泰州電廠二次再熱機(jī)組煙風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

楊雪平，姚向昱，朱佳琪，李 林，陳仁杰

(華東電力設(shè)計(jì)院有限公司，上海 200063)

泰州電廠二次再熱機(jī)組煙風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

楊雪平，姚向昱，朱佳琪，李 林，陳仁杰

(華東電力設(shè)計(jì)院有限公司，上海 200063)

本文介紹了國(guó)電泰州電廠二期2×1000 MW工程鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，結(jié)合百萬(wàn)機(jī)組首次采用二次再熱鍋爐的現(xiàn)狀，對(duì)二次再熱鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)的選型設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。

煙風(fēng)系統(tǒng)；送風(fēng)機(jī)；一次風(fēng)機(jī)；引風(fēng)機(jī)；二次再熱。

隨著化石燃料的枯竭以及國(guó)際社會(huì)對(duì)電廠CO2排放限制的增強(qiáng)，發(fā)展高參數(shù)大容量的超超臨界機(jī)組、提高火電機(jī)組發(fā)電效率、降低污染物及CO2排放成為我國(guó)電力行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。采用二次再熱技術(shù)可進(jìn)一步提高超超臨界機(jī)組的熱效率，是超超臨界高效燃煤發(fā)電技術(shù)的發(fā)展方向。

國(guó)電泰州電廠二期二次再熱1000 MW工程采用上海鍋爐廠生產(chǎn)的二次再熱塔式鍋爐，本文針對(duì)該工程煙風(fēng)系統(tǒng)的選型設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。

1 機(jī)組條件

1.1 二次再熱鍋爐

鍋爐為超超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行螺旋管圈水冷壁直流爐，單爐膛、二次中間再熱、采用四角切圓燃燒方式、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼懸吊結(jié)構(gòu)、塔式、露天布置燃煤鍋爐。

每臺(tái)磨煤機(jī)引出4根煤粉管道到爐膛四角，爐外安裝煤粉分配裝置，每根管道分配成兩根管道分別同兩個(gè)一次風(fēng)噴嘴相連，共計(jì)48只直流式燃燒器分12層布置于爐膛下部四角(每?jī)蓚€(gè)煤粉噴嘴為一層)，在爐膛中呈四角切圓方式燃燒。

1.2 煤質(zhì)資料

本工程以神華煙煤作為設(shè)計(jì)煤種；滿世混煤為校核煤種1；東北煤為校核煤種2。煤質(zhì)分析資料見(jiàn)表1。

2 煙風(fēng)系統(tǒng)及風(fēng)機(jī)選型

2.1 二次再熱技術(shù)對(duì)煙風(fēng)系統(tǒng)的影響

鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)的系統(tǒng)流程主要受鍋爐總體方案的影響。對(duì)于本工程依托的二次再熱鍋爐，不同的鍋爐調(diào)溫方式將對(duì)配套煙風(fēng)系統(tǒng)造成不同影響。

表1 煤質(zhì)分析

2.1.1 鍋爐調(diào)溫方式及配套煙風(fēng)系統(tǒng)

經(jīng)調(diào)研，目前國(guó)內(nèi)大容量超超臨界二次再熱煤粉鍋爐擬采用的再熱器調(diào)溫方案主要包括：燃燒器擺動(dòng)調(diào)溫、擋板調(diào)溫及煙氣再循環(huán)調(diào)溫。

(1)燃燒器擺動(dòng)調(diào)溫

擺動(dòng)燃燒器調(diào)溫的原理主要是通過(guò)擺動(dòng)燃料和空氣噴嘴，使?fàn)t膛中火焰位置抬高或降低，從而改變熱量在爐膛和過(guò)/再熱器之間的分配。可以控制由于負(fù)荷變化引起的爐膛出口煙溫變化。補(bǔ)償積灰對(duì)水冷壁吸熱變化的影響。

采用燃燒器擺動(dòng)調(diào)溫后，對(duì)配套的煙風(fēng)系統(tǒng)影響不大，仍可采用常規(guī)一次再熱煤粉鍋爐的煙風(fēng)系統(tǒng)方案。

(2)擋板調(diào)溫

煙氣擋板調(diào)節(jié)是一種應(yīng)用較廣的再熱汽溫調(diào)節(jié)方法。煙氣擋板可以手控也可自控，當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，調(diào)節(jié)擋板開(kāi)度可以改變通過(guò)再熱器的煙氣流量達(dá)到調(diào)節(jié)再熱汽溫的目的。如當(dāng)負(fù)荷降低時(shí)，開(kāi)大再熱器側(cè)的煙氣擋板開(kāi)度，使通過(guò)再熱器的煙氣流量增加，就可以提高再熱汽溫。

采用擋板調(diào)溫后，對(duì)配套的煙風(fēng)系統(tǒng)影響不大，仍可采用常規(guī)一次再熱煤粉鍋爐的煙風(fēng)系統(tǒng)方案。

(3)煙氣再循環(huán)調(diào)溫

煙氣再循環(huán)調(diào)溫的原理是利用省煤器后煙氣或引風(fēng)機(jī)后煙氣的一部分，通過(guò)再循環(huán)風(fēng)機(jī)從爐膛下部送入，以降低爐膛的輻射換熱量，改變鍋爐輻射與對(duì)流受熱面的吸熱量比例，達(dá)到調(diào)節(jié)汽溫的目的。爐膛溫度隨再循環(huán)煙氣量增加而降低，使輻射吸熱量減少。而對(duì)流受熱面的吸熱量卻隨煙氣量增加而增加。煙氣再循環(huán)調(diào)溫可用于調(diào)節(jié)再熱蒸汽溫度。

2.1.2 煙氣系統(tǒng)的擬定

國(guó)電泰州電廠二期2×1000 MW工程采用的是塔式鍋爐，再熱系統(tǒng)的主調(diào)溫方式采用燃燒器擺動(dòng)+煙氣擋板的調(diào)溫方案，因此二次再熱的調(diào)溫方式對(duì)煙風(fēng)系統(tǒng)的影響不大，煙風(fēng)系統(tǒng)的方案擬定可借鑒常規(guī)一次再熱大容量煤粉鍋爐的配套煙風(fēng)系統(tǒng)。

(1)二次風(fēng)系統(tǒng)

二次風(fēng)由兩臺(tái)動(dòng)葉可調(diào)軸流式送風(fēng)機(jī)提供。二次風(fēng)經(jīng)空氣預(yù)熱器預(yù)熱，經(jīng)鍋爐燃燒器風(fēng)箱進(jìn)入爐膛。調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)可變節(jié)距動(dòng)葉來(lái)控制通風(fēng)量和風(fēng)壓。

送風(fēng)機(jī)出口風(fēng)道上裝有補(bǔ)償器和電動(dòng)隔離擋板門(mén)。在該擋板門(mén)之后裝有連接兩臺(tái)風(fēng)機(jī)的聯(lián)絡(luò)母管，其通流能力為單臺(tái)送風(fēng)機(jī)額定出力的50%。正常運(yùn)行時(shí)，用以平衡兩側(cè)二次風(fēng)風(fēng)壓；當(dāng)其中一臺(tái)送風(fēng)機(jī)故障停運(yùn)時(shí)，二次風(fēng)通過(guò)聯(lián)絡(luò)母管，仍可使停運(yùn)送風(fēng)機(jī)對(duì)應(yīng)的空氣預(yù)熱器繼續(xù)運(yùn)行(即一臺(tái)送風(fēng)機(jī)對(duì)兩臺(tái)空氣預(yù)熱器運(yùn)行)。母管上裝設(shè)一電動(dòng)隔離擋板門(mén)，該擋板常開(kāi)，僅在一側(cè)空氣預(yù)熱器和送風(fēng)機(jī)同時(shí)停運(yùn)時(shí)才關(guān)閉。

采用容克式三分倉(cāng)回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器，一次風(fēng)和二次風(fēng)同時(shí)在空氣預(yù)熱器內(nèi)被加熱。為防止空氣預(yù)熱器冷端腐蝕，在送風(fēng)機(jī)前的冷風(fēng)管上接入熱風(fēng)再循環(huán)管道，在啟動(dòng)和低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)可以適當(dāng)提高送風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)溫度。

空預(yù)器出口的二次風(fēng)(熱風(fēng))經(jīng)電動(dòng)隔離擋板門(mén)、熱風(fēng)聯(lián)絡(luò)母管進(jìn)入鍋爐四角的風(fēng)箱接口，進(jìn)入爐膛內(nèi)。

空預(yù)器出口熱風(fēng)聯(lián)絡(luò)母管：正常運(yùn)行時(shí)，平衡風(fēng)壓；當(dāng)單臺(tái)空預(yù)器運(yùn)行時(shí)，仍可向兩側(cè)分風(fēng)箱提供熱二次風(fēng)。

為了減少NOx的排放，從鍋爐的熱二次風(fēng)管道引出風(fēng)管作為燃盡風(fēng)，經(jīng)CCOFA、SOFA燃燒器送入爐膛。

(2)一次風(fēng)系統(tǒng)

一次風(fēng)由兩臺(tái)動(dòng)葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)提供，經(jīng)空氣預(yù)熱器預(yù)熱后進(jìn)入中速磨煤機(jī)。調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)可變節(jié)距動(dòng)葉來(lái)調(diào)整風(fēng)機(jī)風(fēng)量和風(fēng)壓。一次風(fēng)機(jī)出口裝有補(bǔ)償器和電動(dòng)隔離擋板門(mén)。

一次風(fēng)經(jīng)三分倉(cāng)空預(yù)器預(yù)熱后，進(jìn)入磨煤機(jī)前的熱一次風(fēng)道母管，并分別經(jīng)氣動(dòng)插板式隔絕門(mén)及電動(dòng)調(diào)節(jié)擋板門(mén)接入每臺(tái)磨煤機(jī)。

空預(yù)器一次風(fēng)的出口風(fēng)道上裝設(shè)補(bǔ)償器及電動(dòng)隔離擋板門(mén)。

磨煤機(jī)調(diào)溫用冷一次風(fēng)，不經(jīng)過(guò)空氣預(yù)熱器，直接由一次風(fēng)機(jī)出口引來(lái)。分別經(jīng)氣動(dòng)插板式隔絕門(mén)及電動(dòng)調(diào)節(jié)擋板門(mén)接入每臺(tái)磨煤機(jī)前熱一次風(fēng)進(jìn)口。

通過(guò)磨煤機(jī)前熱一次風(fēng)調(diào)節(jié)擋板門(mén)和冷一次風(fēng)調(diào)節(jié)擋板門(mén)的自動(dòng)調(diào)節(jié)，可使磨煤機(jī)進(jìn)口獲得滿意的混合風(fēng)溫度和流量。

(3)煙氣系統(tǒng)

用兩臺(tái)動(dòng)葉可調(diào)軸流式引風(fēng)機(jī)來(lái)抽吸爐膛內(nèi)的燃燒產(chǎn)物—煙氣。

爐膛內(nèi)燃燒生成的煙氣經(jīng)過(guò)鍋爐尾部各受熱面從省煤器出來(lái)，分兩路進(jìn)入兩臺(tái)回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器，再進(jìn)入兩組各為50%容量的干式靜電除塵器，除塵器后的煙氣連接成一聯(lián)絡(luò)母管，經(jīng)兩臺(tái)50%容量的引風(fēng)機(jī)、脫硫系統(tǒng)及濕式電除塵器由煙囪排入大氣。為提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、利用煙氣余熱，分別在干式靜電除塵器進(jìn)口及脫硫吸收塔的進(jìn)口煙道處設(shè)置二級(jí)低溫省煤器。

引風(fēng)機(jī)前后均裝設(shè)補(bǔ)償器及電動(dòng)隔離擋板門(mén)(引風(fēng)機(jī)停用時(shí)關(guān)閉)。

為保證低溫省煤器的充分換熱及干式靜電除塵器效率(運(yùn)行除塵效率≮99.93%)，煙道布置考慮了煙氣分配的均勻性。

鍋爐的煙氣系統(tǒng)設(shè)置脫硝(SCR)裝置。SCR反應(yīng)器布置在空氣預(yù)熱器的上游，不設(shè)旁路。

脫硫系統(tǒng)中不設(shè)置旁路煙道，不設(shè)置增壓風(fēng)機(jī)，不設(shè)置GGH，濕煙氣經(jīng)濕式電除塵器直接由煙囪排放。

2.1.3 二次再熱機(jī)組對(duì)煙風(fēng)參數(shù)的影響

對(duì)比常規(guī)一次再熱機(jī)組，二次再熱技術(shù)對(duì)鍋爐的煙風(fēng)系統(tǒng)影響不大，常規(guī)煙風(fēng)系統(tǒng)的擬定原則可應(yīng)用于二次再熱機(jī)組的設(shè)計(jì)中。

由于二次再熱機(jī)組能夠降低機(jī)組的煤耗指標(biāo)，相應(yīng)鍋爐的煙風(fēng)量也將降低，風(fēng)機(jī)的運(yùn)行電耗相應(yīng)降低。

依托國(guó)電泰州電廠二期2×1000 MW工程，在所有邊界條件不變的情況下，二次再熱機(jī)組的送風(fēng)機(jī)及引風(fēng)機(jī)的風(fēng)量將比一次再熱機(jī)組小約5%，風(fēng)機(jī)風(fēng)壓基本相當(dāng)。

一次風(fēng)機(jī)的風(fēng)量主要受煤質(zhì)資料、制粉系統(tǒng)的磨煤機(jī)選型等因素的影響。相同邊界條件下，二次再熱機(jī)組的制粉系統(tǒng)磨煤機(jī)出力比一次再熱機(jī)組低5%。對(duì)于工程的煤質(zhì)資料，5%的煤耗差異并未對(duì)磨煤機(jī)的型號(hào)及運(yùn)行臺(tái)數(shù)造成影響，因此二次再熱機(jī)組的一次風(fēng)機(jī)風(fēng)量也只是略微降低約5%，風(fēng)機(jī)風(fēng)壓基本相當(dāng)。

根據(jù)國(guó)電泰州電廠二期2×1000 MW工程的邊界條件，三大風(fēng)機(jī)的參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 三大風(fēng)機(jī)的參數(shù)對(duì)比

2.1.4 燃燒及煙風(fēng)系統(tǒng)選型計(jì)算

本工程的燃燒及煙風(fēng)系統(tǒng)計(jì)算見(jiàn)表3，數(shù)據(jù)按鍋爐BMCR工況。

2.2 一次風(fēng)機(jī)選型研究

2.2.1 一次風(fēng)機(jī)風(fēng)量風(fēng)壓裕量

94 版“火規(guī)”規(guī)定的一次風(fēng)機(jī)BMCR工況點(diǎn)風(fēng)量的計(jì)算與2000版“火規(guī)”的計(jì)算方法基本上是一致的。風(fēng)量裕量的取值上，94版為50%，2000版中的條文說(shuō)明中規(guī)定：當(dāng)空預(yù)器漏風(fēng)率變化較大，煤質(zhì)變化較大和送粉管道布置復(fù)雜時(shí)推薦40%加溫度裕量。94版火規(guī)和2000版火規(guī)要求一次風(fēng)機(jī)的壓頭裕量均為30%。

《大中型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50660－2011)中提出一次風(fēng)機(jī)風(fēng)量余量20%～30%；按夏季通風(fēng)室外溫度確定溫度余量；風(fēng)壓余量20%～30%。規(guī)范中風(fēng)量余量向下調(diào)整的主要考慮因素是：

(1)基本風(fēng)量按BMCR工況及空預(yù)器運(yùn)行一年后的保證漏風(fēng)率已包含了一定的裕量；

(2)冷一次風(fēng)機(jī)選型參數(shù)與管網(wǎng)特性匹配中應(yīng)壓頭裕量偏大而引起的附加風(fēng)量裕量偏大問(wèn)題。長(zhǎng)興、張家口、石嘴山、玉環(huán)等電廠機(jī)組容量從300 MW到1000 MW，實(shí)際風(fēng)量裕量均偏大，有些要高達(dá)60%風(fēng)量裕量；

(3)隨著回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器密封技術(shù)的改進(jìn)，漏風(fēng)率已趨于降低，鍋爐三大風(fēng)機(jī)裕量中選擇中一次風(fēng)機(jī)降幅為最大。

根據(jù)上述情況結(jié)合本工程的技術(shù)特點(diǎn)，本工程的空氣預(yù)熱器采用多重密封結(jié)構(gòu)，能有效的減少漏風(fēng)。故本工程一次風(fēng)機(jī)風(fēng)量取30%；另按夏季通風(fēng)室外溫度確定溫度余量，壓頭裕量取25%。

本工程一次風(fēng)機(jī)風(fēng)量和壓頭裕量的取值和各參考工程的取值見(jiàn)表4。

表4 一次風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，風(fēng)壓裕量

由于在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中，一次風(fēng)機(jī)的風(fēng)量及風(fēng)壓受煤質(zhì)變化及磨煤機(jī)運(yùn)行數(shù)量的影響，波動(dòng)的范圍較大，因此一次風(fēng)機(jī)的風(fēng)量及風(fēng)壓裕量也不能過(guò)小。綜合考慮以上因素，本工程對(duì)一次風(fēng)機(jī)的風(fēng)量及風(fēng)壓裕量進(jìn)行了一定的優(yōu)化，比目前投運(yùn)的1000 MW機(jī)組的一次風(fēng)機(jī)裕量有所下降，同時(shí)滿足現(xiàn)行《大火規(guī)》的要求。本工程一次風(fēng)機(jī)風(fēng)量裕量30%、另加溫度裕量(按夏季室外大氣溫度38℃計(jì)算)，壓頭裕量為25%。

2.2.2 一次風(fēng)機(jī)型式選擇

一次風(fēng)機(jī)具有風(fēng)量小、風(fēng)壓高，運(yùn)行中風(fēng)量變化大，風(fēng)壓變化小的特點(diǎn)。一次風(fēng)機(jī)可采用動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)或離心風(fēng)機(jī)。動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)可滿足鍋爐不同負(fù)荷時(shí)的風(fēng)量、風(fēng)壓需要，離心式風(fēng)機(jī)則更適合于鍋爐帶基本負(fù)荷的運(yùn)行工況。而靜葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)幾乎不作為一次風(fēng)機(jī)來(lái)使用，針對(duì)本工程，我院請(qǐng)風(fēng)機(jī)制造廠對(duì)一次風(fēng)機(jī)采用靜調(diào)風(fēng)機(jī)進(jìn)行選型，風(fēng)機(jī)制造廠明確一次風(fēng)機(jī)無(wú)法選用靜葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)。

動(dòng)葉可調(diào)軸流式一次風(fēng)機(jī)將采用2級(jí)葉輪。采用2級(jí)葉輪，雖然動(dòng)葉可調(diào)風(fēng)機(jī)的價(jià)格較高、初投資大，但其運(yùn)行效率高，尤其是在變負(fù)荷工況下更加明顯。軸流式風(fēng)機(jī)的變工況性能要優(yōu)于離心式風(fēng)機(jī)，其效率隨負(fù)荷降低而下降的幅度比離心式風(fēng)機(jī)小得多。軸流式風(fēng)機(jī)能夠通過(guò)調(diào)節(jié)葉片的角度來(lái)改變風(fēng)量風(fēng)壓，因此具有較寬的調(diào)節(jié)范圍，其調(diào)節(jié)性能優(yōu)于離心式風(fēng)機(jī)。并且軸流式風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率比較高，電耗省，檢修、維護(hù)較方便。

本工程1000 MW機(jī)組在電力系統(tǒng)中主要承擔(dān)基本負(fù)荷，同時(shí)也要能夠滿足電網(wǎng)調(diào)峰運(yùn)行的要求，而在風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)特性及整個(gè)機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性上軸流風(fēng)機(jī)明顯優(yōu)于離心式風(fēng)機(jī)。此外考慮到國(guó)內(nèi)風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠家到目前為止1000 MW機(jī)組無(wú)配套離心式一次風(fēng)機(jī)的投運(yùn)業(yè)績(jī)，本工程的一次風(fēng)機(jī)推薦采用國(guó)產(chǎn)動(dòng)葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)。

2.2.4 一次風(fēng)機(jī)選型結(jié)論

綜合以上比較、分析，本工程的一次風(fēng)機(jī)推薦采用動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)，一次風(fēng)機(jī)風(fēng)量裕量30%、另加溫度裕量(按夏季室外大氣溫度38℃計(jì)算)，壓頭裕量為25%。

2.3 送風(fēng)機(jī)選型及調(diào)速方式研究

2.3.1 送風(fēng)機(jī)風(fēng)量風(fēng)壓裕量

94 版“火規(guī)”將送風(fēng)機(jī)的風(fēng)量裕量從原5%提高到10%～30%，風(fēng)壓裕量從原來(lái)的10%提高到10%～30%，并推薦300 MW以上的機(jī)組取用上限。這是由于當(dāng)時(shí)300 MW、600 MW機(jī)組的空氣預(yù)熱器漏風(fēng)較為嚴(yán)重，而計(jì)算送風(fēng)機(jī)基本風(fēng)量時(shí)空預(yù)器的漏風(fēng)系數(shù)取得較小，因此送風(fēng)機(jī)須取較大的裕量來(lái)彌補(bǔ)空預(yù)器實(shí)際運(yùn)行時(shí)高于制造廠保證的漏風(fēng)損失。隨著空預(yù)器設(shè)計(jì)，制造和安裝技術(shù)的提高，近年來(lái)300 MW、600 MW機(jī)組空預(yù)器運(yùn)行的漏風(fēng)率一般能夠滿足8%～10%，達(dá)到了制造廠保證值。目前空預(yù)器電廠和電廠都會(huì)采取措施減少空預(yù)器的漏風(fēng)，如給空預(yù)器加不銹鋼毛刷密封，漏風(fēng)率可降到4.5%～5.5%，如采用多重密封結(jié)構(gòu)空預(yù)器漏風(fēng)率基本上可降到4%～5%，為降低送風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和壓頭裕量創(chuàng)造了前提條件。在2000版“火規(guī)”中將送風(fēng)機(jī)的風(fēng)量裕量規(guī)定為：質(zhì)量流量的裕量不小于5%，體積流量的裕量在此基礎(chǔ)上考慮夏季溫度下的體積流量的增量，壓頭裕量不小于10%。而《大中型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50660－2011)》提出送風(fēng)機(jī)風(fēng)量余量5%；按夏季通風(fēng)室外溫度確定溫度余量；風(fēng)壓余量15%。規(guī)范中風(fēng)量余量是在分析了現(xiàn)有空氣預(yù)熱器一次風(fēng)漏入二次風(fēng)側(cè)與二次風(fēng)漏入煙氣側(cè)大體持平得出送風(fēng)機(jī)風(fēng)量余量5%。

本工程的空氣預(yù)熱器采用多重密封結(jié)構(gòu)，漏風(fēng)量少。故本工程根據(jù)《大中型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50660－2011)意見(jiàn)送風(fēng)機(jī)風(fēng)量取5%；另按夏季通風(fēng)室外溫度確定溫度余量，壓頭裕量取15%。

國(guó)內(nèi)首臺(tái)百萬(wàn)機(jī)組玉環(huán)工程送風(fēng)機(jī)風(fēng)量的質(zhì)量流量裕量為17%，另加溫度裕量，壓頭裕量為37%。根據(jù)玉環(huán)工程調(diào)試運(yùn)行反饋的經(jīng)驗(yàn)，風(fēng)機(jī)檔板門(mén)的開(kāi)度在40～60%，送風(fēng)機(jī)的裕量確實(shí)可調(diào)低。因此本工程送風(fēng)機(jī)遵循《大中型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50660－2011)》意見(jiàn)，在現(xiàn)有1000 MW機(jī)組運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕档汀?/p>

本工程的送風(fēng)機(jī)風(fēng)量和壓頭裕量的取值和各參考工程的取值見(jiàn)表5。

表5 送風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，風(fēng)壓裕量

通過(guò)表5可以看出，本工程的送風(fēng)機(jī)裕量已明顯小于目前已投運(yùn)的1000 MW機(jī)組，并且裕量的選取滿足現(xiàn)行《大火規(guī)》的要求。

2.3.2 送風(fēng)機(jī)型式選擇

一般來(lái)說(shuō)送風(fēng)機(jī)的工作條件比較好，其設(shè)計(jì)風(fēng)量是按鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量及空氣預(yù)熱器漏風(fēng)最不利的情況來(lái)考慮，再加上風(fēng)機(jī)的裕量等因素，使送風(fēng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行值偏離設(shè)計(jì)點(diǎn)較多。動(dòng)葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)，它具有調(diào)節(jié)范圍廣，運(yùn)行效率高，經(jīng)濟(jì)性好，體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷大范圍變化、運(yùn)行工況偏離設(shè)計(jì)值時(shí)，動(dòng)葉可調(diào)風(fēng)機(jī)仍能保持高效率。采用動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)雖然價(jià)格較貴，一次性投資較大，但因能長(zhǎng)期高效運(yùn)行，因而年運(yùn)行費(fèi)用必然最小，經(jīng)濟(jì)效益顯著優(yōu)于其它類(lèi)型的風(fēng)機(jī)。

對(duì)于送風(fēng)機(jī)采用靜葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)或離心式風(fēng)機(jī)，根據(jù)本工程的風(fēng)機(jī)參數(shù)，我們請(qǐng)相關(guān)風(fēng)機(jī)廠進(jìn)行了選型。由于靜調(diào)風(fēng)機(jī)在低負(fù)荷時(shí)，風(fēng)機(jī)的失速線下壓較低，在低負(fù)荷工況下容易引起送風(fēng)機(jī)的失速，因此風(fēng)機(jī)制造廠不推薦采用靜葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)。

對(duì)于離心式風(fēng)機(jī)，適用于低流量、高壓頭的情況。而送風(fēng)機(jī)的流量相對(duì)較高、壓頭相對(duì)較低，造成了風(fēng)機(jī)的線速度高，葉輪直徑龐大，葉輪、軸承的承載能力要求高，對(duì)鋼材機(jī)械性能的要求較高。在這種情況下，離心式送風(fēng)機(jī)的體積龐大，重量笨重，制造成本很高。對(duì)于本工程的送風(fēng)機(jī)參數(shù)，咨詢相關(guān)風(fēng)機(jī)制造廠，風(fēng)機(jī)制造廠不推薦采用離心式送風(fēng)機(jī)。

基于以上原因，本工程的送風(fēng)機(jī)推薦采用動(dòng)葉可調(diào)軸流式。

2.3.4 送風(fēng)機(jī)選型結(jié)論

綜合以上比較、分析，本工程的送風(fēng)機(jī)推薦采用動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)。送風(fēng)機(jī)風(fēng)量裕量5%、另加溫度裕量(按夏季室外大氣溫度38℃計(jì)算)，壓頭裕量為15%。

2.4.1 引風(fēng)機(jī)型式、風(fēng)量風(fēng)壓裕量

由于本工程脫硫系統(tǒng)不設(shè)置煙氣旁路系統(tǒng)，為簡(jiǎn)化煙氣系統(tǒng)流程、提高系統(tǒng)的安全可靠性、方便系統(tǒng)的運(yùn)行、降低設(shè)備的初投資，本工程將引風(fēng)機(jī)與增壓風(fēng)機(jī)合并，采用三合一的引風(fēng)機(jī)。

引風(fēng)機(jī)輸送介質(zhì)為具有含塵且溫度較高的煙氣。選用引風(fēng)機(jī)的因素除考慮風(fēng)機(jī)體積、重量、效率和調(diào)節(jié)性能外，還要求耐磨、對(duì)灰塵的適應(yīng)性好，以保證在規(guī)定的檢修周期內(nèi)能安全運(yùn)行。在此可供選擇的風(fēng)機(jī)型式有三類(lèi)：動(dòng)葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)、靜葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)以及雙速或變頻、雙吸入口導(dǎo)葉離心式風(fēng)機(jī)。根據(jù)電廠的負(fù)荷特性，要求機(jī)組具備調(diào)峰能力和變負(fù)荷運(yùn)行方式。雙速離心式風(fēng)機(jī)調(diào)峰經(jīng)濟(jì)性差，運(yùn)行電耗大；采用變頻離心式風(fēng)機(jī)，變頻器必須采用進(jìn)口設(shè)備，電氣設(shè)備費(fèi)用昂貴。此外，離心式風(fēng)機(jī)設(shè)備體積和重量龐大，給檢修和維護(hù)帶來(lái)很大困難。靜葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)和動(dòng)葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)(均為定速電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí))的綜合比較見(jiàn)表6。

表6 靜調(diào)、動(dòng)調(diào)風(fēng)機(jī)綜合對(duì)照

從設(shè)備初投資、運(yùn)行業(yè)績(jī)角度，靜調(diào)風(fēng)機(jī)優(yōu)于動(dòng)調(diào)風(fēng)機(jī)；從檢修角度考慮，兩者基本相當(dāng)；從風(fēng)機(jī)性能角度，對(duì)于常規(guī)電廠，引風(fēng)機(jī)采用定速電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，動(dòng)調(diào)風(fēng)機(jī)優(yōu)于靜調(diào)風(fēng)機(jī)。從已經(jīng)投運(yùn)電廠的運(yùn)行情況來(lái)看，由于制造廠提供的阻力偏差較大等原因，部分工程機(jī)組中引風(fēng)機(jī)運(yùn)行偏離選型點(diǎn)；在低負(fù)荷工況條件下，靜調(diào)引風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率低于曲線上的效率。且隨著環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提高，機(jī)組中均采用了高效的電除塵器，對(duì)引風(fēng)機(jī)磨損因素不再是影響風(fēng)機(jī)選型的決定因素。根據(jù)國(guó)內(nèi)兩家知名風(fēng)機(jī)廠家的初步選型調(diào)研情況來(lái)看，兩家風(fēng)機(jī)廠家均只提出了動(dòng)調(diào)風(fēng)機(jī)方案，認(rèn)為本工程的引風(fēng)機(jī)參數(shù)已無(wú)法選到合適的靜調(diào)風(fēng)機(jī)型號(hào)。

因此，針對(duì)本工程引風(fēng)機(jī)與增壓風(fēng)機(jī)合并、同步設(shè)置脫硝裝置且采用低溫省煤器的方案，推薦采用動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)。

綜上所述，本工程煙氣系統(tǒng)按每臺(tái)爐配兩臺(tái)50%容量的電動(dòng)動(dòng)葉可調(diào)軸流式引風(fēng)機(jī)。引風(fēng)機(jī)風(fēng)量和風(fēng)壓計(jì)算如下：

(1) 對(duì)于引風(fēng)機(jī)的風(fēng)量裕量，94版“火規(guī)”和2000版“火規(guī)”都規(guī)定對(duì)于引進(jìn)型鍋爐，由于引風(fēng)機(jī)的基本風(fēng)量計(jì)算中不考慮尾部受熱面、煙道和除塵器的漏風(fēng)，空預(yù)器的漏風(fēng)率也取值較低，引風(fēng)機(jī)的風(fēng)量裕量和壓頭裕量可取得大些。94版“火規(guī)”規(guī)定對(duì)于空預(yù)器出口過(guò)?？諝庀禂?shù)1.35左右時(shí)，風(fēng)量裕量為17%，壓頭裕量取32%。2000版“火規(guī)”規(guī)定如不計(jì)鍋爐尾部受熱面的漏風(fēng)、空預(yù)器漏風(fēng)取值偏小的情況下，引風(fēng)機(jī)風(fēng)量裕量可增大到15%，對(duì)在空預(yù)器低位端堵灰傾向嚴(yán)重的燃料，壓頭裕量可增大到30%?？紤]鍋爐、脫硝和脫硫廠家的設(shè)備阻力會(huì)選上限，目前空預(yù)器電廠和電廠都會(huì)采取措施減少空預(yù)器的漏風(fēng)，如給空預(yù)器加不銹鋼毛刷密封，漏風(fēng)率可降到4.5%～5.5%；為降低送風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和壓頭裕量創(chuàng)造了前提條件，故引風(fēng)機(jī)壓頭裕量可盡量小一點(diǎn)。

(2) 本工程空氣預(yù)熱器漏風(fēng)量少，故本工程根據(jù)《大中型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50660－2011)》意見(jiàn)引風(fēng)機(jī)風(fēng)量取10%；另加15℃溫度裕量；風(fēng)壓裕量20%。2000版“火規(guī)”規(guī)定中10℃調(diào)整至15℃溫度裕量的說(shuō)明如下：

根據(jù)西安院的調(diào)研結(jié)果，有相當(dāng)多的電廠存在著排煙溫度偏高的現(xiàn)象，與設(shè)計(jì)值之間正偏差+10℃，有的電廠高于+20℃；新近投運(yùn)的百萬(wàn)機(jī)組中如玉環(huán)、泰州電廠排煙溫度明顯偏高。

排煙溫度升高的可能情況是：因夏季環(huán)境溫度升高，送一次風(fēng)機(jī)溫度裕量引起；因送一次風(fēng)機(jī)溫升引起。

考慮到上述因素和本工程煤質(zhì)的變化的可能，考慮采用15℃的溫度裕量。

本工程煙氣系統(tǒng)按每臺(tái)爐配兩臺(tái)50%容量的電動(dòng)動(dòng)葉可調(diào)軸流式引風(fēng)機(jī)。本工程引風(fēng)機(jī)風(fēng)量和壓頭裕量的取值和各參考工程的取值見(jiàn)表7。

通過(guò)表7可以看出，本工程的引風(fēng)機(jī)裕量在目前已投運(yùn)的1000 MW機(jī)組基礎(chǔ)上進(jìn)行了適當(dāng)?shù)慕档停⑶以Ａ康倪x取滿足現(xiàn)行《大火規(guī)》的要求。

2.4.2 引風(fēng)機(jī)選型結(jié)論

綜合以上比較、分析，本工程引風(fēng)機(jī)推薦采用動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)。引風(fēng)機(jī)風(fēng)量裕量10%、另加溫度裕量15℃，壓頭裕量為20%。

2.4.3 鍋爐爐膛安全性評(píng)估

由于本工程采用引增合一的引風(fēng)機(jī)配置方案，引風(fēng)機(jī)在環(huán)境溫度下的TB點(diǎn)風(fēng)壓高于本工程鍋爐爐膛的瞬態(tài)設(shè)計(jì)負(fù)壓9.8 kPa，因此需要對(duì)鍋爐的爐膛安全性進(jìn)行評(píng)估。

表7 引風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，風(fēng)壓裕量

根據(jù)《火力發(fā)電廠燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算技術(shù)規(guī)程》(DL/T 5240－2010)的規(guī)定，“2)若引風(fēng)機(jī)在環(huán)境溫度下的TB點(diǎn)風(fēng)壓高于8.7 kPa，但不大于12 kPa時(shí)，則爐膛瞬態(tài)設(shè)計(jì)負(fù)壓仍取為－8.7 kPa。3)若引風(fēng)機(jī)在環(huán)境溫度下的TB點(diǎn)風(fēng)壓由于省煤器及空預(yù)器下游煙氣系統(tǒng)阻力增大等因素而大于12 kPa時(shí)，爐膛瞬態(tài)設(shè)計(jì)負(fù)壓仍可按－8.7 kPa。但此時(shí)宜根據(jù)引風(fēng)機(jī)特性進(jìn)行安全性評(píng)估；或與鍋爐廠協(xié)商論證進(jìn)一步優(yōu)化爐膛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)”。

本工程引風(fēng)機(jī)的TB點(diǎn)風(fēng)壓為9392 Pa，對(duì)應(yīng)環(huán)境溫度下TB點(diǎn)的風(fēng)壓為12533 Pa，略大于規(guī)程規(guī)定的12 kPa的上限，需要進(jìn)行安全性評(píng)估。

查詢《火力發(fā)電廠燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算技術(shù)規(guī)程》中相應(yīng)的條文說(shuō)明，當(dāng)爐膛瞬態(tài)抗爆設(shè)計(jì)壓力為±8.7 kPa時(shí)，爐膛所能適應(yīng)的引風(fēng)機(jī)在環(huán)境溫度下TB點(diǎn)風(fēng)壓安全線下限取為－12 kPa的計(jì)算公式為：

式中：βc=(0.6～0.75)，8.7即為爐膛的瞬態(tài)抗爆設(shè)計(jì)壓力，PID.max為引風(fēng)機(jī)最大全壓。

由于本工程鍋爐爐膛的瞬態(tài)抗爆設(shè)計(jì)壓力為±9.8 kPa，因此(－)PIDmax=－14.29～－17.86 kPa。因此，鍋爐爐膛的瞬態(tài)抗爆設(shè)計(jì)壓力為±9.8 kPa時(shí)，爐膛所能適應(yīng)的引風(fēng)機(jī)在環(huán)境溫度下TB點(diǎn)風(fēng)壓安全線下限取為－14 kPa。

本工程引風(fēng)機(jī)環(huán)境溫度下TB點(diǎn)的風(fēng)壓為12533 Pa，小于14 kPa的安全線。因此，本工程的爐膛爐膛的瞬態(tài)抗爆強(qiáng)度滿足引風(fēng)機(jī)的要求，鍋爐爐膛是安全的。

3 煙風(fēng)系統(tǒng)及風(fēng)機(jī)選型的研究結(jié)論

二次再熱鍋爐不同的再熱器調(diào)溫方式將對(duì)煙氣系統(tǒng)的方案擬定產(chǎn)生影響，由于本工程的鍋爐再熱系統(tǒng)的主調(diào)溫方式采用燃燒器擺動(dòng)+煙氣擋板的調(diào)溫方案，二次再熱的調(diào)溫方式對(duì)煙風(fēng)系統(tǒng)的影響不大，煙風(fēng)系統(tǒng)的方案擬定可借鑒常規(guī)一次再熱大容量煤粉鍋爐的配套煙風(fēng)系統(tǒng)。

對(duì)比一次再熱機(jī)組，由于二次再熱機(jī)組能夠降低機(jī)組的煤耗指標(biāo)，相應(yīng)鍋爐的煙風(fēng)量也將降低。煙氣系統(tǒng)的方案可以借鑒一次再熱機(jī)組，風(fēng)機(jī)的煙風(fēng)流量將適當(dāng)降低，風(fēng)機(jī)的運(yùn)行壓力基本不變，風(fēng)機(jī)的運(yùn)行電耗相應(yīng)降低。

Exhaust Gas and Air System Design of Double Reheat Unit in Tai Zhou Power Plant

YANG Xue-ping, YAO Xiang-yu, ZHU Jia-qi, LI Lin, CHEN Ren-jie
(East China Electric Power Design Institute Co., Ltd., Shanghai 200063, China)

This paper introduces the exhaust gas and air system design of TaiZhou 2×1000 MW thermal power plant. As the application of the 1000MW double reheat boiler is for the first time, the exhaust gas and air system for double reheat boiler is studied.

exhaust gas and air system; forced draft fan;primary air fan;induced draft fan; double reheat.

TM621

A

1671-9913(2016)06-0001-08

2016-02-17

楊雪平(1983- )，男，江西樟樹(shù)人，碩士，工程師，主要從事火力發(fā)電廠鍋爐設(shè)計(jì)。