火電機(jī)組低負(fù)荷單側(cè)風(fēng)機(jī)運(yùn)行研究分析

摘 要：現(xiàn)在，隨著電力市場(chǎng)的調(diào)整和改革，火電企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)也越發(fā)激烈，傳統(tǒng)粗放的運(yùn)營(yíng)模式已經(jīng)不能滿足火電廠的發(fā)展需求。必須不斷尋求更加經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行方式，保持火電企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，才能在新的電力市場(chǎng)環(huán)境中生存發(fā)展。本文針對(duì)大型火電廠風(fēng)煙系統(tǒng)的節(jié)能方式進(jìn)行分析，并著重探討了長(zhǎng)期低負(fù)荷工況下采取單側(cè)風(fēng)機(jī)運(yùn)行的節(jié)能策略。

關(guān)鍵詞：火電廠；經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；風(fēng)煙系統(tǒng)；單側(cè)風(fēng)機(jī)

隨著電力體制改革的不斷加深，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)不斷加劇，火電廠正在不斷探索更加經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行方式。而風(fēng)煙系統(tǒng)是火電廠中電耗最高的輔機(jī)系統(tǒng)，引風(fēng)機(jī)是廠內(nèi)電耗最高的輔機(jī)設(shè)備，所以降低風(fēng)機(jī)電耗能顯著降低整體廠用電耗，對(duì)提升機(jī)組整體的經(jīng)濟(jì)性有明顯幫助，值得我們?nèi)プ錾钊氲奶剿餮芯俊?/p>

一、風(fēng)煙系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的現(xiàn)狀分析

現(xiàn)階段，大型火電廠普遍采用了動(dòng)葉可調(diào)式風(fēng)機(jī)，機(jī)組在變工況運(yùn)行時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)動(dòng)葉角度來(lái)降低風(fēng)機(jī)出力，從而同時(shí)起到風(fēng)量調(diào)節(jié)和節(jié)電的目的；除此之外，有的火電廠采用了風(fēng)機(jī)變頻器，通過(guò)調(diào)節(jié)頻率來(lái)降低風(fēng)機(jī)出力和電耗；也有少數(shù)火電廠采用了動(dòng)葉可調(diào)與變頻調(diào)節(jié)相結(jié)合的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)。

1、動(dòng)葉調(diào)節(jié)

動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)在大型火電機(jī)組中使用非常多，其調(diào)節(jié)范圍大，調(diào)節(jié)性能好，而且在變工況運(yùn)行時(shí)還具有較好的節(jié)能效果。

但對(duì)于引風(fēng)機(jī)來(lái)說(shuō)，其介質(zhì)為煙氣，必須要考慮葉片磨損的問(wèn)題。若引風(fēng)機(jī)選用動(dòng)葉調(diào)節(jié)式軸流風(fēng)機(jī)，將導(dǎo)致其動(dòng)葉磨損問(wèn)題突出，而且動(dòng)葉磨損后的維護(hù)成本很高。所以很多大型火電機(jī)組的引風(fēng)機(jī)仍采用了靜葉調(diào)節(jié)式軸流風(fēng)機(jī)，而靜葉調(diào)節(jié)在變工況下運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性又不夠好。

另外，動(dòng)葉調(diào)節(jié)式軸流風(fēng)機(jī)在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，風(fēng)機(jī)效率下降依然明顯，節(jié)能效果也很有限，尤其是機(jī)組需要長(zhǎng)期低負(fù)荷運(yùn)行，那么節(jié)能效果就不夠理想，還有進(jìn)一步的節(jié)能空間。

2、變頻調(diào)節(jié)

若采用變頻調(diào)節(jié)，在變工況運(yùn)行時(shí)改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，能夠改變風(fēng)機(jī)的性能曲線，所以可以使風(fēng)機(jī)在全負(fù)荷段都保持高效率運(yùn)行。近些年很多電廠已經(jīng)開始采用風(fēng)機(jī)變頻調(diào)節(jié)或進(jìn)行變頻改造，但同時(shí)也暴露出一些問(wèn)題。

例如廣東某電廠為了節(jié)能對(duì)引風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造，卻在改造后的試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)生了電動(dòng)機(jī)軸斷裂事故。事后相關(guān)研究單位進(jìn)行了研究分析，確定其主要原因?yàn)檗D(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備轉(zhuǎn)速進(jìn)入軸系的固有頻率區(qū)引起共振現(xiàn)象，導(dǎo)致軸系在短短數(shù)天內(nèi)就發(fā)生斷裂事故。

為了解決這一問(wèn)題，必須先測(cè)定軸系的固有頻率，運(yùn)行過(guò)程中應(yīng)避開此頻率，以免產(chǎn)生共振，其原理類似于鍋爐給水調(diào)節(jié)時(shí)給水泵轉(zhuǎn)速必須避開其臨界轉(zhuǎn)速區(qū)。也就是說(shuō)變頻調(diào)節(jié)必須限定其變頻區(qū)間，才能保證其安全性。

例如湖南某電廠引風(fēng)機(jī)改造后采用動(dòng)葉調(diào)節(jié)與變頻調(diào)節(jié)相結(jié)合的模式，而且限定了變頻器的頻率下限為38HZ，即運(yùn)行時(shí)優(yōu)先采取變頻調(diào)節(jié)，當(dāng)頻率降至38HZ時(shí)，變頻器不再參與降出力調(diào)節(jié)，而采用關(guān)小動(dòng)葉開度的方式繼續(xù)降低風(fēng)機(jī)出力。但這樣也等于壓縮了變頻調(diào)節(jié)的節(jié)能空間。另外，高壓變頻器造價(jià)高、自身故障率高也都是不可忽視的問(wèn)題。

二、機(jī)組低負(fù)荷單側(cè)風(fēng)機(jī)運(yùn)行分析

目前有一些電廠在風(fēng)機(jī)的運(yùn)行方式上也在開展節(jié)能探索，最常見(jiàn)的是在機(jī)組的啟動(dòng)階段或低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)采用單側(cè)風(fēng)機(jī)運(yùn)行。

雖然單側(cè)風(fēng)機(jī)運(yùn)行這一節(jié)能策略已被提出多年，有些電廠也做了很多探索和實(shí)驗(yàn)，卻一直無(wú)法被采納和推廣，除了技術(shù)上的原因以外，與現(xiàn)階段火電企業(yè)的管理思路也有很大關(guān)系。但隨著電力體制改革的不斷加深，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)不斷加劇，火電企業(yè)管理思路也會(huì)不斷改變，新的探索和嘗試還會(huì)繼續(xù)進(jìn)行。

1、經(jīng)濟(jì)性分析

從理論上來(lái)講，若機(jī)組處于50%及以下的低負(fù)荷工況，風(fēng)機(jī)出力很低，無(wú)論采用何種調(diào)節(jié)方式，效率都會(huì)明顯下降，此時(shí)采用單側(cè)風(fēng)機(jī)運(yùn)行，的確可以提高風(fēng)機(jī)效率。但是還必須考慮整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行方式，比如風(fēng)道是否發(fā)生改變，阻力是否增加，排煙溫度是否提高，鍋爐整體熱效率如何變化等，這都需要具體的實(shí)驗(yàn)才能得出結(jié)論。

很多電廠已經(jīng)做過(guò)這樣的實(shí)驗(yàn)，但實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出的結(jié)論各異，有的電廠做單側(cè)風(fēng)機(jī)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，風(fēng)機(jī)節(jié)能效果非常明顯，而有的電廠實(shí)驗(yàn)時(shí)，根本不節(jié)能甚至還會(huì)增加能耗。導(dǎo)致結(jié)果不同的原因很多，而且有些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的真實(shí)性也讓人感到懷疑。比如有的電廠為了美化節(jié)能優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)成果，可能會(huì)擅自修改實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，致使節(jié)能效果突出；而有的電廠會(huì)因保守起見(jiàn)，在整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行方式?jīng)]有選擇最優(yōu)方案，導(dǎo)致達(dá)不到節(jié)能效果。

為了保證數(shù)據(jù)的真實(shí)性，本文不采用節(jié)能優(yōu)化實(shí)驗(yàn)報(bào)告的數(shù)據(jù)，現(xiàn)采用某電廠1000MW機(jī)組電能日?qǐng)?bào)表的數(shù)據(jù)作為例案的分析依據(jù)。對(duì)比送、引風(fēng)機(jī)單側(cè)運(yùn)行時(shí)與同負(fù)荷下雙側(cè)運(yùn)行時(shí)電能日?qǐng)?bào)表，可以初步分析單側(cè)送、引風(fēng)機(jī)運(yùn)行對(duì)能耗的影響。具體數(shù)據(jù)如表1所示。

從表1中可以看出，單側(cè)送、引風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，送、引風(fēng)機(jī)的電耗基本不變，而雙側(cè)運(yùn)行的一次風(fēng)機(jī)電耗卻增大了近50%。

此次單側(cè)送、引風(fēng)機(jī)運(yùn)行，是由于該機(jī)組B引風(fēng)機(jī)退出檢修，沒(méi)有考慮節(jié)能運(yùn)行，所以退出了B側(cè)的風(fēng)道和空預(yù)器，同時(shí)B側(cè)一次風(fēng)道關(guān)閉了熱風(fēng)擋板，A側(cè)一次風(fēng)道關(guān)閉了冷風(fēng)擋板。

這就等于整個(gè)風(fēng)道都只有半側(cè)運(yùn)行，在風(fēng)量相同的情況下，風(fēng)道里的風(fēng)速就提高了一倍，根據(jù)阻力與速度的平反成正比，可以得知此運(yùn)行方式下，風(fēng)道阻力會(huì)大大的增加，這就是為什么一次風(fēng)機(jī)電耗會(huì)增大近50%。而阻力增大后送、引風(fēng)機(jī)的電耗基本不變，這就能看出風(fēng)機(jī)在高效區(qū)運(yùn)行時(shí)節(jié)能效果明顯。

所以，有些電廠實(shí)驗(yàn)結(jié)果為單側(cè)風(fēng)機(jī)運(yùn)行不節(jié)能，很可能是運(yùn)行方式不合理導(dǎo)致，比如只投運(yùn)單側(cè)風(fēng)道使風(fēng)道阻力增加、只投運(yùn)單側(cè)空預(yù)器換熱導(dǎo)致排煙溫度升高等。只要采用合理的運(yùn)行方式，單側(cè)風(fēng)機(jī)運(yùn)行的節(jié)能效果一定顯而易見(jiàn)。

2、安全可靠性分析

單側(cè)風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，鍋爐汽溫、受熱面壁溫等極易產(chǎn)生偏差，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)可能造成大面積結(jié)焦、傳熱惡化等嚴(yán)重后果。這主要是因?yàn)閱蝹?cè)風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，兩側(cè)風(fēng)道阻力不同，導(dǎo)致鍋爐兩側(cè)進(jìn)風(fēng)量偏差較大，爐膛火焰中心以及煙氣流場(chǎng)容易發(fā)生偏斜。

其實(shí)雙側(cè)風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)同樣也會(huì)產(chǎn)生類似問(wèn)題，我們通過(guò)兩側(cè)風(fēng)機(jī)的動(dòng)葉開度進(jìn)行平衡調(diào)整就能夠解決。單側(cè)風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，動(dòng)葉只能調(diào)節(jié)出力，不能再進(jìn)行平衡調(diào)整，所以要采用其他的調(diào)整方法，最簡(jiǎn)單的就是風(fēng)道節(jié)流，即阻力偏小一側(cè)的風(fēng)道進(jìn)行擋板節(jié)流調(diào)節(jié)，將該側(cè)擋板關(guān)小直至兩側(cè)風(fēng)量相等，這樣就能解決風(fēng)量的偏差問(wèn)題了。

最重要的是風(fēng)機(jī)可靠性的問(wèn)題，若采用單側(cè)風(fēng)機(jī)運(yùn)行，一旦運(yùn)行風(fēng)機(jī)跳閘，整臺(tái)機(jī)組就會(huì)發(fā)生跳閘。但如果風(fēng)機(jī)故障被提前發(fā)現(xiàn)，提前啟動(dòng)備用風(fēng)機(jī)就不會(huì)有問(wèn)題。大多數(shù)風(fēng)機(jī)故障都是有征兆的，比如軸承振動(dòng)或溫度持續(xù)上升，都不是突然發(fā)生的，而是經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才會(huì)到達(dá)跳閘值，這段時(shí)間足夠啟動(dòng)備用風(fēng)機(jī)，不會(huì)導(dǎo)致事故的擴(kuò)大。實(shí)際上風(fēng)機(jī)毫無(wú)征兆直接跳閘的情況是十分少見(jiàn)的。

更大的風(fēng)險(xiǎn)是在風(fēng)機(jī)單、雙側(cè)運(yùn)行的切換操作上。尤其是一次風(fēng)機(jī)的并、退操作，一次風(fēng)壓對(duì)制粉系統(tǒng)影響大，保護(hù)延時(shí)短，稍有疏忽就會(huì)造成嚴(yán)重的事故。隨著自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，解決這一問(wèn)題也不是難題了，可以結(jié)合成功的操作經(jīng)驗(yàn)，設(shè)定程控切換的程序，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換，減小運(yùn)行人員操作風(fēng)險(xiǎn)，防止因人為操作原因?qū)е率鹿拾l(fā)生。

3、適用性分析

只有在機(jī)組低負(fù)荷工況下才能采用單側(cè)風(fēng)機(jī)運(yùn)行，而且風(fēng)機(jī)出力還要留有必要的余量。由于風(fēng)機(jī)并、退操作風(fēng)險(xiǎn)高，另外大型風(fēng)機(jī)頻繁啟停會(huì)損害設(shè)備壽命。所以，對(duì)于負(fù)荷升降頻繁的火電廠不適合采用這種方式節(jié)能，變頻調(diào)節(jié)才是更好的選擇。

而在四川、云南、廣西等水電資源豐富的地區(qū)，火電負(fù)荷率不高，尤其是在豐水期，機(jī)組長(zhǎng)期處于低負(fù)荷運(yùn)行，而且負(fù)荷曲線穩(wěn)定。這些地區(qū)的火電廠若增加風(fēng)機(jī)變頻器，節(jié)能效果有限還增加了投資?？梢栽谪S水期低負(fù)荷時(shí)段采用單側(cè)風(fēng)機(jī)運(yùn)行的方式，不用增加投資，節(jié)能效果還好。

三、結(jié)論

1、現(xiàn)階段火電廠普遍采用的動(dòng)葉調(diào)節(jié)、風(fēng)機(jī)變頻等節(jié)能技術(shù)，在機(jī)組長(zhǎng)期低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)節(jié)能效果有限，還有進(jìn)一步探索的空間。

2、對(duì)于水電資源豐富的地區(qū)，火電機(jī)組在豐水期長(zhǎng)期處于低負(fù)荷運(yùn)行，可以考慮采用單側(cè)風(fēng)機(jī)運(yùn)行的節(jié)能方式，其節(jié)能效果明顯，又不用增加投資。

3、鍋爐長(zhǎng)期單側(cè)風(fēng)機(jī)運(yùn)行所遇到的一系列問(wèn)題，都能通過(guò)相應(yīng)的辦法解決，這一節(jié)能策略還值得做更深入的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)和研究。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張磊，張俊杰，葛鴻昌，李英，杜晉峰，秦志文.某型引風(fēng)機(jī)變頻改造后電機(jī)斷軸原因分析[J].華北電力技術(shù)，2013（12）：50-52

作者簡(jiǎn)介：

陳誠(chéng)（1987-06），性別：男，籍貫：重慶，工作單位：四川神華天明發(fā)電有限責(zé)任公司，學(xué)歷：本科，職稱：助理工程師，研究方向：火電廠集控運(yùn)行。