智慧運維在風機運行及改造中的應用
2023-11-24
作者：石雪松 馮占宸
一、前言
隨著碳中和數字經濟發展，節能提效已經成為能源戰略的重中之重，推進能源結構調整，引導傳統計量數字化轉型迫在眉睫。在我國熱電廠中，電廠用電量占總發電量的8%～10%，鍋爐風機消耗電量約占總廠用電的25％。實際使用中的風機其運行效率低于80%的約占88%（圖1）。傳統電量統計無法實現遠程監控，存在5%的誤差，無法輸出精準報表。因此風機能耗數據需要精準監控，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能改造，提高風機運行效率。在保證運行技術參數的前提下，通過采用高效節能產品代替老產品降低系統運行能耗，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機為JY75-38-12№19.5D，額定風量170000 m3/h , 額定風壓6200Pa ,設計工況溫度145℃，工作轉速960r/min,配套的YPT500-6型10kV電動機的額定功率500kW，原引風機實際運行工況點參數(見表1),運行過程中常常發振動。
表1 引風機改造前跟蹤測試情況
二、風機智慧運維
通過加裝風機智慧運維系統，對電機電壓、電流、功率因素、頻率等電參數進行在線監測，根據風機運行時間進行換算，可以準確計算出能耗，并且輸出能耗報表。同時結合監測到的風機性能、安全參數（流量、壓力、溫度、振動等），便于技術人員在機組運行過程中判別機組性能劣化趨勢，準確可靠的把握風機工作狀況，使得運行、維護、管理人員心中有數。風機專家現場勘察，結合故障分析模塊輸出的分析報表，找出風機運行效率低下、頻繁振動的原因：
1、原引風機的風量和風壓富余量過大。
原引風機型號因鍋爐蒸發量所需的流量和系統阻力的要求，在確定風機的風量、風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機設計溫度約30-40℃左右，綜合因素導致風機實際運行工況點較大幅度偏離原設計佳工況點，長期處于低效率區運行，能源無效損耗較大。
2、原引風機屬于七十年代風機產品
工況點設計理論效率為80.2%。隨著近年來新型高效風機技術的發展，后傾高效風機的出現，其氣動效率遠遠高于傳統的前向風機。
3、積灰和磨損導致振動
現場工作人員根據風機智慧運維系統發出的運維提醒及分析預見了可能積灰和磨損現象，停機檢查也證明了我們的判斷。發現原引風機葉輪為前向型葉片，運行過程中極易積灰和磨損。通過對監測數據的統計研究，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 電廠引風機布置局部圖
圖3 風機在線監測
三、改造方案
據在線監測數據反饋的信息，原引風機通常運行工況為35Hz~43Hz之間,并且以40Hz運行相對較多，鍋爐蒸汽流量約65t/h。經多次現場熱態實測風機輸出參數及煙道阻力參數，以40Hz運行參數為電廠鍋爐日常狀態，經數據處理分析，確定改造方案。
1、量體裁衣，優化定做新型高效風機
通過對原有引風機在線監測數據結果的計算，確定新引風機選型參數,常用工況風量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機，結合現場實測安裝尺寸，并對新引風機進行強度校核計算后，確定新風機型號為LTF-702№19.8D，風機效率為89.3%，BMCR點設計效率均高于86%（見圖4）,TB點流量為BMCR點的1.28倍。
鍋爐處于負荷65t/h時，風機運行軸功率為269kW，而選LTF-702№19.8D風機效率為86.5%，軸功率為233kW，軸功率可降低13.3%，每小時大約節電36度，按每年8000小時運行計算，新引風機比原引風機每年可節省電能5.7kWX8000h=28.8萬kW.h。
圖4 新引風機性能曲線圖
表2 鍋爐負荷65t/h時，原引風機實測性能與新引風機設計性能比較
2、優化葉片結構，耐磨性能加強
采用后向板型葉片設計，不易積灰。設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。本次節能改造方案確定如下：
更換范圍：機殼、葉輪、進風機口，原基礎、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，風機改造后不再安裝入口調節門，風機參數的調節由變頻調節完成。
其中，利用改造后的機殼組側面與混凝基礎之間的富裕空間，增設了排污管，方便檢修時風機內的積灰和污水的排出。（見圖5）
圖5 新引風機結構
四、節能效益統計和對比
新風機安裝后在40Hz運行時，對其參數進行現場測試，測得風機靜壓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%，每小時大約節電33度，按運行8000小時/年計算每年可節省電能26.4萬kW.h，節能改造效益統計和對比（見表3）。
表3 改造節能效益統計表和對比
五、結論
改造后，引風機系統運行效率大幅度提高 ,節能效果顯著；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，減少風機故障停機次數，設備運行與維護費用下降： 采用變頻調節后，由于通過調節電機轉速實現節能，在負荷率較低時，電機、風機轉速也降低，主設備及相應輔助設備如軸承等磨損較前減輕，管網系統運行壽命延長。
節能降耗、降低生產成本是熱電行業在市場經濟中立足的重要基礎之一。采用風機節能改型和變頻技術對熱電廠主要輔機之一的引風機進行節能技術改造和運行調節 ,提高單機效率和系統運行效率 ,大幅度節約用電，安全性好，工期短，順應節能的發展趨勢，是當前電廠節能的重要有效措施。
作者簡介：
石雪松，原中國通用機械工業協會副秘書長、風機分會秘書長，主要從事風機行業管理工作。
馮占宸，沈陽德瓦特汽輪動力有限責任公司，主要從事透平壓縮機、汽輪機及控制部分設計。
文章來源：中國工業新聞
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