引風(fēng)機(jī)與增壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行方式優(yōu)化分析

許冰，宋宏飛

(丹東金山熱電有限公司，遼寧 丹東 118000)

0 引言

目前，我國(guó)電力能源結(jié)構(gòu)依然以煤電為主，火力發(fā)電在當(dāng)前乃至今后相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)仍然占據(jù)著不可替代的主導(dǎo)地位，燃煤機(jī)組造成的大氣環(huán)境污染問(wèn)題隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展逐漸成為全社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)[1]。2014年9月12日，國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家環(huán)保部、國(guó)家能源局聯(lián)合下發(fā)“關(guān)于印發(fā)《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃(2014—2020年)》的通知”中要求，在基準(zhǔn)氧含量6%的條件下，火電機(jī)組煙氣排放中煙塵質(zhì)量濃度不高于10 mg/m3、二氧化硫質(zhì)量濃度不高于35 mg/m3、氮氧化物質(zhì)量濃度不高于50 mg/m3，即達(dá)到超凈排放的標(biāo)準(zhǔn)[2]。

按照國(guó)家“環(huán)保三同時(shí)”要求，某電廠2臺(tái)機(jī)組2012年年底投入商業(yè)運(yùn)行即投入脫硝、除塵、脫硫系統(tǒng)：分別采用選擇性催化還原技術(shù)(SCR)的脫硝系統(tǒng)、一級(jí)電除塵和兩級(jí)布袋除塵系統(tǒng)以及濕法脫硫系統(tǒng)。截至2017年8月初，2臺(tái)機(jī)組相繼完成超凈排放改造，運(yùn)行中煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度均達(dá)到超凈排放標(biāo)準(zhǔn)。其改造方案為：將脫硝系統(tǒng)預(yù)留的1層催化劑層全部安裝(煙氣阻力增加400 Pa)；脫硫吸收塔內(nèi)增加合金托盤(pán)、噴淋層由原3層增加到5層；除塵器由原來(lái)的1臺(tái)高頻變壓器和2臺(tái)工頻變壓器改為2臺(tái)高頻變壓器和1臺(tái)工頻變壓器，增加480條布袋并將布袋加長(zhǎng)。改造后煙氣阻力由原來(lái)的1 600 Pa增加至2 810 Pa。

1 系統(tǒng)和設(shè)備概況

1.1 風(fēng)煙系統(tǒng)

某電廠2×330 MW機(jī)組鍋爐引進(jìn)美國(guó)B&W公司鍋爐技術(shù)設(shè)計(jì)制造并符合ASME標(biāo)準(zhǔn)，為亞臨界參數(shù)、一次中間再熱、固態(tài)排渣、單爐膛平衡通風(fēng)、全封閉布置、全懸吊、自然循環(huán)、單汽包鍋爐，尾部雙煙道倒L形布置。爐膛由膜式水冷壁構(gòu)成，爐膛上部布置屏式過(guò)熱器，爐膛折焰角上方有二級(jí)高溫過(guò)熱器，在水平煙道處布置了垂直高溫再熱器，尾部豎井由隔墻分成前后2個(gè)煙道，前部布置水平低溫再熱器，后部為一級(jí)過(guò)熱器和省煤器。在尾部豎井分煙道底部設(shè)置了煙氣調(diào)節(jié)擋板，用來(lái)分流煙氣量，可以控制允許負(fù)荷范圍內(nèi)的再熱蒸汽出口溫度。煙氣通過(guò)調(diào)節(jié)擋板后匯集在一起引入左右脫硝裝置，脫硝后引入左右各一臺(tái)回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器，再經(jīng)過(guò)左右兩列各一級(jí)電除塵和兩級(jí)布袋除塵的除塵器。除塵器出口安裝2臺(tái)引風(fēng)機(jī)，其入口有聯(lián)絡(luò)通道，出口匯成1路，形成脫硫原煙氣，通過(guò)增壓風(fēng)機(jī)升壓或增壓風(fēng)機(jī)旁路進(jìn)入吸收塔，脫硫凈化后通過(guò)除霧器除去水霧，經(jīng)凈煙氣擋板后通過(guò)煙囪排入大氣。風(fēng)煙系統(tǒng)如圖1所示。

1.2 引風(fēng)機(jī)性能分析

該電廠引風(fēng)機(jī)為YU25238-12型雙級(jí)動(dòng)葉可調(diào)式軸流風(fēng)機(jī)，由進(jìn)氣室、集流器、葉輪、后導(dǎo)葉、擴(kuò)壓器和動(dòng)葉調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)等組成。經(jīng)過(guò)脫硝與除塵后的煙氣經(jīng)過(guò)引風(fēng)機(jī)入口管道進(jìn)入風(fēng)機(jī)進(jìn)氣室，經(jīng)過(guò)集流器收斂加速后通過(guò)轉(zhuǎn)速為990 r/min、額定電流為308 A的電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)引風(fēng)機(jī)葉輪葉片對(duì)煙氣做功，產(chǎn)生靜壓能和動(dòng)壓能，引風(fēng)機(jī)后導(dǎo)葉又將氣流的螺旋運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為軸向運(yùn)動(dòng)而進(jìn)入擴(kuò)壓器，并在擴(kuò)壓器內(nèi)將氣體的大部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化成系統(tǒng)所需靜壓能，從而完成風(fēng)機(jī)的工作過(guò)程。運(yùn)行過(guò)程中，引風(fēng)機(jī)葉片的工作角度可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，葉片調(diào)節(jié)范圍為-36°～20°(對(duì)應(yīng)分散控制系統(tǒng)(DCS)顯示為0%～100%)，而葉片的調(diào)節(jié)是通過(guò)液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)改變動(dòng)葉片工作角度實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)動(dòng)葉的角度改變時(shí)，其風(fēng)量、風(fēng)壓、功率隨之改變，其中流量最大值為104.112萬(wàn)m3/h，全壓為7 442 Pa，功率最大值為2 600 kW。每次動(dòng)葉調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)著不同的風(fēng)機(jī)性能曲線，從而構(gòu)成引風(fēng)機(jī)性能曲線型譜[3]。

圖1 風(fēng)煙系統(tǒng)

1.3 增壓風(fēng)機(jī)性能分析

該電廠每臺(tái)鍋爐配1臺(tái)RTF37.5-18-1型靜葉可調(diào)軸流式增壓風(fēng)機(jī)：驅(qū)動(dòng)電機(jī)額定電流為160.8 A；風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)(TB)工況qV=2 013 868 m3/h，p=1 920 Pa；鍋爐最大連續(xù)出力(BMCR)工況qV=1 786 780 m3/h，p=1 600 Pa；風(fēng)機(jī)效率為85%。增壓風(fēng)機(jī)導(dǎo)向葉片的執(zhí)行機(jī)構(gòu)接受調(diào)節(jié)回路的指令，運(yùn)行中通過(guò)調(diào)整安裝在葉輪上的前導(dǎo)葉開(kāi)度實(shí)現(xiàn)葉輪吸入流量變化，增壓風(fēng)機(jī)靜葉的行程范圍為-75°～-30°(對(duì)應(yīng)DCS顯示為0%～100%)。增壓風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)裝置由裝有前導(dǎo)葉的上下兩個(gè)半圓環(huán)組成，前導(dǎo)葉采用具有最優(yōu)化動(dòng)力性能的翼形結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子葉片與葉柄通過(guò)高強(qiáng)度螺栓固定在風(fēng)機(jī)葉輪上，增壓風(fēng)機(jī)葉片安裝角度在運(yùn)行中不做調(diào)整，停機(jī)后可改變?nèi)~片安裝角(半徑回轉(zhuǎn)平面與槳葉界面弦長(zhǎng)之間的夾角)。超凈排放改造前，增壓風(fēng)機(jī)與引風(fēng)機(jī)調(diào)整過(guò)程中具有相同的動(dòng)態(tài)特性，增壓風(fēng)機(jī)與引風(fēng)機(jī)共同調(diào)節(jié)以維持吸收塔原煙氣入口壓力為一定值。

2 試驗(yàn)過(guò)程

試驗(yàn)過(guò)程中為了減小煤質(zhì)變化對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，選取收到基全水分24%、收到基灰分35%、收到基低位發(fā)熱量14.8 MJ/kg、干燥無(wú)灰基揮發(fā)分為45%的煤種。

2.1 試驗(yàn)1過(guò)程

根據(jù)該電廠某月計(jì)劃電量，選取試驗(yàn)機(jī)組負(fù)荷240 MW，風(fēng)量1 225 t/h，試驗(yàn)過(guò)程中維持氧量4.5%(根據(jù)鍋爐廠家提供的氧量與鍋爐負(fù)荷對(duì)應(yīng)曲線確定，下同)，引風(fēng)機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)投入，維持爐膛負(fù)壓穩(wěn)定在-60 Pa。逐漸調(diào)節(jié)增壓風(fēng)機(jī)靜葉開(kāi)度(從95%調(diào)至60%)到停止增壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行，再啟動(dòng)增壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行，調(diào)整增壓風(fēng)機(jī)靜葉開(kāi)度(從60%調(diào)至95%)，取相同開(kāi)度2次數(shù)據(jù)的平均值并記錄(試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1)，調(diào)節(jié)過(guò)程中各參數(shù)穩(wěn)定后再進(jìn)行下一次調(diào)節(jié)。

2.2 試驗(yàn)2過(guò)程

選取試驗(yàn)機(jī)組負(fù)荷230 MW，風(fēng)量1 185 t/h，試驗(yàn)過(guò)程中維持氧量5.0%，引風(fēng)機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)投入，維持爐膛負(fù)壓穩(wěn)定在-60 Pa，記錄未啟動(dòng)增壓風(fēng)機(jī)之前的參數(shù)，穩(wěn)定后啟動(dòng)增壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行并記錄各參數(shù)。機(jī)組加負(fù)荷至270 MW，風(fēng)量1 281 t/h，試驗(yàn)過(guò)程中維持氧量3.5%，增壓風(fēng)機(jī)靜葉開(kāi)度95%；負(fù)荷繼續(xù)加至300 MW，風(fēng)量1 324 t/h，氧量推薦值為3.0%，試驗(yàn)中實(shí)際氧量為1.5%，引風(fēng)機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)未投入。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

3 試驗(yàn)結(jié)果

(1)當(dāng)負(fù)荷230 MW不啟動(dòng)增壓風(fēng)機(jī)時(shí)，2臺(tái)引風(fēng)機(jī)電流為413.6 A，此工況可滿足運(yùn)行要求。當(dāng)負(fù)荷230 MW啟動(dòng)增壓風(fēng)機(jī)時(shí)，2臺(tái)引風(fēng)機(jī)與增壓風(fēng)機(jī)電流總和為416.0 A，比不啟動(dòng)增壓風(fēng)機(jī)時(shí)電流總和大2.4 A。故從運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性考慮，230 MW時(shí)不啟動(dòng)增壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行。

表1 試驗(yàn)1數(shù)據(jù)

表2 試驗(yàn)2數(shù)據(jù)

(2)當(dāng)負(fù)荷240 MW不啟動(dòng)增壓風(fēng)機(jī)時(shí)，2臺(tái)引風(fēng)機(jī)電流為460.4 A。當(dāng)負(fù)荷240 MW啟動(dòng)增壓風(fēng)機(jī)時(shí)，2臺(tái)引風(fēng)機(jī)與增壓風(fēng)機(jī)電流總和最小時(shí)為417.9 A，比不啟動(dòng)增壓風(fēng)機(jī)時(shí)電流總和小42.5 A，年節(jié)約成本約121萬(wàn)元。同時(shí)，運(yùn)行中引風(fēng)機(jī)靜葉開(kāi)度過(guò)大后，經(jīng)常出現(xiàn)B引風(fēng)機(jī)失速情況，影響安全、穩(wěn)定運(yùn)行。故從運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性與安全性考慮，240 MW時(shí)需啟動(dòng)增壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行。

(3)負(fù)荷240 MW啟動(dòng)增壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行后，當(dāng)增壓風(fēng)機(jī)靜葉開(kāi)度為60%時(shí)，增壓風(fēng)機(jī)與引風(fēng)機(jī)電流之和為450.8 A，引風(fēng)機(jī)效率為82%，增壓風(fēng)機(jī)入口煙氣壓力為1.45 kPa。當(dāng)增壓風(fēng)機(jī)靜葉開(kāi)度為80%時(shí)，增壓風(fēng)機(jī)與引風(fēng)機(jī)電流之和為417.9 A，此時(shí)引風(fēng)機(jī)效率為84%，相比增壓風(fēng)機(jī)靜葉開(kāi)度60%時(shí)總電流減少32.9 A，年節(jié)約成本約107萬(wàn)元，此時(shí)引風(fēng)機(jī)效率最高。因此，當(dāng)負(fù)荷240 MW時(shí)，保持增壓風(fēng)機(jī)靜葉開(kāi)度80%運(yùn)行。

(4)當(dāng)負(fù)荷達(dá)到300 MW時(shí)，總風(fēng)量1 324 t/h，氧量1.5%，氧量沒(méi)有達(dá)到該負(fù)荷鍋爐效率最大值時(shí)所需氧量。此時(shí)，增壓風(fēng)機(jī)靜葉開(kāi)度最大，引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開(kāi)度已達(dá)到安全運(yùn)行的最大出力，引風(fēng)機(jī)運(yùn)行在不穩(wěn)定區(qū)域，運(yùn)行中引風(fēng)機(jī)經(jīng)常發(fā)生失速情況。故建議停機(jī)后調(diào)整增壓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子葉片安裝角度或進(jìn)行引風(fēng)機(jī)擴(kuò)容，以滿足高負(fù)荷煙氣要求。

[1]李遠(yuǎn)飛.300 MW機(jī)組引風(fēng)機(jī)和脫硫增壓風(fēng)機(jī)合并分析[J].科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì),2007,17(36)：287-288.

[2]孫立本，魯?shù)略?，楊?引風(fēng)機(jī)與脫硫增壓風(fēng)機(jī)合并方案論證[J].東北電力技術(shù)，2009，30(8)：15-17.

[3]成都電力機(jī)械廠,丹東金山熱電有限公司.YU25238動(dòng)調(diào)引風(fēng)機(jī)用戶協(xié)議[Z].2010.