350 MW機(jī)組風(fēng)機(jī)單耗偏高原因分析及處理措施

薛澤海，周義剛，劉衛(wèi)平，趙 緋

(1.天津市電力公司電力科學(xué)研究院，天津 300384；2.天津華電軍糧城熱電有限公司，天津 300000)

“十二五”規(guī)劃提出了單位GDP能耗下降17.3%的目標(biāo)，節(jié)能降耗任務(wù)十分艱巨。隨著電力行業(yè)改革的不斷深化，降低廠用電率、降低發(fā)電成本，以提高上網(wǎng)電價(jià)的競(jìng)爭(zhēng)力成為各個(gè)發(fā)電企業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。而電廠六大風(fēng)機(jī)的耗電量占廠用電的60%左右，受電網(wǎng)調(diào)峰需求，機(jī)組的平均負(fù)荷率一般在70%～80%，因而采用變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)這些輔機(jī)設(shè)備進(jìn)行節(jié)能改造是非常必要的。

1 存在問(wèn)題

天津華電軍糧城熱電有限公司五期為2臺(tái)350 MW機(jī)組，鍋爐為B&WB-1165/17.5-M型亞臨界參數(shù)、一次中間再熱汽包鍋爐，前后墻對(duì)沖燃燒，9號(hào)機(jī)組于2010年7月投入運(yùn)行；鍋爐配有2臺(tái)YC36165型雙吸雙支離心風(fēng)機(jī)和2臺(tái)原裝進(jìn)口液力耦合器調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)，電機(jī)型號(hào)為YKK800-6；2臺(tái)GJ34042雙吸離心式一次風(fēng)機(jī)，電機(jī)型號(hào)為YKK560-4。自機(jī)組投運(yùn)以來(lái)，風(fēng)機(jī)單耗較同類型機(jī)組偏高，引風(fēng)機(jī)液力耦合器調(diào)節(jié)性能較差，一次風(fēng)機(jī)節(jié)流損失大。主要設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

表1 引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)性能數(shù)據(jù)

參數(shù) 引風(fēng)機(jī)TBBMCR一次風(fēng)機(jī)TBBMCR 風(fēng)機(jī)入口體積流量/(m3·s-1)308.9260.6364.4944.69風(fēng)機(jī)入口溫度/℃130.9118.929.020.0入口空氣密度/(m3·kg-1)0.864 70.875 91.216 81.217 8風(fēng)機(jī)入口全壓/kPa-6.27-5.07-0.11-0.16風(fēng)機(jī)入口靜壓/kPa-6.44-5.19-0.36-0.28風(fēng)機(jī)出口全壓/kPa3.462.7714.1410.81風(fēng)機(jī)出口靜壓/kPa3.292.6613.9010.69風(fēng)機(jī)全壓效率/%85.085.283.072.9風(fēng)機(jī)軸功率/kW3 491.32 384.51 077.7661.1風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速/(r·min-1)9638491 4851 485

注：TB為風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)最大運(yùn)行工況；BMCR為鍋爐最大連續(xù)出力工況下的風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況。

2 原因分析

為掌握風(fēng)機(jī)的運(yùn)行特性，找出風(fēng)機(jī)單耗偏高的原因，對(duì)9號(hào)鍋爐引風(fēng)機(jī)和一次風(fēng)機(jī)進(jìn)行性能試驗(yàn)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)協(xié)商確定引風(fēng)機(jī)及一次風(fēng)機(jī)的試驗(yàn)均按以下4個(gè)工況進(jìn)行：機(jī)組負(fù)荷350 MW、300 MW、250 MW、200 MW。試驗(yàn)依據(jù)DL/T 469-2004《電站鍋爐風(fēng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)性能試驗(yàn)》和GB 10178-2006《工業(yè)通風(fēng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)性能試驗(yàn)》。

2.1 引風(fēng)機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況只對(duì)1號(hào)引風(fēng)機(jī)特性進(jìn)行測(cè)試，主要試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

表2 1號(hào)引風(fēng)機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

參數(shù)330 MW300 MW250 MW200 MW鍋爐蒸發(fā)量/(t·h-1)1 070.8962.1787.5616.5總風(fēng)量/(t·h-1)1 032.5965.8813.8789.5總煤量/(t·h-1)173.6163.9125.6112.7引風(fēng)機(jī)電流/A329.6288.5219.2173.4液力耦合器轉(zhuǎn)速/(r·min-1)968850740700引風(fēng)機(jī)出口溫度/℃159.2142.9143.9131.2風(fēng)機(jī)入口體積流量/(m3·s-1)264.22256.23208.66123.18風(fēng)機(jī)全壓/kPa8.507.075.264.90風(fēng)機(jī)比壓能/(J·kg-1)10 274.958 214.026 047.275 418.12電動(dòng)機(jī)軸功率/kW3 118.512 721.442 020.131 497.07風(fēng)機(jī)全壓效率/%70.8165.2353.4044.66

注：試驗(yàn)當(dāng)天，受網(wǎng)調(diào)影響，負(fù)荷最高只有330 MW。

通過(guò)對(duì)1號(hào)引風(fēng)機(jī)熱態(tài)試驗(yàn)結(jié)果分析得出：在330 MW并列運(yùn)行工況，引風(fēng)機(jī)的實(shí)測(cè)壓力比設(shè)計(jì)值偏高，超出THA設(shè)計(jì)工況18.7%；全壓效率為70.81%，低于THA設(shè)計(jì)工況14.5%(絕對(duì)值)；軸功率嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)值，超出THA設(shè)計(jì)工況45.7%；說(shuō)明引風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行性能與煙風(fēng)系統(tǒng)阻力特性不匹配，是導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)單耗偏高的主要原因。

2.2 一次風(fēng)機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

一次風(fēng)機(jī)試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 一次風(fēng)機(jī)試驗(yàn)結(jié)果

參數(shù)350 MW300 MW250 MW200 MW1號(hào)/2號(hào)風(fēng)機(jī)1號(hào)/2號(hào)風(fēng)機(jī)1號(hào)/2號(hào)風(fēng)機(jī)1號(hào)/2號(hào)風(fēng)機(jī)鍋爐蒸發(fā)量/(t·h-1)1 114.2982.7785.9608.7總風(fēng)量/(t·h-1)1 046.3983.2875.4783.2總煤量/(t·h-1)171.4146.8125.8119.7磨機(jī)投運(yùn)情況ABCDEABDEABDEADE風(fēng)機(jī)電流/A117.7/125.997.1/106.2106.3/112.489.0/96.3風(fēng)機(jī)入口檔板開度/%79/7863/5970/6527/28風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓/kPa11.4/10.910.6/10.210.8/10.410.1/10.2風(fēng)機(jī)入口體積流量/(m3·s-1)61.59/64.7153.24/56.6858.22/58.1242.72/40.82風(fēng)機(jī)全壓/kPa11.62/11.5111.74/10.9211.79/11.4412.41/15.34風(fēng)機(jī)比壓能/(J·kg-1)9 396.2/9 427.79 914.6/9 227.49 728.8/9 292.410 301.8/12 780.9電動(dòng)機(jī)軸功率/kW1 074.2/1 119.5894.4/945.0969.8/991.4795.6/839.6風(fēng)機(jī)全壓效率/%64.88/64.9969.45/63.8369.03/65.0766.06/74.34

通過(guò)對(duì)2臺(tái)一次風(fēng)機(jī)4個(gè)工況的測(cè)試數(shù)據(jù)分析表明，一次風(fēng)機(jī)全壓效率不到70%，風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)性能較差；在70%負(fù)荷工況實(shí)測(cè)的風(fēng)機(jī)入口流量已達(dá)到了BMCR設(shè)計(jì)流量，而350 MW工況，實(shí)測(cè)的風(fēng)機(jī)入口流量基本達(dá)到了TB工況下的設(shè)計(jì)流量，超出額定工況設(shè)計(jì)風(fēng)量的50%；得出風(fēng)機(jī)裕量以及節(jié)流損失偏大是導(dǎo)致風(fēng)機(jī)單耗偏高的原因。

3 處理措施

3.1 風(fēng)機(jī)電機(jī)變頻改造

a. 引風(fēng)機(jī)液力耦合器本身有一定的調(diào)整裕量，并且不可避免的存在轉(zhuǎn)差損耗；而變頻器能在全速范圍內(nèi)保持高效率(95%左右)不變；使用液力耦合器輸入電流有很大一部分無(wú)功電流分量；使用變頻器時(shí)，其輸入端功率因數(shù)提高，無(wú)功電流分量很小，因而輸入電流較耦合器要小很多[1]。

b. 通過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，引風(fēng)機(jī)配備的耦合器運(yùn)行可靠性較差，給鍋爐運(yùn)行帶來(lái)了一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，因此更換穩(wěn)定性更強(qiáng)，轉(zhuǎn)換效率更高的高壓變頻器是非常有必要的。

c. 一次風(fēng)機(jī)出力靠檔板調(diào)節(jié)，節(jié)流損失很大，特別是機(jī)組在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，節(jié)流損失更大；另外異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流為電機(jī)額定電流的4～6倍，對(duì)廠用電形成沖擊，嚴(yán)重影響了電機(jī)和風(fēng)機(jī)使用壽命；改用變頻調(diào)速后，可通過(guò)變頻器頻率的增減改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的線性調(diào)節(jié)，消除了風(fēng)機(jī)的節(jié)流損失，而且避免了啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩對(duì)電機(jī)的機(jī)械強(qiáng)沖擊，降低了風(fēng)機(jī)和電機(jī)的故障率[2]。

3.2 風(fēng)機(jī)本體改造

分析引風(fēng)機(jī)和一次風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)結(jié)果可知，風(fēng)機(jī)的全壓效率較設(shè)計(jì)值偏低，實(shí)際運(yùn)行特性與設(shè)計(jì)的管路特性有一定的偏差，而且一次風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)裕量偏大，對(duì)風(fēng)機(jī)葉輪(包括輪轂)，集流器等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行效率提升8%～10%左右[1]。

鑒于目前2臺(tái)引風(fēng)機(jī)液力耦合器可靠性較差，一次風(fēng)機(jī)采用入口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)，節(jié)流損失大等實(shí)際情況，因此風(fēng)機(jī)的變頻改造為目前首選。

4 處理效果

利用9號(hào)機(jī)組的首次大修的機(jī)會(huì)，對(duì)1號(hào)引風(fēng)機(jī)和2臺(tái)一次風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻節(jié)能改造。

4.1 引風(fēng)機(jī)變頻改造前后的節(jié)能效果分析

1號(hào)引風(fēng)機(jī)變頻改造前后的節(jié)能效果對(duì)比數(shù)據(jù)見表4。

由表4數(shù)據(jù)可知，1號(hào)引風(fēng)機(jī)經(jīng)變頻調(diào)速改造后，風(fēng)機(jī)耗功隨著負(fù)荷降低而呈下降趨勢(shì)，且非常明顯，但在負(fù)荷250 MW左右達(dá)到峰值，隨著負(fù)荷降低，節(jié)電效果也隨之減弱(見圖1所示)；根據(jù)電廠統(tǒng)

表4 1號(hào)引風(fēng)機(jī)變頻改造前后的節(jié)能效果對(duì)比

參數(shù)工況1工況2工況3工況4試驗(yàn)負(fù)荷/MW總風(fēng)量/(t·h-1)入爐煤量/(t·h-1)風(fēng)機(jī)電流/A風(fēng)機(jī)功率/kW風(fēng)機(jī)節(jié)電量/kWh改造前350.3299.8250.1201.2改造后330.2300.5249.7200.1改造前1 032.5965.8813.8789.5改造后1 124.3971.5827.4803.4改造前173.6163.9125.6112.7改造后171.5178.8107.787.7改造前329.6288.5219.2173.4改造后266.3178.795.274.3改造前3 325.482 922.512 169.381 599.35改造后2 843.991 936.631 079.95828.17481.49985.881 089.43771.18

計(jì)負(fù)荷率基本在70%左右，機(jī)組年運(yùn)行小時(shí)6 500 h，按工況2、工況3以及工況4的運(yùn)行時(shí)間各占1/3考慮，計(jì)算引風(fēng)機(jī)變頻改造后實(shí)際年節(jié)電量為616.7萬(wàn)kWh，年節(jié)電率可達(dá)到44.06%，節(jié)電效果非常顯著。

圖1 1號(hào)引風(fēng)機(jī)變頻改造前后功率變化曲線

按照上網(wǎng)電價(jià)0.382元計(jì)算，1號(hào)引風(fēng)機(jī)每年可為電廠節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用為235.6萬(wàn)元；考慮到煤質(zhì)變化的影響因素，保守計(jì)算的節(jié)電率在40%左右，每年節(jié)約的運(yùn)行費(fèi)用不會(huì)低于200萬(wàn)元，這樣不到一年半時(shí)間即可回收全部投資。

4.2 一次風(fēng)機(jī)變頻改造節(jié)能效果分析

一次風(fēng)機(jī)變頻改造前后的節(jié)能效果對(duì)比分析見表5。

表5 一次風(fēng)機(jī)變頻改造前后的節(jié)能效果對(duì)比

參數(shù)工況1工況2工況3工況41號(hào)/2號(hào)風(fēng)機(jī)1號(hào)/2號(hào)風(fēng)機(jī)1號(hào)/2號(hào)風(fēng)機(jī)1號(hào)/2號(hào)風(fēng)機(jī)試驗(yàn)負(fù)荷/MW改造前349.8300.1249.8200.1改造后350.3299.7243.6201.2入爐煤量/(t·h-1)改造前174.1145.2127.6116.1改造后171.5157.7148.387.7風(fēng)機(jī)電流/A改造前117.7/123.697.1/106.1106.3/103.489.4/92.8改造后111.5/109.574.7/75.171.6/67.343.6/39.5風(fēng)機(jī)耗功/kW改造前1 142.8/1 191.0951.5/1 006.41 042.8/913.5855.4/902.8改造后1 070.4/1 038.1878.6/843.8745.4/710.6466.2/421.32臺(tái)一次風(fēng)機(jī)節(jié)電量/kWh225.19285.41500.22870.74

由表5數(shù)據(jù)可知，2臺(tái)一次風(fēng)機(jī)經(jīng)過(guò)變頻調(diào)速改造，風(fēng)機(jī)電耗隨著負(fù)荷的降低呈現(xiàn)出較為明顯的下降趨勢(shì)(見圖2所示)；根據(jù)統(tǒng)計(jì)機(jī)組的負(fù)荷率基本在70%左右，機(jī)組年運(yùn)行小時(shí)按6 500 h，按工況2、工況3以及工況4運(yùn)行時(shí)間各占1/3考慮，計(jì)算得出2臺(tái)一次風(fēng)機(jī)變頻改造后的實(shí)際年節(jié)電量為358.0萬(wàn)kWh，年節(jié)電率可達(dá)到29.9%，節(jié)電效果非常顯著。

圖2 一次風(fēng)機(jī)變頻改造前后功率變化曲線

按上網(wǎng)電價(jià)0.382元計(jì)算，2臺(tái)一次風(fēng)機(jī)每年可為電廠節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用為137.0萬(wàn)元，2年之內(nèi)即可回收全部投資成本。

5 結(jié)論

a. 引風(fēng)機(jī)變頻改造后節(jié)電效果非常顯著，在機(jī)組80%以下的運(yùn)行負(fù)荷時(shí)段，風(fēng)機(jī)電流平均下降100 A左右，綜合平均節(jié)電率為40%；特別是變頻器取代液力耦合器后，極大提高了機(jī)組運(yùn)行的可靠性，大幅降低了廠用電率。

b. 一次風(fēng)機(jī)采用變頻改造同樣有著非常顯著的節(jié)電效果，機(jī)組在80%以下運(yùn)行負(fù)荷時(shí)段的電流下降20～50 A，平均年節(jié)電率約29.9%。

c. 風(fēng)機(jī)經(jīng)過(guò)變頻改造后不僅節(jié)能效果和控制特性得到改善，風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性也明顯提高，減少了運(yùn)行和維護(hù)工作量；電機(jī)實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)，降低了電機(jī)的故障率。

d. 從電網(wǎng)角度看，風(fēng)機(jī)變頻改造后的功率因數(shù)得到提高，相同負(fù)荷工況運(yùn)行時(shí)，變頻的高壓輸入電流明顯比工頻時(shí)小，這有利于節(jié)能和設(shè)備安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1] 《電力節(jié)能技術(shù)叢書》編委會(huì).電力節(jié)能技術(shù)叢書[M]．北京：中國(guó)電力出版社，2008.

[2] 蔣 勇.鍋爐引送風(fēng)機(jī)變頻替代液耦節(jié)能的實(shí)施與效益[J]．安徽電力，2011，28(7)：58-61.