600 MW機組超低負(fù)荷調(diào)峰中三大風(fēng)機運行穩(wěn)定性分析

陳曉文， 趙興春， 黃 成， 鄭冠捷， 劉立成， 王 鋒

(1. 黃河上游水電開發(fā)有限責(zé)任公司， 西寧 810000； 2. 西北電力設(shè)計院， 西安 710075； 3. 華電江蘇能源有限公司句容發(fā)電廠， 江蘇鎮(zhèn)江 212400)

600 MW機組超低負(fù)荷調(diào)峰中三大風(fēng)機運行穩(wěn)定性分析

陳曉文1， 趙興春2， 黃 成3， 鄭冠捷2， 劉立成2， 王 鋒2

(1. 黃河上游水電開發(fā)有限責(zé)任公司， 西寧 810000； 2. 西北電力設(shè)計院， 西安 710075； 3. 華電江蘇能源有限公司句容發(fā)電廠， 江蘇鎮(zhèn)江 212400)

為了滿足機組超低負(fù)荷調(diào)峰的新要求，以某600 MW機組為基礎(chǔ)，對三大風(fēng)機在15%THA和20%THA負(fù)荷下的穩(wěn)定性進(jìn)行分析。結(jié)果表明：送風(fēng)機和引風(fēng)機在各種運行組合條件下，均在穩(wěn)定區(qū)域;當(dāng)運行2臺磨煤機時,一次風(fēng)機可以穩(wěn)定運行;當(dāng)僅投運單臺磨煤機時，一次風(fēng)機運行在失速點附近，存在不穩(wěn)定性。

火電廠； 超低負(fù)荷； 風(fēng)機； 調(diào)峰

隨著風(fēng)電在“三北”地區(qū)并網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，冬季供暖期負(fù)荷低谷時段的“棄風(fēng)”現(xiàn)象越來越嚴(yán)重[1-2]，其主要原因在于這些地區(qū)電網(wǎng)中占主體地位的大量熱電機組因供熱而無法調(diào)峰，導(dǎo)致夜間低谷時段系統(tǒng)強迫出力過高，風(fēng)電上網(wǎng)空間不足[3]。為了緩解此類現(xiàn)象，2016年6月國家能源局發(fā)布了《關(guān)于下達(dá)火電靈活性改造試點項目的通知》，要求部分電廠進(jìn)行靈活性改造，以滿足深度調(diào)峰要求。鍋爐本體及其輔助設(shè)備在超低負(fù)荷下的安全穩(wěn)定性是靈活性改造的關(guān)鍵所在。筆者以某600 MW機組為研究對象，對三大風(fēng)機在超低負(fù)荷下的穩(wěn)定性進(jìn)行分析。

1 機組概況

研究風(fēng)機在超低負(fù)荷下的穩(wěn)定性，主要是分析機組在超低負(fù)荷下所需流量和壓頭與風(fēng)機特性的匹配性。風(fēng)機流量主要與煤質(zhì)條件和鍋爐負(fù)荷有關(guān)；風(fēng)機壓頭與煙風(fēng)制粉系統(tǒng)各個設(shè)備均有一定關(guān)系。

1.1鍋爐

該鍋爐為高效超超臨界直流爐、單爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、緊身封閉布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)、前后墻對沖燃燒方式，旋流燃燒器、П形燃煤鍋爐。

鍋爐主要參數(shù)見表1。

表1 鍋爐主要參數(shù)

1.2煙風(fēng)制粉系統(tǒng)

制粉系統(tǒng)采用中速磨煤機冷一次風(fēng)機正壓直吹式系統(tǒng)設(shè)計，每臺鍋爐配備6臺磨煤機。燃燒設(shè)計煤時，5臺磨煤機運行能滿足鍋爐最大連續(xù)出力時對燃煤量的要求的120%，另外1臺備用。

煙風(fēng)系統(tǒng)采用平衡通風(fēng)設(shè)計，三大風(fēng)機均采用動葉可調(diào)軸流風(fēng)機，雙列布置，其參數(shù)見表2。

表2 三大風(fēng)機參數(shù)

2 送風(fēng)機和一次風(fēng)機穩(wěn)定性分析

2.1超低負(fù)荷條件下一、二次風(fēng)量分析

在特定的負(fù)荷條件下，進(jìn)入爐膛總風(fēng)量大致相同，但一次風(fēng)率隨磨煤機的投運臺數(shù)有較大變化，在15%THA和20%THA條件下，磨煤機可能投運1臺，也可能投運2臺。在超低負(fù)荷條件下，鍋爐穩(wěn)燃尤為重要，對于單個燃燒器來說，需要獲得高煤粉濃度、高氧量、高回吸煙氣溫度更有利于穩(wěn)燃，此時單磨煤機運行更有利。但對于鍋爐整體來說，雙層燃燒器相互扶持更有利于穩(wěn)燃，且1臺磨煤機跳磨時不會造成非停事故。表3為單、雙磨煤機運行時的風(fēng)量計算結(jié)果。

表3 超低負(fù)荷下為單、雙磨煤機運行時風(fēng)機風(fēng)量計算結(jié)果

2.2超低負(fù)荷條件下一、二次風(fēng)壓頭分析

2.2.1 送風(fēng)機壓頭

送風(fēng)機需要克服的阻力主要有：風(fēng)道阻力、暖風(fēng)器阻力、空氣預(yù)熱器本體阻力、燃燒器阻力等。風(fēng)道和暖風(fēng)器的阻力與流量平方成正比，但燃燒器在低負(fù)荷工況會相應(yīng)減少其投運數(shù)量，且燃燒器必須保證一定的射流速度，所以其阻力變化不大?？諝忸A(yù)熱器本身阻力與風(fēng)量平方成正比，但由于空氣預(yù)熱器低負(fù)荷易堵灰，堵灰后阻力會大幅上升，由于目前超低負(fù)荷工況下空氣預(yù)熱器吹灰壓差設(shè)定值與正常工況一樣，所以在超低負(fù)荷工況下，空氣預(yù)熱器阻力也有達(dá)到滿負(fù)荷工況阻力的可能性。

在超低負(fù)荷下煙風(fēng)系統(tǒng)單列運行也是有可能的，煙風(fēng)系統(tǒng)單列運行對阻力也有直接影響。具體阻力分析數(shù)據(jù)見表4。

表4 送風(fēng)機超低負(fù)荷阻力分析數(shù)據(jù) Pa

2.2.2 一次風(fēng)機壓頭

一次風(fēng)機需要克服的阻力主要有：風(fēng)道阻力、暖風(fēng)器阻力、空氣預(yù)熱器本體阻力、燃燒器阻力、送粉管道阻力、磨煤機阻力等。一次風(fēng)道母管、暖風(fēng)器、燃燒器、空氣預(yù)熱器阻力在低負(fù)荷情況與第2.2.1節(jié)中描述的送風(fēng)機側(cè)阻力變化原理相同，不再重復(fù)描述。

至磨煤機的一次風(fēng)支管、送粉管道阻力與磨煤機投運臺數(shù)及粉量、風(fēng)量有關(guān)。磨煤機本體阻力與負(fù)荷沒有直接比例關(guān)系。磨煤機阻力與負(fù)荷關(guān)系曲線見圖1[4]。一次風(fēng)機超低負(fù)荷下具體阻力分析數(shù)據(jù)見表5。

1—通風(fēng)量隨出力變化；2—30%擋板開度下的阻力變化。

表5 一次風(fēng)機超低負(fù)荷阻力分析數(shù)據(jù) Pa

2.3超低負(fù)荷條件下送、一次風(fēng)機穩(wěn)定性分析

風(fēng)機的穩(wěn)定性主要取決于運行點所需的風(fēng)量和壓頭與風(fēng)機本身特性的匹配性，具體表現(xiàn)為運行點是否在風(fēng)機性能曲線的穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)。

風(fēng)機性能曲線上以比功Y來表征壓頭。

(1)

經(jīng)過流量和壓頭折算，超低負(fù)荷點在風(fēng)機特性曲線上的位置見圖2。

圖2 超低負(fù)荷點在風(fēng)機特性曲線上的位置

從圖2可見：15%THA和20%THA工況下，不管單、雙磨煤機運行還是風(fēng)機單雙列運行，送風(fēng)機均可運行在穩(wěn)定區(qū)域，可以安全運行。

單磨煤機運行時，由于磨煤機本體和送粉管道阻力過大，導(dǎo)致運行點在失速點附近，最大阻力點均已經(jīng)在失速區(qū)域，運行不安全，實際運行時應(yīng)避免該工況出現(xiàn)；但雙磨煤機運行時，一次風(fēng)機均可運行在穩(wěn)定區(qū)域，所以運行是穩(wěn)定的。

3 引風(fēng)機穩(wěn)定性分析

3.1超低負(fù)荷條件下引風(fēng)機風(fēng)量分析

引風(fēng)機風(fēng)量僅與負(fù)荷及煤質(zhì)條件有關(guān)，低溫省煤器投運會影響風(fēng)機體積流量，經(jīng)過核算，超低負(fù)荷下引風(fēng)機風(fēng)量見表6。

表6 超低負(fù)荷下引風(fēng)機風(fēng)量分析

3.2超低負(fù)荷條件下引風(fēng)機風(fēng)壓頭分析

引風(fēng)機需要克服的阻力主要有：煙道阻力、脫硝島阻力、空氣預(yù)熱器本體阻力、除塵器阻力、低溫省煤器阻力、脫硫島阻力等。

煙道、除塵器阻力與流量平方成正比；低溫省煤器阻力、空氣預(yù)熱器、脫硝島存在堵灰情況，因此其低負(fù)荷最大阻力取BMCR工況阻力；鍋爐本體對流受熱面也會積灰，但其積灰引起的阻力變化要比脫硝島和空氣預(yù)熱器積灰引起的阻力變化小得多，因此忽略不計。

脫硫塔阻力主要是由于噴淋層造成的，脫硫系統(tǒng)阻力跟噴淋層的投入數(shù)量有直接關(guān)系，研究工程采用石膏濕法雙塔雙循環(huán)脫硫裝置，共5層噴淋。為了確保環(huán)保指標(biāo)，在超低負(fù)荷工況下一般投運2層噴淋層，所以低負(fù)荷工況下脫硫阻力按0.4倍BMCR工況下阻力計算。具體阻力分析數(shù)據(jù)見表7。

表7 引風(fēng)機超低負(fù)荷阻力分析數(shù)據(jù)表 Pa

3.3超低負(fù)荷條件下引風(fēng)機穩(wěn)定性分析

經(jīng)過流量和壓頭折算，超低負(fù)荷點在引風(fēng)機特性曲線上的位置見圖3。

圖3 超低負(fù)荷點在引風(fēng)機特性曲線上的位置

從圖3可見：15%THA和20%THA工況下，風(fēng)機單、雙列運行，低溫省煤器投運或解列工況，引風(fēng)機工況點均在穩(wěn)定區(qū)域，可以安全穩(wěn)定運行。

4 結(jié)語

(1) 600 MW機組動葉可調(diào)軸流式送風(fēng)機在15%THA、20%THA工況下，單列運行、雙列運行均在穩(wěn)定區(qū)域，可以安全運行。

(2) 600 MW機組動葉可調(diào)軸流式一次風(fēng)機在15%THA、20%THA工況下，當(dāng)2臺磨煤機運行時，風(fēng)機可安全運行；當(dāng)單臺磨煤機運行時，風(fēng)機單列、雙列運行均在失速點附近，運行不安全，建議在超低負(fù)荷時避免該組合出現(xiàn)。

(3) 600 MW機組動葉可調(diào)軸流式引風(fēng)機在15%THA、20%THA工況下，單列運行、雙列運行均在穩(wěn)定區(qū)域，可以安全運行；低溫省煤器是否投運對超低負(fù)荷下引風(fēng)機穩(wěn)定性影響不大。

[1] 國家電力監(jiān)管委員會. 風(fēng)電、光伏發(fā)電情況監(jiān)管報告[R]. 北京: 國家電力監(jiān)管委員, 2011.

[2] 國家電力監(jiān)管委員會. 重點區(qū)域風(fēng)電消納監(jiān)管報告[R]. 北京: 國家電力監(jiān)管委員會, 2012.

[3] 朱凌志, 陳寧, 韓華玲. 風(fēng)電消納關(guān)鍵問題及應(yīng)對措施分析[J]. 電力系統(tǒng)自動化, 2011, 35(22): 29-34.

[4] 中國電力企業(yè)聯(lián)合會. 火力發(fā)電廠制粉系統(tǒng)設(shè)計計算技術(shù)規(guī)定: DL/T 5145—2012[S]. 北京: 中國電力出版社, 2012.

AnalysisonOperationStabilityofPA,FDandIDFanduringPeak-shavingUltra-lowLoadOperationofa600MWUnit

Chen Xiaowen1, Zhao Xingchun2, Huang Cheng3, Zheng Guanjie2, Liu Lichen2, Wang Feng2

(1. Huanghe Hydropower Development Co., Ltd., Xining 810000, China; 2. Northwest Electric Power Design Institute Co., Ltd., Xi’an 7100750, China; 3. Jurong Power Plant, Jiangsu Huadian Energy Co., Ltd., Zhenjiang 212400, Jiangsu Province, China)

To satisfy the new requirement of ultra-low load operation during peak-shaving period of a 600 MW unit, an analysis was conducted on the operation stability of its PA, FD and ID fan respectively at 15% THA and 20% THA load. Results show that both the FD and ID fan run in the stable range under different conditions. The PA fan runs stably when two coal mills are put into operation. However, the PA fan works near the stall point when only a single mill is operated, indicating that there exists potential risk of unstable operation of the PA fan.

thermal power plant; ultra-low load; fan; peak shaving

2017-04-27；

2017-05-19

陳曉文(1970—)，男，高級工程師，從事電廠熱力系統(tǒng)經(jīng)濟性分析計算、環(huán)保節(jié)能分析。E-mail: cxwdx1@163.com

TK223.26

A

1671-086X(2017)06-0456-05