垃圾焚烧厂离心通风机调节方式的经济性分析

摘要：城市生活垃圾焚烧厂离心通风机主要通过入口导流器或变转速进行调节。本文分析了离心通风机恒速运行下入口导流器调节、变速调节的经济性对比及影响因素。
关键词：垃圾焚烧；离心通风机；入口导流器；变速；管路特性；经济性
引言
风机是一种把原动力的机械能转换为气体能量的机械，以气体为介质来完成特定任务，广泛用于煤炭、化工、电力、环保及国防等部门，是一种量大面广、耗电多浪费严重、节能潜力巨大的通用流体机械。在城市生活垃圾焚烧发电厂中，风机种类很多，如送风机、引风机、二次风机、烟气再循环风机及密封风机等，都是重要的垃圾焚烧炉辅助设备[1]。
在城市生活垃圾焚烧发电厂锅炉的风机配置中，许多选择离心通风机，配以入口导流器调节流量的方式。离心风机的特点是压头高，流量大，价格低廉。而入口导流器流量调节则具有性能稳定，维护量少，效率比出口挡板调节高的优点。制造厂习惯将离心风机最高效率点设计在考虑安全系数时的通风机最大流量工作点，但是通风机大多数的运行工况并不是满出力，尤其是负荷波动范围大、负荷波动频繁的机组，其通风机经常在较低的效率下运行，使厂用电率上升[2]。
变转速调节方式由于效率高、节电效果好、通风机使用寿命得到延长等优点，已被广泛应用于城市生活垃圾焚烧发电厂风机调节中。通风机采用变转速来调节工况时，其效率变化较小。相关研究已表明[3-4]，变速调节比入口导流器调节的经济性好，但是目前关于相对节能效果影响因素的研究并不多。本文以某城市生活垃圾焚烧发电厂离心通风机为例，定量分析两种调节方式的经济性对比及其影响因素。
1入口导流器调节
对于离心通风机，进口导流器调节是在通风机进口集流器前加装导流器（如轴向导流器、简易导流器等），通过调整导流器叶片角度，产生不同强度的强制预旋，从而改变通风机的性能曲线、改变通风机的工作点[5]。其调节原理图如图1所示，（X）轴qv为风机流量，（Y）轴ptF为风机的理论全压。
 
图中给出了导流器在最大开度基础上关小0°、20°、40°、60°、80°时的通风机能头性能曲线，假如管路特性曲线如图中的pc0所示，则通风机的最大工作流量为图中qvB，当需要减少流量时，可以逐渐关小进口导流器（增加了导流器的流动阻力，同时引起叶轮进口气流的预旋），此时工作点沿pc0曲线向小流量方向移动，管路系统中没有额外的节流损失，由于pc0曲线穿越通风机的最高效率区域，在调整风量过程中，通风机的工作效率相对较高。
假如管路特性曲线变为图1所示的pc1，则通风机的最大工作流量减小为图中qvA，如果通风机能头曲线具有“驼峰”，此时就更接近不稳定工作区。由于pc1曲线偏离通风机高效区（相对pc0曲线），同时在满足一定通风量的条件下还需要较高的风压，因此，通风机的耗功就明显提高。
假如通过一些技术措施（如加强清灰等），减小管路的阻力系数，管路特性曲线变为图1所示的pct，则通风机的最大工作流量增大为图中qvC，尽管pct曲线偏离了通风机的高效率区域，但与管路特性曲线为pc0时相比，在满足一定通风量（如qvC）的条件下，通风机所需全压明显降低，通风机的耗功一般反而较低。因此，没有必要有意增大管路阻力来提高风机的工作点效率。
2变速调节
变速调节即在管路性能曲线不变的情况下通过改变通风机转速，使得通风机性能参数发生变化，从而实现调整通风机工作点的目的。根据离心式通风机比例定律，当通风机转速由变为时，通风机流量、全压、轴功率均发生变化，而通风机流动效率、容积效率和机械效率可以认为近似不变，变化前后相似工况间各性能参数与转速的关系如下（转速变化范围不是很大时）：
——风机在转速时的流量、全压、轴功率；
——风机在转速时的流量、全压、轴功率；
由式（1）～式（3）可知，在相似工况条件下，同一台通风机，或完全相同的两台通风机，当转速变化后，流量与转速一次方成正比，全压与转速的二次方成正比，轴功率与转速的三次方成正比，而效率近似保持不变。
图2所示为装置静能头为零时（即管路性能曲线为经原点的二次抛物线，风机进口为大气压力），
 
图2离心风机变速调节节能原理图
风机的变速调节节能原理图。p1-qV1是风机在额定转速n1时的性能曲线，与管道特性曲线pc-qV交点为变速调节前运行工况点A1，p2-qV2是风机在调转速n2时的性能曲线，与管道特性曲线pc-qV交点为变速调节后的运行工况点A2，根据比例定律式和管道特性曲线方程式Pc=P0+∑Kqv2（式中PC——风机全压，qv——风机的流量，p0——机的静能头，K——代表长度及直径已定的管道的沿程与局部阻力之和的系数）。