智慧運維在風(fēng)機運行及改造中的應(yīng)用

沈陽德瓦特汽輪動力有限責(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，推進能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，引導(dǎo)傳統(tǒng)計量數(shù)字化轉(zhuǎn)型迫在眉睫。在我國熱電廠中，電廠用電量占總發(fā)電量的8%～10%，鍋爐風(fēng)機消耗電量約占總廠用電的25％。實際使用中的風(fēng)機其運行效率低于80%的約占88%（圖1）。傳統(tǒng)電量統(tǒng)計無法實現(xiàn)遠程監(jiān)控，存在5%的誤差，無法輸出精準(zhǔn)報表。因此風(fēng)機能耗數(shù)據(jù)需要精準(zhǔn)監(jiān)控，同時輸出可視化、定制化報表，才能制定合理的改造方案進行節(jié)能改造，提高風(fēng)機運行效率。在保證運行技術(shù)參數(shù)的前提下，通過采用高效節(jié)能產(chǎn)品代替老產(chǎn)品降低系統(tǒng)運行能耗，有著十分重要的意義。

　　圖1

　　山東開泰電廠二期鍋爐所配置的除塵原引風(fēng)機為JY75-38-12№19.5D，額定風(fēng)量170000m3/h ,額定風(fēng)壓6200Pa ,設(shè)計工況溫度145℃，工作轉(zhuǎn)速960r/min,配套的YPT500-6型10kV電動機的額定功率500kW，原引風(fēng)機實際運行工況點參數(shù)(見表1),運行過程中常常發(fā)振動。

　　 表1引風(fēng)機改造前跟蹤測試情況

       二、風(fēng)機智慧運維

　　通過加裝風(fēng)機智慧運維系統(tǒng)，對電機電壓、電流、功率因素、頻率等電參數(shù)進行在線監(jiān)測，根據(jù)風(fēng)機運行時間進行換算，可以準(zhǔn)確計算出能耗，并且輸出能耗報表。同時結(jié)合監(jiān)測到的風(fēng)機性能、安全參數(shù)（流量、壓力、溫度、振動等），便于技術(shù)人員在機組運行過程中判別機組性能劣化趨勢，準(zhǔn)確可靠的把握風(fēng)機工作狀況，使得運行、維護、管理人員心中有數(shù)。風(fēng)機專家現(xiàn)場勘察，結(jié)合故障分析模塊輸出的分析報表，最終找出風(fēng)機運行效率低下、頻繁振動的原因：　　

       1、原引風(fēng)機的風(fēng)量和風(fēng)壓富余量過大。

　　原引風(fēng)機型號因鍋爐最大蒸發(fā)量所需的流量和系統(tǒng)阻力的要求，在確定風(fēng)機的風(fēng)量、風(fēng)壓和電機功率配置時，都留較大的富余量，鍋爐實際排煙溫度低于風(fēng)機設(shè)計溫度約30-40℃左右，綜合因素導(dǎo)致風(fēng)機實際運行工況點較大幅度偏離原設(shè)計最佳工況點，長期處于低效率區(qū)運行，能源無效損耗較大?！?strong>　

       2、原引風(fēng)機屬于七十年代風(fēng)機產(chǎn)品

　　工況點設(shè)計理論效率最高為80.2%。隨著近年來新型高效風(fēng)機技術(shù)的發(fā)展，后傾高效風(fēng)機的出現(xiàn)，其氣動效率遠遠高于傳統(tǒng)的前向風(fēng)機?！?strong>　

       3、積灰和磨損導(dǎo)致振動

　　現(xiàn)場工作人員根據(jù)風(fēng)機智慧運維系統(tǒng)發(fā)出的運維提醒及分析預(yù)見了可能積灰和磨損現(xiàn)象，停機檢查也證明了我們的判斷。發(fā)現(xiàn)原引風(fēng)機葉輪為前向型葉片，運行過程中極易積灰和磨損。通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計研究，在可視化圖表上可以直觀的看到振動異常的變化趨勢。隨即制定維護策略：每6個月需重新校正葉輪動平衡，每18個月需要更換新葉輪。

　　圖2電廠引風(fēng)機布置局部圖

　圖3 風(fēng)機在線監(jiān)測

       三、改造方案

　　據(jù)在線監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋的信息，原引風(fēng)機通常運行工況為35Hz~43Hz之間,并且以40Hz運行相對較多，鍋爐蒸汽流量約65t/h。經(jīng)多次現(xiàn)場熱態(tài)實測風(fēng)機輸出參數(shù)及煙道阻力參數(shù)，以40Hz運行參數(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?！?strong>　

      1、量體裁衣，優(yōu)化定做新型高效風(fēng)機

　　通過對原有引風(fēng)機在線監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果的計算，確定新引風(fēng)機選型參數(shù),常用工況風(fēng)量135000m3/h,靜壓4400Pa量身定做了一款與運行狀況相匹配的新型高效后傾風(fēng)機，結(jié)合現(xiàn)場實測安裝尺寸，并對新引風(fēng)機進行強度校核計算后，確定新風(fēng)機型號為LTF-702№19.8D，風(fēng)機最高效率為89.3%，BMCR點設(shè)計效率均高于86%（見圖4）,TB點流量為BMCR點的1.28倍。

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

                                                    圖4新引風(fēng)機性能曲線圖 

　　表2鍋爐負(fù)荷65t/h時，原引風(fēng)機實測性能與新引風(fēng)機設(shè)計性能比較

       2、優(yōu)化葉片結(jié)構(gòu)，耐磨性能加強

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

　　更換范圍：機殼、葉輪、進風(fēng)機口，原基礎(chǔ)、原電動機、原傳動組（軸承箱、軸承和主軸）和原進出口軟連接均利舊，風(fēng)機改造后不再安裝入口調(diào)節(jié)門，風(fēng)機參數(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，方便檢修時風(fēng)機內(nèi)的積灰和污水的排出。（見圖5）

　　圖5新引風(fēng)機結(jié)構(gòu)

       四、節(jié)能效益統(tǒng)計和對比

　　新風(fēng)機安裝后在40Hz運行時，對其參數(shù)進行現(xiàn)場測試，測得風(fēng)機靜壓Pst=3400Pa，煙氣流量Q=14.2萬m3/h，計算軸功率為236kW,軸功率實際降低12.3%，每小時大約節(jié)電33度，按運行8000小時/年計算每年可節(jié)省電能26.4萬kW.h，節(jié)能改造效益統(tǒng)計和對比（見表3）。

　　表3改造節(jié)能效益統(tǒng)計表和對比

      五、結(jié)論

　　改造后，引風(fēng)機系統(tǒng)運行效率大幅度提高 ,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，延長了葉輪的使用壽命，減少風(fēng)機故障停機次數(shù)，設(shè)備運行與維護費用下降： 采用變頻調(diào)節(jié)后，由于通過調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速實現(xiàn)節(jié)能，在負(fù)荷率較低時，電機、風(fēng)機轉(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)運行壽命延長。

　　節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成本是熱電行業(yè)在市場經(jīng)濟中立足的重要基礎(chǔ)之一。采用風(fēng)機節(jié)能改型和變頻技術(shù)對熱電廠主要輔機之一的引風(fēng)機進行節(jié)能技術(shù)改造和運行調(diào)節(jié) ,提高單機效率和系統(tǒng)運行效率 ,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，是當(dāng)前電廠節(jié)能的重要有效措施。

作者簡介：

　　石雪松，原中國通用機械工業(yè)協(xié)會副秘書長、風(fēng)機分會秘書長，主要從事風(fēng)機行業(yè)管理工作。

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