摘要：在公司进行锅炉的SCR改造、脱硫增容改造导致锅炉烟气阻力大幅度增加的背景下，设计新型引风机系统并进行合理的烟道优化设计成为了公司目前的迫切需求，正是在这一大需求之下，本文对如何开展火力发电厂引风机优化设计进行了深入研究。
关键词：引风机；烟道口；优化设计
引言
根据国家环保政策要求，我公司即将进行#5机组锅炉的CSR改造、脱硫增容改造。这些改造工程实施后，锅炉烟气系统的阻力大幅度增加，#5机组锅炉引风机将无法克服系统新增的阻力，需要进行改造，才能满足系统正常运行要求。本次改造拆除原两台AN30e6引风机和一台AN40e6增压风机，“三合一”改造为成都电力机械厂AN31e6单台新引风机。改造最终方案拟定为：炉后甲侧设置单台AN31e6静叶可调轴流通风机，带变频调节，同时对引风机出入口烟道进行重新优化设计。
1.新增引风机设备
由成都电力机械厂引进德国KKK公司AN系列轴流通风机专用技术生产的国家重大新产品——AN31e6静叶可调轴流风机，于1992年12月27日通过了能源部电力机械局和能源部电力规划设计总院主持的定型鉴定。鉴定结果表明该系列产品具有气动性能好、调节范围宽、结构合理紧凑、装拆维护方便、耐磨性能较好、运行可靠平稳、投资低等特点。并且认为：“该产品的各项性能指标达到了设计要求”。
图1 新型AN风机结构简图
1.1AN静调轴流风机的性能特征
AN系列轴流通风机是一种以叶轮子午面的流道，沿着流动方向急剧收敛，气流速度迅速增加，从而获得动能，并通过后导叶、扩压器，使一部分动能转换成为静压能的轴流式通风机。根据其工作原理，通称子午加速风机。AN静调轴流风机在性能上介于离心风机、动调轴流风机之间，AN 静调轴流风机的最高压力与离心风机差不多，而流量却远大于离心风机和动调轴流风机。在相同的风机选型条件下，选择AN 静调轴流风机可获得比离心风机和动调轴流风机低一档的转速，理论与实验均表明风机叶轮的耐磨寿命与风机转子速度的平方成反比，因此，在相同出力的条件下，转速较低的风机具有更好的耐磨性。这就是AN静调轴流风机更适合于用作锅炉引风机的一个重要因素。
AN静调轴流风机的调节效率也介于离心风机与动调轴流风机之间，对于大容量变工况的调峰机组，其调节效率高于离心风机，略低于动调轴流风机。当风机流量在88—100％ 之间变动时，AN静调轴流风机仍可维持较高的甚至高于一般动调轴流风机的调节效率。因此，在相当一个变化区域内，AN静调轴流风机的调节性能仍具有一定的优势。
1.2AN静调轴流风机的空气动力设计特点
AN 静调轴流风机的空气动力性能设计，是KKK公司经过五十多年的试验研究逐步发展起来的。AN静调轴流风机各通流部件的互相匹配、几何型线、叶轮叶片散、进口和出口导叶的叶片敷、进口导叶调节转动轴线的位置、后导叶及叶轮叶片安装角度等，都是经过大量试验研究而优化的结果。叶轮的空气动力学设计，是风机性能好坏的关键。AN 静调轴流风机的轮毂迎着气流方向是多圆弧曲面，其基本叶型有几种。既有适用于较大比转速的叶型，也有适用于较小比转速的叶型。前者与世界各国的子午加速风机的叶型相近，而后者是KKK公司所特有的。这些新叶型的效率不仅有所提高，而且效率变化的梯度却差别不大，在新叶型的设计中，不仅优化了空气动力性能，而且还从气动原理的角度提高了防磨性能。从而增强了叶片的机械性能。成都电力机械厂引进的，就是采用了这种综合性能较好的新叶型的AN 静调轴流风机。电力行业比较熟悉的我国元宝山电厂、姚盂电厂在70年代末与80年代初从KKK公司进口的较老叶型的AN 静调轴流风机产品。
1.3AN静调轴流风机的结构特点
长期以来，不论是离心风机还是静调、动调轴流通风机，在结构设计上往往没有很好解决风机转子的安装和维修问题。成都电力机械厂引进妁AN静调轴流风机介于最新的设计，这个问题已经得到了较合理的解决。
新的AN静调轴流风机在各方面都吸收和采用了先进技术。因而结构紧凑，受力合理，保证了运行更加平稳、可靠。装拆更加方便，其特点为：主轴承装配与主轴嵌入在叶轮轮毂内，主轴仅为几百毫米长度的短轴，这样，大大提高了临界转速，中间轴只传递扭矩，不承受叶轮重量。为薄壁空心轴，重量很轻，一头通过膜片式半联轴器与叶轮相联，另一头通过膜片式联轴器与电机轴相联，可承受并吸收轴向韵热膨胀，提高了旋转精度，这样，风机的安装和拆卸就非常方便了。拆卸叶轮步骤如下：
（1）松开连接螺栓，吊离叶轮主体风筒的上半部和与其装在一起的集流器上半部；
（2）拆去中间轴护筒，松开半联轴器，拆去中间短轴；
叶轮取出后，主轴承装配（很短）也可随即从缝隙中取出，可方便的检修，更换轴承。不必像有些动调轴流风机那样，主轴承装配只能返厂检修。叶轮的装配可按反顺序进行，不影响转子的找正。整个过程只需半天即可完成，更换叶轮后不需要任何动、静平衡。由于传统的轴流风机，无论静调和动调，都采用双支承结构，因而装拆困难。AN静调轴流风机结构简单，叶轮重量很轻，且检修时叶轮无需与主轴承装配整体吊装，用于300MW 机组的AN静调引风机叶轮重量为1460-2500kg。叶轮的转动惯量也很小，在1100-2249Kg•㎡之间。这比在相同参数下选用的其他形式风机的转动惯量均要小的多，这相应地降低了电机的拖动负荷。
由于机组进行超低排放改造，脱硝需增加一层催化剂、加装低温省煤器、脱硫塔增加一层喷淋层、加装湿式电除尘器等，改造后阻力增加1500 Pa左右。通过综合后，先进行烟道优化，然后进行引风机选型改造。
2.尾部烟道流场优化
突破传统烟道设计观念影响，建立新型的圆形烟道理念，然后利用先进的烟风煤粉管道三维设计软件对引风机出口至脱硫吸收塔入口段烟道进行三维动态建模，具体就是根据不同工程的约束条件任性建立以新型圆形汇流管为核心的烟道整体模型。对烟道整体模型采用 Fluent 软件进行流场模拟，模拟过程包括几何模型的建立、边界条件的选取、计算模型的选择、控制参数的选取、求解离散方程和数据的后处理等。
引风机出口至脱硫塔入口段烟道为F型布置，烟道的流场分布均匀性差，设计不合理，存在较大面积的低速区，且出口存在一定的的压力偏差。本次优化后采用居中布置，由水平烟道上方引出，直接接入脱硫塔入口，改造后烟道为T型布置。为了消除水平烟道内的对冲回流及减小烟道阻力，在水平烟道和合并烟道内增设若干导流板。改造后引风机出口至脱硫塔入口压力一定程度上得到了降低缓解，出口压力偏差为较小，烟道内流场均匀，避免了低速回流区。
结束语
本文首先介绍了进行引风机改造与烟道优化设计的原因与大背景，随即对本次采用的新型AN系列引风机做了简单介绍，并且对引风机的结构特点与改造过程进行了研究。最后对尾部烟道流场优化过程与措施也进行了介绍。
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论文作者:严建锋
论文发表刊物:《电力设备》2018年第29期
论文发表时间:2019/4/3
标签：轴流论文; 风机论文; 叶轮论文; 烟道论文; 引风机论文; 主轴论文; 通风机论文; 《电力设备》2018年第29期论文;