浅谈300MW循环流化床锅炉机组高压流化风机选型
摘要：本论文对循环流化床锅炉高压流化风机的设置方案从经济性方面进行了研究，并提出初步选型意见以供同类电厂参考。
关键词：300MW 循环流化床锅炉 高压流化风机 离心风机 罗茨风机
1 概述
高压流化风机在CFB锅炉机组中具有重要的作用，它为物料循环提供必要的输送介质。在CFB锅炉物料循环过程中，物料通过旋风分离器将大颗粒未燃烬的物料分离出来，通过回料器送回炉膛重新燃烧，从而达到物料的循环。高压流化风接入回料器，帮助物流顺列返回炉膛，并保证未燃烬的大颗粒不贴壁燃烧，防止回料器结焦。因此选择合适的高压流化风机型式，对循环流化床锅炉的安全稳定运行是非常重要的。
2 循环流化床的高压流化风机型式
高压流化风机的运行特点是只要锅炉运行，高压流化风机就必须运行，并且风量、风压基本保持不变。针对上述特点，目前国内的循环流化床锅炉机组高压流化风机主要有两种形式：离心鼓风机和罗茨风机。在135MW等级的循环流化床锅炉机组中高压流化风机基本用的是罗茨风机，到了300MW等级循环流化床锅炉机组由于高压流化风量较大，大多数用的是离心鼓风机。
离心风机通过轴向吸入口吸风，通过叶轮旋转，气流加速获得压升，并沿径向流道排出。离心风机的特点是结构简单、维护方便，价格便宜。其等效率曲线近似椭圆，而且其短轴几乎与阻力特性曲线平行，在向低负荷调节时效率只能降低而且下降较快。
目前离心鼓风机作为CFB锅炉机组高压流化风机可有两种形式可供选择：多级高压离心鼓风机和单级高速离心鼓风机两种形式。多级高压离心鼓风机已在300MW循环流化床锅炉机组中得到应用，运行效果良好。单级高速离心鼓风机在技术参数上也适合作为300MWCFB机组高压流化风机。
单级高速离心风机的叶轮采用三元流动原理设计，制作工艺复杂，加工精度要求较高，风机转速高达11150r/min，需要齿轮增速箱和润滑油设备。风机运行噪音较低。
多级离心风机的转子采用多个叶轮组成，每级叶轮的外径均相同，根据所需排气压力设计叶轮的级数。
单级高速鼓风机相对于多级离心鼓风机具有效率高、体积小、噪声低、调节范围广、自动化程度高、安装维护方便等优点。目前单级高速离心鼓风机已在城市污水处理、石化油气脱硫、造纸、冶金、制药、工艺气体增压等行业广泛应用。
罗茨风机为容积式风机，风机的理论压缩过程是等容进行的，无内压缩，它比有内压缩的压缩机要消耗较多的功，因而效率通常不高，由于转子间隙的存在，造成一定量的气体泄漏，也影响罗茨风机向更高的压力发展。相对透平式的风机，罗茨风机具有强制输气的功能，在风压发生变化时，风量变化很小。结构紧凑，介质不含油，结构简单。缺点是气流噪音大，要用消声器和隔音罩来降低噪音。
3 高压流化风机理论技术参数
参照某电厂300MW循环流化床锅炉机组，按照平衡通风烟风系统，通过计算，得出高压流化风机的技术参数，如果选择离心鼓风机型式，技术参数如表3-1；如果选择罗茨风机，技术参数如表3-2。
4 技术及经济性比较
4.1 经济性比较方法
按照电力行业习惯，经济性对比采用普遍认可的电力工业部1982年颁发的《电力工业经济分析暂行条例》中的年费用法比较，以年费用最小的方案为最佳。
年费用是以计及资金时间价值的动态理论，以拉平技术，用一个固定费用率f将投资费用及运行费用，平均分摊到电厂投产后至还贷折旧完毕期间的每一年之中。其表达式为：
NF=f×Z+U(3-1)
NF：年费用
f：固定费用率，1983年以来，规划院为了投标横向比较有可比性，避免独树一帜，除招标书有明确指定之外，规定固定费用率统一取f＝0.17，至今仍可适用，因此本工程也取f=0.17。
Z：设备投资，但省略去相同的设备运输、安装工程、配套土建费用等。
U：运行费，按定义应包含燃料费、维修费、折旧费、管理费等等。为了方便计算，把大修折旧费、管理费等折算入f之中。经济比较时，只比较发电成本。
4.2 设备费用
根据表3-1技术参数，经咨询风机厂家，罗茨风机在风量上无法满足本工程2运1备配置方案。如果选择罗茨风机作为本工程高压流化风机那么需要配置4台(3运1备)风机。
从最近同容量机组设备招标的价格以及咨询价格来看，多级离心鼓风机、单级高速离心鼓风机及罗茨风机设备的价格如表4. 2-1。
从上表可以看出在设备的初投资上三者相差不大，最多差价为45万。
4.3 风机技术参数
经咨询风机厂家，针对这三种风机分别进行了选型，下表为本工程风机厂家对三种风机的选型对比。
从上表可以看出从风机效率看，单级离心风机最高，多级离心风机次之，罗茨风机在效率最低。
由上表可知在本工程高压流化风的参数下，单级高速离心鼓风机比多级离心鼓风机在效率上要高出15个百分点，风机轴功率低155kW，电机功率低180 kW。
4.4 运行费用
按年平均标煤耗315.1g/(kW·h)、标煤价300元/吨计算。每度电(kW·h)的成本价为：
315.1÷1000×300÷1000＝0.09453(元)
循环流化床锅炉机组高压流化风无论是在高负荷还是低负荷风压及风量基本不变，因此机组在不同负荷运行时风机效率基本不变。所以根据100％负荷下的轴功率就可以计算出风机的年费用，与机组的年利用小时数无关。
机组年运行小时按7800小时算，估算风机年运行费用为：
单级高速离心鼓风机年运行费用：365×2×7800×0.09453÷10000=53.83(万元)
多级离心鼓风机年运行费用：520×2×7800×0.09453÷10000=76.68(万元)
罗茨风机年运行费用：392×3×7800×0.09453÷10000=86.71(万元)
4.5 经济对比结果
对比结果如表4.5-1。
从对比结果可以看出，单级高速离心鼓风机年费用最低，多级离心鼓风机次之，罗茨风机最差。从年运行费用看，由于单级高速离心鼓风机效率较高，所以年运行费用最节省，多级离心鼓风机次之，罗茨风机最差。
单级高速离心鼓风机年费用比多级离心风机少15.2万元，年运行费用低22.85万元。相对于多级离心鼓风机，单级高速离心鼓风机，设备的静态回收年限仅需要1.96年。
5 结论
综合技术及经济两方面比较，罗茨风机经济性最差，故不推荐罗茨风机作为高压流化风机。
从经济比较看，单级高速离心鼓风机优于多级离心鼓风机，年费用少。但是目前单级高速离心鼓风机还没有电厂的订货业绩，该型式的风机对电厂运行工况及环境的适应性还有待考察验证。多级离心鼓风机已经在300MW循环流化床锅炉机组中得到了广泛的应用，故推荐采用多级离心鼓风机。
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