150MW)时引风机效率将有约30％的提升。

从以上分析可以看出，在动叶调节引风机上采用变频调速模式从经济性上是可行的，特别是在低负荷时节能量会更大，同时也可以保证在机组负荷较高时风机运行效率也有一定的提升。

2、安全性分析

静叶可调轴流风机与动叶可调轴流风机一样，风机的传动轴属于空心长轴系，轴系本身有共振频率(包括所有长轴系风机)，本发明以ALT2450/1400R型双级动叶调节轴流风机为例，其二阶临界转速为565r/min，转速低于600r/min以下接近了临界转速区，易产生共振，变频调速时需要避开上速转速范围，因此需制定专门的风机运行操作规程，以有效避开风机的临界转速，保证风机的运行安全。

二、运行方法

为有效提高风机变频工况下的效率，查风机性能曲线BMCR工况下风机效率最高处对应的叶片开度在70-75°之间，将引风机动叶开度总操调整区间控制在0％-90％，由于叶片角度80°时对应100％开度调节值，90％开度调节值对应叶片角度为72°，正是对应风机效率最高的动叶开度区间，因此将动叶总操调节值自动设置90％上限；引风机变频器调节区间控制在60％-100％，同时将变频器总操自动设置60％下限，以避免靠近临界转速引起共振，具体运行操作如下：

步骤S1：机组启动初期，待启动风机电流回落后，将变频器总操值调整至60％，投入引风机动叶开度总操自动，通过调整动叶开度值控制炉膛负压；

步骤S2：低负荷阶段，使变频器总操值维持在60％，动叶开度值渐增；

步骤S3：涨负荷阶段，监视动叶开度值，待动叶开度调整值达到90％时，动叶开度值达到其调节上限，此时，切除动叶开度总操自动，投入变频器总操自动；

步骤S4：高负荷阶段，监视变频器总操值，通过调整变频器总操值控制炉膛负压。反之，在降负荷阶段，监视变频器总操值，待变频器总操值下降至60％时，关闭变频器总操自动，投入动叶开度总操自动，通过调整动叶开度值调整炉膛负压。

图3为采用本发明的组合调节方法一个常见的调节流程，需要注意的是，在实际的调节过程中，变频器总操自动与动叶开度总操自动的调节不能同时投入，也即，在二者交替阶段，应先关闭其中的一个总操自动，再打开另外一个总操自动。

三、实际运行效果

图4为依据本发明的组合调节方法调节后，所截取的风机振动值与机组负荷的变化的实时显示图，如图所示：在机组负荷从150MW到320MW区间，两台引风机轴承的X向、Y向振动变化幅度不大，最高没有超过1.5μm，低负荷时没有发生并联的两台引风机的抢风喘振现象，整个负荷区间没有发生振动实然升高的现象，两台引风机运行平稳。

并且，采用本发明的组合调节方法调节风机，运行的三年时间里，风机轴承振动未发生超标现象，期间经历了几次机组检修，检查风机轴系、叶片等承受交变应力的部位未发现异常。此结果说明本发明提供的组合调节方法保证了双级动叶调节风机在变频模式下的安全运行。

表2为依据本发明的组合调节方法所获取的风机运行数据，依据该风机运行数据，计算得到了表3-表5所示的机组负荷在150MW、240MW、320MW时，风机的工作效率情况。

表2：风机运行数据

机组负荷	150MW	240MW	320MW
				电机运行电流(A)	65	128.36	233.86
风机总压升(kPa)	3.24	5.1923	7.5602
				风机流量(m<sup>3</sup>/s)	142.6	180.38	224.4325

表3：机组负荷150MW时风机效率

电机额定功率	KW	4500
			电机额定电压	V	6000
电机额定电流	A	535.3
			电机功率因数		0.84
电机效率	％	96.30
			电机运行电流	A	65.00
风机输入轴功率	KW	546.42
			风机出口压力	kPa	3.24
风机流量	m<sup>3</sup>/s	142.6
			风机有效功率	KW	462.024
风机效率	％	84.55

表4：机组负荷240MW时风机效率

表5：机组负荷320MW时风机效率

电机额定功率	KW	4500
			电机额定电压	V	6000
电机额定电流	A	535.3
			电机功率因数		0.84
电机效率	％	96.30
			电机运行电流	A	233.86
风机输入轴功率	KW	1965.98
			风机出口压力	kPa	7.5602
风机流量	m<sup>3</sup>/s	224.4325
			风机有效功率	KW	1696.7546
风机效率	％	86.31

如表3-表5所示，机组负荷在150MW、240MW及320MW时，风机运行效率分别为84.55％、86.80％及86.31％。可以看出，在机组正常运行负荷50％-100％负荷区间(150MW-320MW)，双级动叶调节风机在变频工况下风机效率保持在85％左右，基本在风机最高效率点运行，与表6所示理论计算值接近。

请继续结合图1所示，双级动叶调节引风机工频状态下性能曲线中，150MW、240MW、320MW时风机效率分别为50％、70％、87％。

由此可知：本发明通过引入变频调节和动叶调节的组合调节方法，使双级动叶调节引风机变频状态下效率得到了明显提升，机组运行平均负荷(240MW)时风机效率接近最高(86.80％)，低负荷(150MW)时，风机效率提升幅度较大，从50％提升到84.55％。

表6：风机在不同负荷下理论效率变化

本发明的有益效果如下：

本发明提供了的长轴系轴流风机动叶调节与变频调节的组合调节方法，通过自动调节风机叶片角度来调节风量，通过变频器调节风机转速以调节风量和压力，通过运行手段避开风机临界转速保证风机安全运行，有效避开了长轴系共振频率，同时使风机的运行效率始终保持在最高点运行，在当前机组长时间保持较低负荷时，风机效率提升30％左右，节能效果明显。

在当前节能减排已成为企业能否生存的重要条件下，本发明打破常规模式，开创双级动叶调节风机的新运行模式，为电力行业及使用双级动叶调节风机的其它行业节能工作提供了重要借鉴，为全社会的节能减排做出了重要贡献。

虽然本发明已利用上述较佳实施例进行说明，然其并非用以限定本发明的保护范围，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围之内，相对上述实施例进行各种变动与修改仍属本发明所保护的范围，因此本发明的保护范围以权利要求书所界定的为准。

Claims (5)

1.一种长轴系轴流风机动叶调节与变频调节的组合调节方法，其特征在于，开机后的涨负荷调节方法包括如下步骤：

步骤S1：机组启动初期，待启动风机电流回落后，将变频器总操值调整至调节区间下限值，投入风机动叶开度总操自动，通过调整动叶开度值控制炉膛负压；

步骤S2：低负荷阶段，使变频器总操值维持在调节区间下限值，动叶开度值渐增；

步骤S3：涨负荷阶段，监视动叶开度值，待动叶开度值达到调节区间上限值时，切除动叶开度总操自动，投入变频器总操自动；

步骤S4：高负荷阶段，监视变频器总操值，通过调整变频器总操值控制炉膛负压；

关机时的降负荷调节方法包括如下步骤：

步骤S5：高负荷阶段，监视变频器总操值，待变频器总操值下降至调节区间下限值时，关闭变频器总操自动，投入动叶开度总操自动；

步骤S6：低负荷阶段，监视动叶开度值，通过调整动叶开度值调整炉膛负压；

在动叶调节和变频调节组合调节的过程中，动叶开度总操自动以及变频器总操自动的投入分开进行。

2.如权利要求1所述的长轴系轴流风机动叶调节与变频调节的组合调节方法，其特征在于：在通过变频器总操值控制炉膛负压的过程中，变频器总操的调节区间介于60%-100%。

3.如权利要求1所述的长轴系轴流风机动叶调节与变频调节的组合调节方法，其特征在于：在通过动叶开度总操值控制炉膛负压的过程中，动叶开度总操的调节区间介于0%-90%。

4.如权利要求1所述的长轴系轴流风机动叶调节与变频调节的组合调节方法，其特征在于：所述步骤S1中，变频器总操的调节区间下限值为60%。

5.如权利要求1所述的长轴系轴流风机动叶调节与变频调节的组合调节方法，其特征在于：所述步骤S3中，动叶开度总操的调节区间上限值为90%。

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