火電機組單側(cè)風機運行過程中的負荷率的研究

彭強

摘要：隨著電力體制改革的不斷加深，市場競爭不斷加劇，火電廠正在不斷探索更加經(jīng)濟的運行方式。而風煙系統(tǒng)是火電廠中電耗最高的輔機系統(tǒng)，引風機是廠內(nèi)電耗最高的輔機設備，所以降低風機電耗能顯著降低整體廠用電耗，對提升機組整體的經(jīng)濟性有明顯幫助，值得我們?nèi)プ錾钊氲奶剿餮芯俊?/p>

關鍵詞：火電廠；經(jīng)濟運行；風煙系統(tǒng)；單側(cè)風機

現(xiàn)階段，大型火電廠普遍采用了動葉可調(diào)式風機，機組在變工況運行時，通過調(diào)節(jié)風機動葉角度來降低風機出力，從而同時起到風量調(diào)節(jié)和節(jié)電的目的；除此之外，有的火電廠采用了風機變頻器，通過調(diào)節(jié)頻率來降低風機出力和電耗。目前有一些電廠在風機的運行方式上也在開展節(jié)能探索，最常見的是在機組的啟動階段或低負荷運行時采用單側(cè)風機運行。

一、風煙系統(tǒng)經(jīng)濟性的現(xiàn)狀分析

1、動葉調(diào)節(jié)

動葉可調(diào)軸流風機在大型火電機組中使用非常多，其調(diào)節(jié)范圍大，調(diào)節(jié)性能好，而且在變工況運行時還具有較好的節(jié)能效果。

但對于引風機來說，其介質(zhì)為煙氣，必須要考慮葉片磨損的問題。若引風機選用動葉調(diào)節(jié)式軸流風機，將導致其動葉磨損問題突出，而且動葉磨損后的維護成本很高。所以很多大型火電機組的引風機仍采用了靜葉調(diào)節(jié)式軸流風機，而靜葉調(diào)節(jié)在變工況下運行的經(jīng)濟性又不夠好。

另外，動葉調(diào)節(jié)式軸流風機在低負荷運行時，風機效率下降依然明顯，節(jié)能效果也很有限，尤其是機組需要長期低負荷運行，那么節(jié)能效果就不夠理想，還有進一步的節(jié)能空間。

2、變頻調(diào)節(jié)

若采用變頻調(diào)節(jié)，在變工況運行時改變風機轉(zhuǎn)速，能夠改變風機的性能曲線，所以可以使風機在全負荷段都保持高效率運行。近些年很多電廠已經(jīng)開始采用風機變頻調(diào)節(jié)或進行變頻改造，但同時也暴露出一些問題。

例如廣東某電廠為了節(jié)能對引風機進行變頻改造，卻在改造后的試驗過程中發(fā)生了電動機軸斷裂事故。事后相關研究單位進行了研究分析，確定其主要原因為轉(zhuǎn)動設備轉(zhuǎn)速進入軸系的固有頻率區(qū)引起共振現(xiàn)象，導致軸系在短短數(shù)天內(nèi)就發(fā)生斷裂事故。

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

二、機組低負荷單側(cè)風機運行分析

雖然單側(cè)風機運行這一節(jié)能策略已被提出多年，有些電廠也做了很多探索和實驗，卻一直無法被采納和推廣，除了技術上的原因以外，與現(xiàn)階段火電企業(yè)的管理思路也有很大關系。

1、經(jīng)濟性分析

從理論上來講，若機組處于50%及以下的低負荷工況，風機出力很低，無論采用何種調(diào)節(jié)方式，效率都會明顯下降，此時采用單側(cè)風機運行，的確可以提高風機效率。但是還必須考慮整個系統(tǒng)的運行方式，比如風道是否發(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，這都需要具體的實驗才能得出結論。

很多電廠已經(jīng)做過這樣的實驗，但實驗數(shù)據(jù)得出的結論各異，有的電廠做單側(cè)風機運行實驗時，風機節(jié)能效果非常明顯，而有的電廠實驗時，根本不節(jié)能甚至還會增加能耗。導致結果不同的原因很多，而且有些實驗數(shù)據(jù)的真實性也讓人感到懷疑。比如有的電廠為了美化節(jié)能優(yōu)化的實驗成果，可能會擅自修改實驗數(shù)據(jù)，致使節(jié)能效果突出；而有的電廠會因保守起見，在整個系統(tǒng)的運行方式?jīng)]有選擇最優(yōu)方案，導致達不到節(jié)能效果。

為了保證數(shù)據(jù)的真實性，本文不采用節(jié)能優(yōu)化實驗報告的數(shù)據(jù)，現(xiàn)采用某電廠600MW機組電能日報表的數(shù)據(jù)作為例案的分析依據(jù)。對比送、引風機單側(cè)運行時與同負荷下雙側(cè)運行時電能日報表，可以初步分析單側(cè)送、引風機運行對能耗的影響。通過數(shù)據(jù)分析可知，單側(cè)送、引風機運行時，送、引風機的電耗基本不變，而雙側(cè)運行的一次風機電耗卻增大了近50%。

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

所以，有些電廠實驗結果為單側(cè)風機運行不節(jié)能，很可能是運行方式不合理導致，比如只投運單側(cè)風道使風道阻力增加、只投運單側(cè)空預器換熱導致排煙溫度升高等。只要采用合理的運行方式，單側(cè)風機運行的節(jié)能效果一定顯而易見。

2、安全可靠性分析

單側(cè)風機運行時，鍋爐汽溫、受熱面壁溫等極易產(chǎn)生偏差，時間過長可能造成大面積結焦、傳熱惡化等嚴重后果。這主要是因為單側(cè)風機運行時，兩側(cè)風道阻力不同，導致鍋爐兩側(cè)進風量偏差較大，爐膛火焰中心以及煙氣流場容易發(fā)生偏斜。其實雙側(cè)風機運行時同樣也會產(chǎn)生類似問題，我們通過兩側(cè)風機的動葉開度進行平衡調(diào)整就能夠解決。單側(cè)風機運行時，動葉只能調(diào)節(jié)出力，不能再進行平衡調(diào)整，所以要采用其他的調(diào)整方法，最簡單的就是風道節(jié)流，即阻力偏小一側(cè)的風道進行擋板節(jié)流調(diào)節(jié)，將該側(cè)擋板關小直至兩側(cè)風量相等，這樣就能解決風量的偏差問題了。

最重要的是風機可靠性的問題，若采用單側(cè)風機運行，一旦運行風機跳閘，整臺機組就會發(fā)生跳閘。但如果風機故障被提前發(fā)現(xiàn)，提前啟動備用風機就不會有問題。大多數(shù)風機故障都是有征兆的，比如軸承振動或溫度持續(xù)上升，都不是突然發(fā)生的，而是經(jīng)過一段時間才會到達跳閘值，這段時間足夠啟動備用風機，不會導致事故的擴大。實際上風機毫無征兆直接跳閘的情況是十分少見的。

更大的風險是在風機單、雙側(cè)運行的切換操作上。尤其是一次風機的并、退操作，一次風壓對制粉系統(tǒng)影響大，保護延時短，稍有疏忽就會造成嚴重的事故。隨著自動控制技術的發(fā)展，解決這一問題也不是難題了，可以結合成功的操作經(jīng)驗，設定程控切換的程序，實現(xiàn)自動切換，減小運行人員操作風險，防止因人為操作原因?qū)е率鹿拾l(fā)生。

3、適用性分析

只有在機組低負荷工況下才能采用單側(cè)風機運行，而且風機出力還要留有必要的余量。由于風機并、退操作風險高，另外大型風機頻繁啟停會損害設備壽命。所以，對于負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)，火電負荷率不高，尤其是在豐水期，機組長期處于低負荷運行，而且負荷曲線穩(wěn)定。這些地區(qū)的火電廠若增加風機變頻器，節(jié)能效果有限還增加了投資?？梢栽谪S水期低負荷時段采用單側(cè)風機運行的方式，不用增加投資，節(jié)能效果還好。

三、結論

現(xiàn)階段火電廠普遍采用的動葉調(diào)節(jié)、風機變頻等節(jié)能技術，在機組長期低負荷運行時節(jié)能效果有限，還有進一步探索的空間。對于水電資源豐富的地區(qū)，火電機組在豐水期長期處于低負荷運行，可以考慮采用單側(cè)風機運行的節(jié)能方式，其節(jié)能效果明顯，又不用增加投資。

參考文獻

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

（作者單位：大唐三門峽發(fā)電有限責任公司）