1000MW機(jī)組引增合一改造的應(yīng)用和分析

顧 偉，劉述軍

（銅山華潤(rùn)電力有限公司，江蘇 徐州 221116）

1 概述

銅山華潤(rùn)電力有限公司5號(hào)機(jī)組為國(guó)產(chǎn)1 000MW超超臨界壓力燃煤發(fā)電機(jī)組，鍋爐為上海鍋爐廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)的超超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行螺旋管圈水冷壁塔式直流爐。主要技術(shù)參數(shù)見表1，同期建設(shè)有脫硝裝置。鍋爐煙氣系統(tǒng)配置兩臺(tái)成都電力機(jī)械廠生產(chǎn)的AN42e6（V19-1°）型靜葉調(diào)節(jié)軸流式引風(fēng)機(jī)。脫硫系統(tǒng)配備兩臺(tái)由上海鼓風(fēng)機(jī)廠有限公司生產(chǎn)的RAF40-20-1型動(dòng)葉調(diào)節(jié)軸流式風(fēng)機(jī)，設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。

自機(jī)組投運(yùn)以來(lái)，風(fēng)機(jī)存在運(yùn)行開度偏低，電耗偏高的情況，具體見表3。為了簡(jiǎn)化系統(tǒng)、提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、節(jié)省用電以及配合后續(xù)的節(jié)能技術(shù)改造，擬進(jìn)行引風(fēng)機(jī)與增壓風(fēng)機(jī)的改造，本文論述分析了改造方案的選擇及改造效果。

表1 鍋爐主要技術(shù)參數(shù)

表2 引風(fēng)機(jī)、增壓風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)性能參數(shù)

2 引風(fēng)機(jī)、增壓風(fēng)機(jī)摸底試驗(yàn)

5號(hào)機(jī)組1 000MW負(fù)荷引風(fēng)機(jī)、增壓風(fēng)機(jī)熱態(tài)性能試驗(yàn)主要運(yùn)行參數(shù)及試驗(yàn)數(shù)據(jù)與計(jì)算結(jié)果見表3。將試驗(yàn)的最大負(fù)荷工況（1 000MW）所對(duì)應(yīng)的引風(fēng)機(jī)、增壓風(fēng)機(jī)實(shí)測(cè)參數(shù)按鍋爐蒸發(fā)量（用給水流量為基準(zhǔn)）及實(shí)測(cè)煙風(fēng)系統(tǒng)、脫硫系統(tǒng)阻力曲線換算到鍋爐BMCR工況下的參數(shù)，并與其BMCR設(shè)計(jì)值進(jìn)行比較（見表3）。引風(fēng)機(jī)實(shí)測(cè)風(fēng)量與設(shè)計(jì)值比較接近，偏大4.8%；但實(shí)測(cè)風(fēng)壓卻要明顯小于設(shè)計(jì)壓力，偏小約23%。

表3 5號(hào)機(jī)組引風(fēng)機(jī)、增壓風(fēng)機(jī)熱態(tài)試驗(yàn)主要結(jié)果

3 引風(fēng)機(jī)改造方案

3.1 風(fēng)機(jī)參數(shù)選擇

在試驗(yàn)結(jié)果和不同負(fù)荷下有關(guān)運(yùn)行參數(shù)的基礎(chǔ)上，并考慮技改（增加脫硝層、空預(yù)器改造、加裝低溫省煤器）及煙道優(yōu)化的影響，經(jīng)過(guò)理論校核計(jì)算后，提出合并后新引風(fēng)機(jī)改造初步設(shè)計(jì)參數(shù)如表4所示。

表4 新引風(fēng)機(jī)改造設(shè)計(jì)參數(shù)

3.2 風(fēng)機(jī)型式選擇

由于現(xiàn)有引風(fēng)機(jī)為靜調(diào)軸流風(fēng)機(jī)，為節(jié)省改造費(fèi)用和縮短工期，風(fēng)機(jī)改造方案計(jì)劃在現(xiàn)有引風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)上分別采用靜調(diào)和動(dòng)調(diào)軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行合并改造，由新引風(fēng)機(jī)克服脫硫系統(tǒng)的阻力以及新增設(shè)備的阻力。綜合考慮初投資、運(yùn)行可靠性、經(jīng)濟(jì)性以及技改新增設(shè)備的阻力影響（不含煙道優(yōu)化布置），合并后的引風(fēng)機(jī)采用動(dòng)葉可調(diào)軸流式。優(yōu)化前后的參數(shù)及經(jīng)濟(jì)性對(duì)比如表5所示。

優(yōu)化方案的主要特點(diǎn)如下：煙氣系統(tǒng)調(diào)節(jié)對(duì)象單一，響應(yīng)負(fù)荷變化迅速、準(zhǔn)確；運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單；初投資較低；風(fēng)機(jī)年運(yùn)行耗電量較低，經(jīng)濟(jì)性較好。

表5 引、增壓風(fēng)機(jī)靜調(diào)和動(dòng)調(diào)合并節(jié)能改造運(yùn)行后的耗能估算表

3.3 風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)形式選擇

目前引風(fēng)機(jī)和增壓風(fēng)機(jī)合并后由于電機(jī)功率較大，所以對(duì)合并后的聯(lián)合風(fēng)機(jī)可以采用兩種驅(qū)動(dòng)方式，一為電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)；二為小汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)。

3.3.1 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)

電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)可分為兩種：①加裝高壓變頻器啟動(dòng)運(yùn)行，可減少對(duì)啟動(dòng)電壓的影響，但是設(shè)備初投資大，占用場(chǎng)地大，且8 200kW的變頻器在國(guó)內(nèi)電廠中無(wú)應(yīng)用實(shí)例，安全可靠性偏低，故不建議使用；②常規(guī)定速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)速為745rpm。根據(jù)初步風(fēng)機(jī)選型，增壓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)合一后，風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)功率為8 200kW。受6kV高廠變的容量限制，為保證電機(jī)啟動(dòng)時(shí)母線電壓的壓降滿足規(guī)定要求，新引風(fēng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)必須按起動(dòng)電流倍數(shù)≤4.5倍、ηCOS?≥0.8來(lái)選型設(shè)計(jì)。

采用常規(guī)電動(dòng)機(jī)方案主要特點(diǎn)如下。

（1）初投資費(fèi)用較省，約750萬(wàn)；

（2）設(shè)備占用場(chǎng)地小；

（3）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于運(yùn)行操作；

（4）檢修維護(hù)工作量小、費(fèi)用低；

（5）技術(shù)成熟，可靠性強(qiáng)。

3.3.2 小汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)

小汽輪機(jī)的形式也有兩種，一是常規(guī)凝汽式小汽輪機(jī)，二是回?zé)崾叫∑啓C(jī)驅(qū)動(dòng)。由于回?zé)崾郊夹g(shù)比凝汽式技術(shù)更經(jīng)濟(jì)，不需要單設(shè)凝汽器和循環(huán)水，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，因此，本工程按回?zé)崾郊夹g(shù)分析。將一級(jí)再熱器出口抽汽作為小汽輪機(jī)的驅(qū)動(dòng)蒸汽。做功后的排汽接到除氧器，緊急工況溢流5號(hào)低加，同時(shí)為了滿足機(jī)組啟動(dòng)需求，每臺(tái)機(jī)組需保留原先的一臺(tái)電動(dòng)引風(fēng)機(jī)作為啟動(dòng)風(fēng)機(jī)用。

小汽機(jī)驅(qū)動(dòng)方案的主要特點(diǎn)如下：

（1）初投資大，約5 300萬(wàn)元；

（2）設(shè)備占用場(chǎng)地大；

（3）系統(tǒng)較為復(fù)雜，設(shè)備故障點(diǎn)增多，運(yùn)行操作難度較高；

（4）維護(hù)工作量大，維護(hù)費(fèi)用增加，每年增加運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用約50萬(wàn)元；

（5）可以大幅降低廠用電率約1.1%，并消除大電機(jī)啟動(dòng)電流對(duì)廠用電系統(tǒng)的影響；

（6）投資回收期較長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)性較好；

（7）小汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)是一項(xiàng)新技術(shù)，投運(yùn)業(yè)績(jī)還是較少；

（8）風(fēng)機(jī)變速運(yùn)行存在共振的風(fēng)險(xiǎn)。

風(fēng)機(jī)小汽機(jī)驅(qū)動(dòng)改造現(xiàn)場(chǎng)改造量比較大、前期投資費(fèi)用高，同時(shí)經(jīng)濟(jì)回收效益有限，一般投資回收年限較長(zhǎng)。而且小汽機(jī)拖動(dòng)后系統(tǒng)設(shè)備復(fù)雜，同時(shí)風(fēng)機(jī)變速運(yùn)行，小汽機(jī)拖動(dòng)后設(shè)備安全穩(wěn)定性會(huì)有所下降，考慮到現(xiàn)有電廠電網(wǎng)容量可以滿足風(fēng)機(jī)合并后大容量電機(jī)的啟動(dòng)需求，因此本工程推薦采用動(dòng)調(diào)電動(dòng)風(fēng)機(jī)改造方案。

3.4 引風(fēng)機(jī)、增壓風(fēng)機(jī)合并后的煙道優(yōu)化

進(jìn)行引、增壓風(fēng)機(jī)合并改造，增壓風(fēng)機(jī)相關(guān)系統(tǒng)需拆除，這就留出了管網(wǎng)煙道的優(yōu)化空間。為了達(dá)到最佳節(jié)能效果，考慮對(duì)引風(fēng)機(jī)出口至脫硫吸收塔入口之間的煙道進(jìn)行整體優(yōu)化，由于此段阻力較大（滿負(fù)荷實(shí)測(cè)阻力約590Pa），按照改造經(jīng)驗(yàn)煙道優(yōu)化后滿負(fù)荷時(shí)系統(tǒng)阻力可以下降400 Pa。表6結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)及風(fēng)機(jī)合并改造方案對(duì)煙道整體優(yōu)化改造后的節(jié)能效果進(jìn)行了預(yù)估。

表6 風(fēng)機(jī)合并后煙道整體優(yōu)化節(jié)能估算表

4 改造效果

在保證風(fēng)機(jī)足夠裕量的同時(shí)，進(jìn)一步挖掘節(jié)能潛力，風(fēng)機(jī)的選型參數(shù)又繼續(xù)優(yōu)化，電機(jī)功率降至7 800kW。新引風(fēng)機(jī)改造完成后進(jìn)行了熱態(tài)性能試驗(yàn)，改造前后的試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。由表7可見，在機(jī)組1 000MW滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，引風(fēng)機(jī)、增壓風(fēng)機(jī)合并改造后引風(fēng)機(jī)節(jié)電達(dá)3 208 kW／h，將使廠用電率下降0.32%，節(jié)電效果顯著。上網(wǎng)電價(jià)按0.44元／（kW·h）計(jì)，年運(yùn)行時(shí)間按7 500h計(jì)，年負(fù)荷率按70%計(jì)算，每臺(tái)風(fēng)機(jī)年節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用約774萬(wàn)元。實(shí)際改造投資費(fèi)用1 400萬(wàn)元，可在2年內(nèi)得到回收，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

表7 改造前后滿負(fù)荷試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表