關鍵詞：離心式風機；軸流式風機；動葉可調(diào)軸流式風機；變頻調(diào)速；節(jié)能改造 

Abstract: In the early stage of plant fans energy-saving, variable pitch axial fan speed is considered obvious energy saving space and neglected, but as China's comprehensive upgrading of thermal power gradually in-depth, low investment and high return fewer and fewer projects, energy-saving speed variable pitch axial fan also imperative. This paper analyzes the speed control and energy-saving axial fan calculation methods, for your reference.

Key words: Centrifugal fans;Axial Fans;Variable pitch axial fans;Frequency;Energy Saving

【中圖分類號】U264.91+3.4【文獻標識碼】B　文章編號1561-0330（2016）01-0000-00

1引言

在火力發(fā)電廠中，風機和水泵也是最主要的耗電輔機設備，且容量大、耗電多。加上這些設備都是長期連續(xù)運行和常常處于低負荷及變負荷運行狀態(tài)，其節(jié)能潛力則更加巨大。發(fā)電廠輔機電動機的經(jīng)濟運行，直接關系到廠用電率的高低。隨著電力行業(yè)改革的不斷深化，廠網(wǎng)分家，竟價上網(wǎng)等政策的實施，降低廠用電率，從而降低發(fā)電成本，提高電價競爭力，已經(jīng)成為各發(fā)電廠努力追求的經(jīng)濟目標。

由于軸流式風機比起離心式風機具有優(yōu)越的氣動性能，電站風機越來越多的采用軸流式風機。特別是2000年以后，電站送風機和一次風機采用動葉可調(diào)軸流式風機的設計方式幾乎成了發(fā)電廠的標配，因而數(shù)量巨大；另一方面設計院為了安全起見，設計時留有較大余量，這就為動葉可調(diào)軸流式風機的調(diào)速改造留下了較大的節(jié)能空間。動葉可調(diào)的軸流式風機由于其運行能耗低，所以號稱是除了調(diào)速風機以外最節(jié)能的風機。在電站風機節(jié)能改造的前期，動葉可調(diào)的軸流式風機被認為調(diào)速節(jié)能改造的空間不明顯而不受重視。隨著我國煤電機組綜合升級改造逐步深入，低投入高回報的項目越來越少，跟液力耦合器調(diào)速的電動給水泵和“引增合一”大風機節(jié)能改造一樣，動葉可調(diào)軸流式風機的調(diào)速改造逐漸成為電廠節(jié)能改造的主戰(zhàn)場之一，所謂的“蒼蠅腿也是肉”！ 盡管都面臨著改造投資和節(jié)能效益之間的嚴峻考量，但是在今天降低廠用電率的強烈需求下也勢在必行了。

2 軸流式風機靜葉調(diào)節(jié)和動葉調(diào)節(jié)的差別

軸流式風機有兩種：靜葉可調(diào)軸流式風機和動葉可調(diào)軸流式風機。兩者目的相同：都是調(diào)節(jié)風機的風量、風壓使之適應負荷變化的要求；只是調(diào)節(jié)方式不同：靜葉可調(diào)是改變?nèi)肟趯Я魅~片的方向，使出口氣流方向改變，從而實現(xiàn)風量、風壓的調(diào)節(jié)。動 葉 可 調(diào) 則 是 改 變 動 葉 的 安 裝 角 度，實 現(xiàn) 風 量、風 壓 的 調(diào) 節(jié)。調(diào)節(jié)機 構 相 對 要 復 雜 一 些 ，它 是 通過液壓調(diào)節(jié)油站、調(diào)節(jié)臂、液壓缸及葉片調(diào)節(jié)機構等帶動動葉轉動的。這兩種風機簡單概括起來有區(qū)別的地方是：

靜葉可調(diào)式風機與動葉可調(diào)式風機的本質區(qū)別就在于可以起調(diào)節(jié)風機工況作用的葉片是可以隨傳動軸轉動與不轉動上。動葉可調(diào)式風機的風葉是可以轉動的，其風葉既能隨傳動軸轉動充當做功的角色，也可以通過調(diào)節(jié)葉片的安裝角度的大小來達到調(diào)節(jié)風機工況的目的；靜葉可調(diào)式風機做功的風葉是固定在軸上不可調(diào)的，即只能隨傳動軸轉動，風葉本身則是不可調(diào)的，它是通過調(diào)節(jié)風機入口處的導葉的開合大小來達到調(diào)節(jié)風機工況的目的的，就像離心式風機的入口風門一樣，它的可調(diào)靜葉片是不隨風機的傳動軸轉動的！所謂的“靜”和“動”并不是說工作葉片的絕對的靜和動，它所謂的靜和動是指葉片隨傳動軸的轉動與否！

靜葉可調(diào)軸流式風機對塵粒的適應性優(yōu)于動葉可調(diào)軸流式風機。靜葉可調(diào)軸流式風機對含塵量的適應性一般不大于400mg/Nm3，而動葉可調(diào)軸流風機一般則只能承受不大于150mg/Nm3的含塵量。引風機是輸送含塵量大且溫度較高的煙氣的，工作條件較差，主要考慮靜葉調(diào)節(jié)風機的耐磨性能強于動葉調(diào)節(jié)風機。從目前國內(nèi)大型機組引風機的配套及生產(chǎn)情況來看，動、靜葉調(diào)節(jié)的軸流風機均可選用。
    動葉可調(diào)軸流式風機的優(yōu)點是負荷調(diào)節(jié)性能較好，效率高，能耗低，是除調(diào)速風機之外最節(jié)能的風機。其缺點是價格較高，葉片對煙氣的含塵量較為敏感。

具體選擇動葉可調(diào)與靜葉可調(diào)與風機參數(shù)如風壓風量等要求有關，一般靜葉可調(diào)范圍較小，投資也較少，但能耗較大。動葉可調(diào)風機調(diào)節(jié)范圍大，節(jié)能效果較好，但投資較大，結構復雜，可靠性差一點。

3 軸流式風機的調(diào)節(jié)性能

 

 附圖 某300MW火電機組動葉可調(diào)軸流式送風機的性能曲線

附圖所示為某300MW火電機組動葉可調(diào)軸流式送風機性能曲線，圖中虛線為等效率線，0o代表最高效率點的設計安裝角，負值為動葉片從設計安裝角向關閉方向轉動的角度，正值則相反。在最高效率區(qū)的上下都有相當大的調(diào)節(jié)范圍。當風機變負荷尤其是低負荷運行時，它的經(jīng)濟性就顯示出來了。因此動葉可調(diào)軸流風機的優(yōu)點是調(diào)節(jié)效率很高，風機始終在高效區(qū)運行，節(jié)能效果顯著。缺點：結構復雜，制造 成 本 較 高 ，調(diào) 節(jié) 部 分 容 易 生 銹 ，轉 動 部 件 多 ，動 葉 調(diào) 節(jié)機 構 復 雜 而 精 密，需 要 另設油站，維護費用高，而且葉片磨損比較嚴重。風機價格是靜葉可調(diào)子午加速軸流風機的1.5～2倍。對于發(fā)電廠來說，送風機和一次風機用的比較多，引風機也有使用。

動葉可調(diào)軸流式風機葉片的安裝角可在最小安裝角到最大安裝角之間從0～100％調(diào)節(jié)，隨著葉片安裝角的增大，風機沿阻力曲線方向風量和風壓同時增大，反之則同時減小。100％鍋爐負荷（B-MCR）時，葉片開度為70％左右，相對于安裝角＋50；100％汽輪機負荷（THB）時，葉片開度為65％左右，相對于安裝角00；這兩個點應在風機的最高效率區(qū)內(nèi)。但是在鍋爐設計時，由于無法精確計算鍋爐風道的阻力曲線（附圖中上面一條是雙風機運行時的阻力曲線，下面一條則是單風機運行時的阻力曲線），因此所選用的風機性能曲線不能保證B-MCR點和THB點在高效區(qū)內(nèi)，從而就降低了風機的運行效率，有時甚至可達20％～30％！軸流式風機葉片的安裝角過大或過小，都會使風機的運行工況點偏離高效點，降低風機的運行效率。

靜葉可調(diào)子午加速軸流式風機在氣動性能上介于離心式和動葉可調(diào)軸流風機之間。可輸送含有灰分或腐蝕性的大流量氣體，具有優(yōu)良的氣動性能，高效節(jié)能，磨損小，壽命長，結構簡單，運行可靠，安裝維修方便，具有良好的調(diào)節(jié)性能。在相同的選型條件下可獲得比單吸式離心風機和動葉可調(diào)軸流風機低一擋的工作轉速。

4 動葉可調(diào)軸流式風機的變頻調(diào)速改造

軸流式風機在進行變頻調(diào)速改造時，無論是靜葉可調(diào)風機還是動葉可調(diào)風機都應該將風機的葉片角度固定在效率最高的位置運行，以獲得最高的運行效率。而通過改變風機的轉速實現(xiàn)風量及風壓控制，風機將在很大的范圍內(nèi)維持高效率運行，實質上風機是通過調(diào)速提高了本身的運行效率而達到節(jié)能目的的。

如果將風機的葉片角度開得過大，一方面風機效率將下降，同時也會使電動機過載。對于動葉可調(diào)的風機來說，葉片角度開得過大時還容易發(fā)生“失速”現(xiàn)象，影響風機的安全運行。所以在進行變頻調(diào)速改造時，可將葉片角度固定在風機效率最大處運行。只有在風量和風壓不滿足工況要求時，才允許適當開大葉片角度，如流化床鍋爐的一次風機在進行冷態(tài)流化試驗時，但也要注意不能使電動機過載。

例1：某電廠350MW機組動葉可調(diào)軸流式一次風機改造前后的運行數(shù)據(jù)如下：

電動機額定功率為1400 kW。

當機組負荷為185 MW時，一次風機功率為685.8 kW，效率為34.7％；

當機組負荷為260 MW時，一次風機功率為830.0 kW，效率為37.0％；

當機組負荷為351 MW時，一次風機功率為1064 kW，效率為40.3％；

實現(xiàn)了變頻調(diào)速改造后風機和變頻器的整體效率可以提高到83％，提高了一倍多，按每天185 MW負荷運行10h，260 MW負荷運行8h，350 MW負荷運行6h，按平均節(jié)省電功率448 kW，機組年運行5000h，上網(wǎng)電價0.3元/ kWh計算：448 kW ×5000h ×0.3元/kWh = 67.2 萬元。二年就可以收回投資成本。送風機的情況也一樣，一般2～3年就可以收回投資成本。5 軸流式風機的節(jié)能計算

軸流式風機是采用葉片（靜葉或動葉）的安裝角度來調(diào)節(jié)風量的，靜葉調(diào)節(jié)的角度調(diào)節(jié)范圍較大（例如－70O～+30O），而動葉調(diào)節(jié)的角度調(diào)節(jié)范圍較�。ɡ�如��30O～+20O）。葉片調(diào)節(jié)范圍一般是以0～100％的百分比開度表示的，應折算成實際的葉片角度后，再在阻力曲線上找到工作點，就可以查到風機工作點的風量、風壓和效率數(shù)據(jù)了，據(jù)此就可以計算出風機的軸功率，并進行變頻調(diào)速節(jié)能計算和節(jié)能效果的檢驗。

例2：某電廠600MW機組動葉可調(diào)軸流式送風機的參數(shù)如下，試計算其節(jié)能效果。送風機及電動機參數(shù)如表1所示：

表1 送風機及電動機參數(shù)

由送風機性能曲線可以看出，送風機在鍋爐設計工況（B-MCR）點運行，葉片角度為＋50（開度65％）運行時效率最高可達87％。通過變頻器調(diào)速運行，以滿足鍋爐風量的要求。下面是將風機的葉片角度固定為＋50（開度60％）時，變頻調(diào)速運行的節(jié)能計算：

（1）機組在額定負荷（600MW）運行時，送風機葉片開度為53％，風量約為額定風量的91.0％，電動機電流為125A，工頻運行電功率約為額定風量時的80％，此時送風機轉速為91.0％額定轉速，頻率為45.5 Hz，則：工頻運行時的電動機功率為：

Pd1＝1.732×6×125×0.86＝1117 kW

變頻運行時的電動機功率為：

Pb1＝( Pd1/0.80)× 0.913/0.96＝1096 kW

節(jié)約的電功率為：1117－1096＝21 kW

節(jié)電率為：21 kW/1117 kW＝1.9％；

（2）機組在90％額定負荷（540MW）運行時，送風機葉片開度為50％，風量約為額定風量的86.5％，電動機電流為118A，工頻運行電功率約為額定風量時的74％，此時送風機轉速為86.5％額定轉速，頻率為43.3 Hz，則：工頻運行時的電動機功率為：

Pd1＝1.732×6×118×0.86＝1055 kW

變頻運行時的電動機功率為：

Pb1＝( Pd1/0.74)× 0.8653/0.96＝961 kW

節(jié)約的電功率為：1055－961＝94 kW

節(jié)電率為：94 kW/1055 kW＝8.9％；

（3）機組在80％額定負荷（480MW）運行時，送風機葉片開度為47％，風量約為額定風量的81.5％，電動機電流為112A，工頻運行電功率約為額定風量時的69％，此時送風機轉速為81.5％額定轉速，頻率為40.8 Hz，則：工頻運行時的電動機功率為：

Pd1＝1.732×6×112×0.86＝1001 kW

變頻運行時的電動機功率為：

Pb1＝( Pd1/0.69)× 0.8153/0.96＝818 kW

節(jié)約的電功率為：1001－818＝183 kW

節(jié)電率為：183 kW/1001 kW＝18.3％；

（4）機組在70％額定負荷（420MW）運行時，送風機葉片開度為43％，風量約為額定風量的76.5％，電動機電流為108A，工頻運行電功率約為額定風量時的64％，此時送風機轉速為76.5％額定轉速，頻率為38.3 Hz，則：工頻運行時的電動機功率為：

Pd1＝1.732×6×108×0.86＝965 kW

變頻運行時的電動機功率為：

Pb1＝( Pd1/0.64)× 0.7653/0.96＝703 kW

節(jié)約的電功率為：965－703＝262 kW

節(jié)電率為：262 kW/965 kW＝27.2％；

（5）機組在60％額定負荷（360MW）運行時，雙送風機工作，葉片開度為39％，風量約為額定風量的71.6％，電動機電流為105A，工頻運行電功率約為額定風量時的60％，此時送風機轉速為71.6％額定轉速，頻率為35.8 Hz，則：工頻運行時的電動機功率為：

Pd1＝1.732×6×105×0.86＝938 kW

變頻運行時的電動機功率為：

Pb1＝（Pd1/0.60）× 0.7163/0.96＝598 kW

節(jié)約的電功率為：938－598＝340 kW

節(jié)電率為：340 kW/938 kW＝36.3％。

一般機組在65％以下負荷運行時，可以單風機運行。下面就來分析一下工頻單風機運行而變頻則雙風機運行時的節(jié)能情況：

（6）機組在60％額定負荷（360MW）運行時，工頻單送風機工作，葉片開度為63％（如果是雙風機運行的話，在此角度時的風量約為額定風量的98.8％，已經(jīng)十分接近額定風量了）。當單風機運行時，對于工作風機來說，相當于體積擴大一倍，風壓就會減小一半，所以風量增加到√2倍，約為140％額定風量。這時因為壓力下降了一半，定速風機的有用功率（等于壓力和流量的乘積）卻反而減小了，只有額定軸功率的約70%左右（140%*50%=70%），但是由于風機效率下降了接近30%，所以軸功率卻基本保持不變（70%/(0.57/0.87)=106.8%），甚至還略有增加。電動機電流為158 A，電動機功率為1363 kW。

此時若采用單風機變頻運行已經(jīng)毫無意義，不但達不到節(jié)能目的，可能反而還會費能。如果采用雙風機變頻運行，通過調(diào)節(jié)風機轉速將風量開到額定風量時的71.6％，兩臺風機總風量超過140％額定風量，完全可以滿足鍋爐燃燒要求。則：

工頻運行時的電動機功率為：

Pd1＝1.732×6×158×0.83＝1363 kW

如果采用雙引風機變頻運行，由上述（5）已經(jīng)算出單臺風機變頻運行的功率為598 kW，兩臺風機變頻運行時的電動機功率為：

Pb1＝598 kW ×2＝1196 kW

節(jié)約的電功率為：1363－1196＝167 kW

節(jié)電率為：167 kW/1363 kW＝12.3 ％；

由于機組在低負荷單風機運行時穩(wěn)定性較差，采用雙風機變頻運行，可以增強機組應對突發(fā)事故的能力，提高機組低負荷運行的穩(wěn)定性，同時還可以取得明顯的節(jié)能效果。所以電廠鍋爐即使在低負荷時也應該采用雙風機變頻運行。

若機組的平均負荷以75％額定負荷（450MW）計算，平均節(jié)電率按20％計算，兩臺送風機約可節(jié)約電功率900kW；年運行時間以7000h計算，可節(jié)約電能630萬kW.h，以上網(wǎng)電價0.35元/kW.h計算：每年可節(jié)約電費220萬元，不到二年就可以收回全部改造投資。計算數(shù)據(jù)列于上表，由表中數(shù)據(jù)可以看出，機組不同負荷時的節(jié)電率基本上是與風機運行效率的提高相一致的。

6 結束語

　  隨著風機水泵壓縮機變頻調(diào)速節(jié)能改造工作的深入廣泛開展，調(diào)速節(jié)能效果最好的離心式風機已經(jīng)基本上都進行了調(diào)速節(jié)能改造；接著大量通過液力耦合器調(diào)速的風機水泵也在進行改造；現(xiàn)在到了“動刀”號稱除了調(diào)速風機之外最節(jié)能風機的動葉可調(diào)的軸流式風機的時候了！由于動葉可調(diào)的軸流式風機的等效率線與鍋爐的阻力曲線接近平行，高效率范圍寬，且位置適中，因而調(diào)節(jié)范圍寬。如果采用轉速調(diào)節(jié)，可將風機的安裝角固定在高效區(qū)，通過改變風機轉速達到控制風量從而達到節(jié)能目的。但是由于調(diào)速范圍有限，所取得的節(jié)能效果有限，與離心式風機的調(diào)速節(jié)能效果是無法相比的。即使在低負荷區(qū)也有較高的節(jié)電率，但是由于動葉可調(diào)的軸流式風機本身的能耗就較低，所以節(jié)省的電功率和節(jié)電量是很有限的，在進行變頻調(diào)速節(jié)能改造之前一定要認真做好投資規(guī)模與節(jié)能效益之間的嚴格考量，確保節(jié)能改造工程的經(jīng)濟效益。

作者簡介

徐甫榮：男，1946年生，1970年畢業(yè)于西安交通大學電機工程系發(fā)電廠電力網(wǎng)及電力系統(tǒng)專業(yè)，國家電力公司西安熱工研究院退休教授級高工，長期從事發(fā)電廠自動化和輔機節(jié)能工作。退休后曾在中山明陽公司，深圳微能公司，深圳科陸變頻器公司任高級技術顧問和工程技術總監(jiān)，在北京國電四維節(jié)能技術公司任總工程師。曾在國內(nèi)外各類刊物上發(fā)表論文近百篇；并著有《高壓變頻調(diào)速技術應用實踐》和《高壓變頻調(diào)速技術工程實踐》兩書。

參考文獻：

[1]徐甫榮:《高壓變頻調(diào)速技術應用實踐》,中國電力出版社2007年2月北京.

[2]徐甫榮:《高壓變頻調(diào)速技術工程實踐》,中國電力出版社2012年1月北京.