600 MW機(jī)組引風(fēng)機(jī)選型裕度探討與節(jié)能改造

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(國(guó)電科學(xué)技術(shù)研究院，江蘇 南京 210031)

600 MW機(jī)組引風(fēng)機(jī)選型裕度探討與節(jié)能改造

寧新宇，王雙童

(國(guó)電科學(xué)技術(shù)研究院，江蘇 南京 210031)

在充分調(diào)研部分600 MW機(jī)組引風(fēng)機(jī)設(shè)備規(guī)范、實(shí)際運(yùn)行狀況的基礎(chǔ)上，分析引風(fēng)機(jī)選型的基本狀況，得出當(dāng)前引風(fēng)機(jī)存在選型偏大、電機(jī)容量與風(fēng)機(jī)容量不匹配等問(wèn)題，這既增加了機(jī)組的初期投資，又影響了設(shè)備的運(yùn)行效率和電耗；通過(guò)對(duì)比分析，建議引風(fēng)機(jī)選型的流量裕度控制在10%～15%，所匹配的電機(jī)功率可控制在2 800 kW以?xún)?nèi)。此外，對(duì)于選型偏大的引風(fēng)機(jī)，可根據(jù)機(jī)組的實(shí)際負(fù)荷情況進(jìn)行變頻改造。

600 MW機(jī)組；引風(fēng)機(jī)；選型裕度；節(jié)能；改造

0 前言

施行“上大壓小”政策之后，600 MW容量機(jī)組逐漸成為國(guó)內(nèi)電力行業(yè)的主力機(jī)組，并且為降低整個(gè)火力發(fā)電機(jī)組的能耗起到了積極作用[1-2]。當(dāng)前，對(duì)于600 MW容量機(jī)組鍋爐運(yùn)行和改造方面已有很多相關(guān)研究[3-6]，但對(duì)于輔機(jī)選型裕度方面的研究并不多見(jiàn)，彭紅文[7]、肖軍[8]就動(dòng)葉調(diào)節(jié)和靜葉可調(diào)軸流引風(fēng)機(jī)的選型進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性分析；趙國(guó)華等[9]就印度工程中因設(shè)計(jì)理念和邊界條件的差異，對(duì)火電廠(chǎng)鍋爐引風(fēng)機(jī)計(jì)算選型進(jìn)行比較、分析，得出印度火力發(fā)電廠(chǎng)工程中鍋爐風(fēng)機(jī)選型偏大的原因；祝文杰等[10]討論了不同類(lèi)型引風(fēng)機(jī)的效率隨負(fù)荷變化的特性，利用年費(fèi)用最小法得出引風(fēng)機(jī)與增壓風(fēng)機(jī)合并設(shè)置時(shí)，選用靜葉可調(diào)軸流式引風(fēng)機(jī)方案最優(yōu)的結(jié)論。

在本文中，選取近年來(lái)不同區(qū)域已投產(chǎn)的部分600 MW機(jī)組，依據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、設(shè)備的選型裕度、實(shí)際運(yùn)行狀況，對(duì)設(shè)備選型進(jìn)行了深入分析和研究，得到相關(guān)結(jié)論，同時(shí)分析了有關(guān)電廠(chǎng)引風(fēng)機(jī)節(jié)能改造的實(shí)際狀況，這些均可為新建機(jī)組的設(shè)備選型和已投產(chǎn)設(shè)備的節(jié)能改造提供相關(guān)參考。

1 設(shè)備概述

對(duì)于選取的部分600 MW容量機(jī)組引風(fēng)機(jī)，從統(tǒng)計(jì)來(lái)看，設(shè)備廠(chǎng)家主要包括成都電力機(jī)械廠(chǎng)(簡(jiǎn)稱(chēng)成電)、上海鼓風(fēng)機(jī)廠(chǎng)(簡(jiǎn)稱(chēng)上鼓)、ABB公司、Novenco公司等，型式主要為靜葉可調(diào)軸流式，部分為動(dòng)葉可調(diào)軸流式，少量為雙吸單速離心式、雙吸雙速離心式，引風(fēng)機(jī)全壓在3 500～6 600 Pa之間，最大流量在400～520 m3/s之間，風(fēng)機(jī)電機(jī)電壓基本上為6 kV，少量為10 kV，功率在2 300～6 000 kW之間，具體參數(shù)見(jiàn)表1。

2 選型分析與節(jié)能改造

2.1 選型分析

引風(fēng)機(jī)選型偏大將造成電廠(chǎng)初投資增大，運(yùn)行效率偏低、電耗偏高，所以合理的風(fēng)機(jī)選型有著重要意義。依據(jù)《大中型火力發(fā)電廠(chǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(2011版)(簡(jiǎn)稱(chēng)《大火規(guī)》)相關(guān)規(guī)定，對(duì)所選機(jī)組的風(fēng)機(jī)進(jìn)行分析。相關(guān)要求見(jiàn)表2。

表2 2011版規(guī)程引風(fēng)機(jī)流量和壓頭裕量基本要求

表1 600 MW機(jī)組引風(fēng)機(jī)主要性能參數(shù)

根據(jù)上述機(jī)組的設(shè)備狀況，就設(shè)備的設(shè)計(jì)參數(shù)與鍋爐BMCR工況下的熱力計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比，對(duì)流量裕度進(jìn)行分析。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看，引風(fēng)機(jī)平均流量裕度為17.07%，其中裕度大于30%的有0臺(tái)，主要分布在10%～30%之間，具體數(shù)據(jù)參見(jiàn)表3、表4。對(duì)于壓力裕度，從統(tǒng)計(jì)的部分?jǐn)?shù)據(jù)來(lái)看，其范圍在23.35%～46.11%之間，平均值為33.13%。

根據(jù)《大火規(guī)》不低于10%流量裕量設(shè)計(jì)要求，在統(tǒng)計(jì)的32臺(tái)機(jī)組中，有30臺(tái)機(jī)組達(dá)到設(shè)計(jì)要求，比例達(dá)到93.75%，但部分機(jī)組還是存在裕度偏大問(wèn)題，具體參見(jiàn)下文；依據(jù)《大火規(guī)》不低于20%壓力裕量的設(shè)計(jì)要求，設(shè)備選型壓力裕度均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

表3 引風(fēng)機(jī)選型參數(shù)與熱力計(jì)算值對(duì)比

注：“-”表示數(shù)據(jù)缺乏，下同。

表4 引風(fēng)機(jī)流量裕度分布情況

依據(jù)上述統(tǒng)計(jì)結(jié)果，對(duì)引風(fēng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行狀況與設(shè)計(jì)狀況進(jìn)行對(duì)比。從表5和表6的結(jié)果來(lái)看，所列舉的引風(fēng)機(jī)滿(mǎn)負(fù)荷下運(yùn)行電流與設(shè)計(jì)電流的比值范圍為39.24%～74.21%。為進(jìn)一步分析其實(shí)際運(yùn)行狀況，以流量裕度較小的河北龍山#2機(jī)組、河南民權(quán)#2機(jī)組和江西黃金埠#1機(jī)組的引風(fēng)機(jī)為例，這三臺(tái)機(jī)組引風(fēng)機(jī)的流量裕量分別為16.66%、14.03%、14.45%；在滿(mǎn)負(fù)荷下，相應(yīng)的運(yùn)行電流與額定值的比值分別為68.50%、58.25%、64.88%，說(shuō)明設(shè)備還具有較大的電流裕度，相應(yīng)的靜葉開(kāi)度分別為81.0%、75.0%、88.2%；依據(jù)《大火規(guī)》引風(fēng)機(jī)的流量裕度不低于10%，從實(shí)際運(yùn)行來(lái)看，流量裕度在10%～15%即可滿(mǎn)足運(yùn)行要求，廠(chǎng)家可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選取。當(dāng)前引風(fēng)機(jī)選型偏大的問(wèn)題，其原因主要是在最初的設(shè)計(jì)選型階段，設(shè)備廠(chǎng)家和設(shè)計(jì)單位修正系數(shù)疊加的結(jié)果。

表5 引風(fēng)機(jī)選型參數(shù)與熱力計(jì)算值對(duì)比

注：“*”表示風(fēng)機(jī)進(jìn)行了變頻改造。

表6 風(fēng)機(jī)選型流量裕度與匹配電機(jī)數(shù)據(jù)對(duì)比

結(jié)合表5、表6還可以看出，引風(fēng)機(jī)的電流裕度與流量裕度存在不匹配的問(wèn)題，如遼寧莊河引風(fēng)機(jī)的流量裕度為22.27%，其滿(mǎn)負(fù)荷下實(shí)際運(yùn)行電流與額定值的比值約為72.7%，而河南民權(quán)引風(fēng)機(jī)的流量裕度為14.03%，其滿(mǎn)負(fù)荷下運(yùn)行電流與額定值的比值約為58.25%，對(duì)比來(lái)看，按照風(fēng)機(jī)流量、功率與轉(zhuǎn)速的對(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)看，引風(fēng)機(jī)本身容量與所配電機(jī)存在不匹配的問(wèn)題。根據(jù)相似原理[11]，對(duì)于同一設(shè)備，假定工質(zhì)一致，風(fēng)機(jī)流量(Q)與轉(zhuǎn)速(n)成正比，功率(P)與轉(zhuǎn)速(n)的立方成正比，且在電壓(U)一定，功率因素cos(φ)變化不大[12]的情況下，功率(P)與電流(I)成正比，具體如下

Q1/Q2=n1/n2

(1)

P1/P2=(n1/n2)3

(2)

P=(3)1/2·UIcos(φ)

(3)

結(jié)合式(1)、式(2)、式(3)，可得

I1=I2·(Q1/Q2)3

(4)

因此對(duì)計(jì)算的風(fēng)機(jī)電流與額定值進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)已有數(shù)據(jù)，對(duì)于未進(jìn)行變頻改造的引風(fēng)機(jī)，從計(jì)算結(jié)果來(lái)看，計(jì)算值與設(shè)計(jì)值比值的平均值為1.09，且大部分機(jī)組的比值大于1，說(shuō)明引風(fēng)機(jī)存在“小馬拉大車(chē)”的問(wèn)題，也印證了前述中的推論。從計(jì)算結(jié)果來(lái)看，只有黑龍江雙鴨山#6機(jī)組和江西黃金埠#1機(jī)組的引風(fēng)機(jī)容量與電機(jī)容量匹配較好，遼寧莊河的匹配最差，這造成初投資的增大，影響設(shè)備的運(yùn)行效率。具體數(shù)據(jù)參見(jiàn)表7。

表7 計(jì)算電機(jī)功率對(duì)比分析

表8 600 MW機(jī)組各風(fēng)機(jī)電耗情況對(duì)比(%)

注：“*”表示風(fēng)機(jī)進(jìn)行了變頻改造。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，當(dāng)前引風(fēng)機(jī)電機(jī)的平均額定功率為3 437 kW，平均流量裕度為17.07%；根據(jù)前述的相關(guān)推導(dǎo)，以引風(fēng)機(jī)電機(jī)容量匹配較好，流量裕度偏差最小的江西黃金埠#1機(jī)組為例，依據(jù)相似原理，以15%的流量裕度進(jìn)行估算，結(jié)合已有的數(shù)據(jù)，對(duì)于600 MW容量機(jī)組，選用靜葉可調(diào)引風(fēng)機(jī)時(shí)，在風(fēng)機(jī)流量裕度合適的情況下，電機(jī)功率可以控制在2 800 kW以?xún)?nèi)。

根據(jù)上述機(jī)組近幾年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)[3]，引風(fēng)機(jī)的平均耗電率為0.68%，占全廠(chǎng)的為0.68%，其中山東費(fèi)縣#1/#2機(jī)組和湖北荊門(mén)#6/#7機(jī)組的引風(fēng)機(jī)耗電率占全廠(chǎng)比例最低，其值為0.52%，湖南益陽(yáng)#3/#4機(jī)組的最高，其值為0.89%。將表6和表8結(jié)合起來(lái)分析，可以看出耗電率高的風(fēng)機(jī)，其電機(jī)本身的額定功率相對(duì)也較高。根據(jù)前述數(shù)據(jù)，江西黃金埠引風(fēng)機(jī)的耗電率也相對(duì)較低，與進(jìn)行了變頻改造的湖北荊門(mén)相接近，這說(shuō)明風(fēng)機(jī)合理選型能夠降低耗電率，還說(shuō)明變頻改造也能夠有效降低耗電率，與相關(guān)文獻(xiàn)的結(jié)論一致[14-17]。

2.2 節(jié)能改造

對(duì)于引風(fēng)機(jī)選型偏大的問(wèn)題，相關(guān)機(jī)組主要進(jìn)行變頻改造，改造后運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性較改造前有明顯提高[14-16]，以安徽銅陵的#2機(jī)組成電生產(chǎn)的型號(hào)為(AN+X33e6(V13+4°))的引風(fēng)機(jī)為例，為提高設(shè)備運(yùn)行效率，改造后節(jié)能效果明顯，引風(fēng)機(jī)單耗由0.78%降至0.63%，日均節(jié)約電量15 000 kW·h，大概4年收回投產(chǎn)成本；同時(shí)改造后調(diào)節(jié)控制方式由靜葉調(diào)節(jié)改為變頻自動(dòng)調(diào)節(jié)，此調(diào)節(jié)方式精度高、平穩(wěn)，電機(jī)啟動(dòng)沖擊電流小[18]。對(duì)于變頻后的引風(fēng)機(jī)，還應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)，即進(jìn)行變頻器電機(jī)轉(zhuǎn)速與葉片開(kāi)度之間的配合，這樣可提高設(shè)備的運(yùn)行效率，降低廠(chǎng)用電率[19]。

當(dāng)前由于新污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，各火力發(fā)電機(jī)組需要增加脫硝裝置，導(dǎo)致部分機(jī)組需要進(jìn)行引風(fēng)機(jī)的改造，因此，脫硫增壓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)二合一的改造成為一種趨勢(shì)，以黑龍江雙鴨山型號(hào)為AN37E6的引風(fēng)機(jī)為例[20]，進(jìn)行二合一改造，在75%BMCR負(fù)荷下，引風(fēng)機(jī)電耗約只有原增壓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)電耗之和的76%，節(jié)能效果顯著。

3 結(jié)論

(1)600 MW機(jī)組引風(fēng)機(jī)選型存在偏大、電機(jī)與風(fēng)機(jī)不匹配的問(wèn)題;

(2)建議600 MW機(jī)組引風(fēng)機(jī)的流量裕度可控制在10%～15%范圍內(nèi)，并考慮一定的溫度裕量;

(3)對(duì)于600 MW機(jī)組，靜葉可調(diào)軸流引風(fēng)機(jī)的匹配電機(jī)容量可控制在2 800 kW以?xún)?nèi);

(4)建議對(duì)選型裕量較大，機(jī)組負(fù)荷率較低的引風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造，可提高其經(jīng)濟(jì)性；變頻后的設(shè)備應(yīng)進(jìn)行變頻轉(zhuǎn)速與葉片開(kāi)度的優(yōu)化試驗(yàn)；此外，對(duì)于因脫硝改造導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)出力不足的機(jī)組，可考慮進(jìn)行引增合一改造。

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TheLectotypeMarginAnalysisandEnergy-savingRetrofitofInducedDraftFanfor600MWUnits

NING Xin-Yu,WANG Shuang-Tong

(Guodian Science and Technology Research Institute, Nanjing 210031,China)

Depending on the full investigation of equipment code and practical operation state of induced draft fan for some 600MW units, the lectotype margin of which were analyzed. The results showed that the lectotype margin of induced draft fan was larger, and the electric motor didn’t match the induced draft fan, which increased the initial investment and influenced the operation efficiency and power consumption. And it was suggested that the rate of flow lectotype margin of induced draft fan be controlled between 10% and 15%, the power of motor for it in the 600MW power plant be in excess of 2800kW. According to the unit’s actual load, frequency conversion retrofit could be considered , when the rate of flow lectotype margin of induced draft fan was larger.

600 MW units；induced draft fan;lectotype margin;energy-saving;retrofit

2013-08-21修訂稿日期2013-10-13

寧新宇(1981～)，男，碩士，工程師，研究方向?yàn)殡姀S(chǎng)鍋爐主輔機(jī)節(jié)能技術(shù)，鍋爐煤粉燃燒和制粉系統(tǒng)優(yōu)化。

TK223.26

A

1002-6339 (2014) 03-0354-05