智慧運(yùn)維在風(fēng)機(jī)運(yùn)行及改造中的應(yīng)用

沈陽(yáng)德瓦特汽輪動(dòng)力有限責(zé)任公司馮占宸

一、前言

　　隨著碳中和數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展，節(jié)能提效已經(jīng)成為能源戰(zhàn)略的重中之重，推進(jìn)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，引導(dǎo)傳統(tǒng)計(jì)量數(shù)字化轉(zhuǎn)型迫在眉睫。在我國(guó)熱電廠中，電廠用電量占總發(fā)電量的8%～10%，鍋爐風(fēng)機(jī)消耗電量約占總廠用電的25％。實(shí)際使用中的風(fēng)機(jī)其運(yùn)行效率低于80%的約占88%（圖1）。傳統(tǒng)電量統(tǒng)計(jì)無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，存在5%的誤差，無(wú)法輸出精準(zhǔn)報(bào)表。因此風(fēng)機(jī)能耗數(shù)據(jù)需要精準(zhǔn)監(jiān)控，同時(shí)輸出可視化、定制化報(bào)表，才能制定合理的改造方案進(jìn)行節(jié)能改造，提高風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率。在保證運(yùn)行技術(shù)參數(shù)的前提下，通過(guò)采用高效節(jié)能產(chǎn)品代替老產(chǎn)品降低系統(tǒng)運(yùn)行能耗，有著十分重要的意義。

　　圖1

　　山東開(kāi)泰電廠二期鍋爐所配置的除塵原引風(fēng)機(jī)為JY75-38-12№19.5D，額定風(fēng)量170000m3/h ,額定風(fēng)壓6200Pa ,設(shè)計(jì)工況溫度145℃，工作轉(zhuǎn)速960r/min,配套的YPT500-6型10kV電動(dòng)機(jī)的額定功率500kW，原引風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行工況點(diǎn)參數(shù)(見(jiàn)表1),運(yùn)行過(guò)程中常常發(fā)振動(dòng)。

　　 表1引風(fēng)機(jī)改造前跟蹤測(cè)試情況

       二、風(fēng)機(jī)智慧運(yùn)維

　　通過(guò)加裝風(fēng)機(jī)智慧運(yùn)維系統(tǒng)，對(duì)電機(jī)電壓、電流、功率因素、頻率等電參數(shù)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，根據(jù)風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行換算，可以準(zhǔn)確計(jì)算出能耗，并且輸出能耗報(bào)表。同時(shí)結(jié)合監(jiān)測(cè)到的風(fēng)機(jī)性能、安全參數(shù)（流量、壓力、溫度、振動(dòng)等），便于技術(shù)人員在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中判別機(jī)組性能劣化趨勢(shì)，準(zhǔn)確可靠的把握風(fēng)機(jī)工作狀況，使得運(yùn)行、維護(hù)、管理人員心中有數(shù)。風(fēng)機(jī)專家現(xiàn)場(chǎng)勘察，結(jié)合故障分析模塊輸出的分析報(bào)表，最終找出風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率低下、頻繁振動(dòng)的原因：　　

       1、原引風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和風(fēng)壓富余量過(guò)大。

　　原引風(fēng)機(jī)型號(hào)因鍋爐最大蒸發(fā)量所需的流量和系統(tǒng)阻力的要求，在確定風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、風(fēng)壓和電機(jī)功率配置時(shí)，都留較大的富余量，鍋爐實(shí)際排煙溫度低于風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)溫度約30-40℃左右，綜合因素導(dǎo)致風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行工況點(diǎn)較大幅度偏離原設(shè)計(jì)最佳工況點(diǎn)，長(zhǎng)期處于低效率區(qū)運(yùn)行，能源無(wú)效損耗較大?！?strong>　

       2、原引風(fēng)機(jī)屬于七十年代風(fēng)機(jī)產(chǎn)品

　　工況點(diǎn)設(shè)計(jì)理論效率最高為80.2%。隨著近年來(lái)新型高效風(fēng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展，后傾高效風(fēng)機(jī)的出現(xiàn)，其氣動(dòng)效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的前向風(fēng)機(jī)?！?strong>　

       3、積灰和磨損導(dǎo)致振動(dòng)

　　現(xiàn)場(chǎng)工作人員根據(jù)風(fēng)機(jī)智慧運(yùn)維系統(tǒng)發(fā)出的運(yùn)維提醒及分析預(yù)見(jiàn)了可能積灰和磨損現(xiàn)象，停機(jī)檢查也證明了我們的判斷。發(fā)現(xiàn)原引風(fēng)機(jī)葉輪為前向型葉片，運(yùn)行過(guò)程中極易積灰和磨損。通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)研究，在可視化圖表上可以直觀的看到振動(dòng)異常的變化趨勢(shì)。隨即制定維護(hù)策略：每6個(gè)月需重新校正葉輪動(dòng)平衡，每18個(gè)月需要更換新葉輪。

　　圖2電廠引風(fēng)機(jī)布置局部圖

　圖3 風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)

       三、改造方案

　　據(jù)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反饋的信息，原引風(fēng)機(jī)通常運(yùn)行工況為35Hz~43Hz之間,并且以40Hz運(yùn)行相對(duì)較多，鍋爐蒸汽流量約65t/h。經(jīng)多次現(xiàn)場(chǎng)熱態(tài)實(shí)測(cè)風(fēng)機(jī)輸出參數(shù)及煙道阻力參數(shù)，以40Hz運(yùn)行參數(shù)為電廠鍋爐日常狀態(tài)，經(jīng)數(shù)據(jù)處理分析，確定改造方案。　　

      1、量體裁衣，優(yōu)化定做新型高效風(fēng)機(jī)

　　通過(guò)對(duì)原有引風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果的計(jì)算，確定新引風(fēng)機(jī)選型參數(shù),常用工況風(fēng)量135000m3/h,靜壓4400Pa量身定做了一款與運(yùn)行狀況相匹配的新型高效后傾風(fēng)機(jī)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)安裝尺寸，并對(duì)新引風(fēng)機(jī)進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算后，確定新風(fēng)機(jī)型號(hào)為L(zhǎng)TF-702№19.8D，風(fēng)機(jī)最高效率為89.3%，BMCR點(diǎn)設(shè)計(jì)效率均高于86%（見(jiàn)圖4）,TB點(diǎn)流量為BMCR點(diǎn)的1.28倍。

　　鍋爐處于負(fù)荷65t/h時(shí)，風(fēng)機(jī)運(yùn)行軸功率為269kW，而選LTF-702№19.8D風(fēng)機(jī)效率為86.5%，軸功率為233kW，軸功率可降低13.3%，每小時(shí)大約節(jié)電36度，按每年8000小時(shí)運(yùn)行計(jì)算，新引風(fēng)機(jī)比原引風(fēng)機(jī)每年可節(jié)省電能5.7kWX8000h=28.8萬(wàn)kW.h。

                                                    圖4新引風(fēng)機(jī)性能曲線圖 

　　表2鍋爐負(fù)荷65t/h時(shí)，原引風(fēng)機(jī)實(shí)測(cè)性能與新引風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)性能比較

       2、優(yōu)化葉片結(jié)構(gòu)，耐磨性能加強(qiáng)

　　采用后向板型葉片設(shè)計(jì)，不易積灰。設(shè)計(jì)了合理的葉片安裝角，在保證性能高效的同時(shí)，也有效適于確保合理的氣流正攻角，有效降低葉片進(jìn)口磨損。本次節(jié)能改造方案確定如下：

　　更換范圍：機(jī)殼、葉輪、進(jìn)風(fēng)機(jī)口，原基礎(chǔ)、原電動(dòng)機(jī)、原傳動(dòng)組（軸承箱、軸承和主軸）和原進(jìn)出口軟連接均利舊，風(fēng)機(jī)改造后不再安裝入口調(diào)節(jié)門(mén)，風(fēng)機(jī)參數(shù)的調(diào)節(jié)由變頻調(diào)節(jié)完成。

　　其中，利用改造后的機(jī)殼組側(cè)面與混凝基礎(chǔ)之間的富?？臻g，增設(shè)了排污管，方便檢修時(shí)風(fēng)機(jī)內(nèi)的積灰和污水的排出。（見(jiàn)圖5）

　　圖5新引風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)

       四、節(jié)能效益統(tǒng)計(jì)和對(duì)比

　　新風(fēng)機(jī)安裝后在40Hz運(yùn)行時(shí)，對(duì)其參數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，測(cè)得風(fēng)機(jī)靜壓Pst=3400Pa，煙氣流量Q=14.2萬(wàn)m3/h，計(jì)算軸功率為236kW,軸功率實(shí)際降低12.3%，每小時(shí)大約節(jié)電33度，按運(yùn)行8000小時(shí)/年計(jì)算每年可節(jié)省電能26.4萬(wàn)kW.h，節(jié)能改造效益統(tǒng)計(jì)和對(duì)比（見(jiàn)表3）。

　　表3改造節(jié)能效益統(tǒng)計(jì)表和對(duì)比

      五、結(jié)論

　　改造后，引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行效率大幅度提高 ,節(jié)能效果顯著；葉片為后傾型，不易積灰，具有良好的耐磨性及噪音低等特點(diǎn)，延長(zhǎng)了葉輪的使用壽命，減少風(fēng)機(jī)故障停機(jī)次數(shù)，設(shè)備運(yùn)行與維護(hù)費(fèi)用下降： 采用變頻調(diào)節(jié)后，由于通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)節(jié)能，在負(fù)荷率較低時(shí)，電機(jī)、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速也降低，主設(shè)備及相應(yīng)輔助設(shè)備如軸承等磨損較前減輕，管網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行壽命延長(zhǎng)。

　　節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成本是熱電行業(yè)在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)中立足的重要基礎(chǔ)之一。采用風(fēng)機(jī)節(jié)能改型和變頻技術(shù)對(duì)熱電廠主要輔機(jī)之一的引風(fēng)機(jī)進(jìn)行節(jié)能技術(shù)改造和運(yùn)行調(diào)節(jié) ,提高單機(jī)效率和系統(tǒng)運(yùn)行效率 ,大幅度節(jié)約用電，安全性好，工期短，順應(yīng)節(jié)能的發(fā)展趨勢(shì)，是當(dāng)前電廠節(jié)能的重要有效措施。

作者簡(jiǎn)介：

　　石雪松，原中國(guó)通用機(jī)械工業(yè)協(xié)會(huì)副秘書(shū)長(zhǎng)、風(fēng)機(jī)分會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)，主要從事風(fēng)機(jī)行業(yè)管理工作。

　　馮占宸，沈陽(yáng)德瓦特汽輪動(dòng)力有限責(zé)任公司，主要從事透平壓縮機(jī)、汽輪機(jī)及控制部分設(shè)計(jì)。