600 MW機(jī)組超低排放改造引風(fēng)機(jī)選型

唐忠順， 王海秀， 張燕強(qiáng)， 周秋樂

(1. 茂名臻能熱電有限公司， 廣東茂名 525011； 2. 廣東石油化工學(xué)院， 廣東茂名 525000)

《全面實(shí)施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》要求2020年前，全國(guó)所有具備改造條件的燃煤電廠力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)超低排放?！稄V東省煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃(2014—2020年)》中要求到2020年[1]，全省燃煤機(jī)組大氣污染物排放質(zhì)量濃度基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放標(biāo)準(zhǔn)(即在基準(zhǔn)含氧量6%的條件下，煙塵、SO2、NOx的排放質(zhì)量濃度分別不高于10 mg/m3、35 mg/m3、50 mg/m3)。

為了積極響應(yīng)環(huán)保新要求，某電廠7號(hào)機(jī)組(600 MW)于2016年11月進(jìn)行超低排放改造，技術(shù)路線為選擇性催化還原(SCR)脫硝改造+濕法脫硫提效+增設(shè)濕式電除塵器+預(yù)留水煤介管式煙氣換熱器(MGGH)布置位置。SCR脫硝改造方案選用直接增加相同規(guī)格的備用層催化劑，脫硫提效方案是在吸收塔入口煙道頂部距離第一層噴淋層1.9 m處安裝一個(gè)多孔合金托盤。根據(jù)選擇的技術(shù)路線，在最大連續(xù)蒸發(fā)量(BMCR)工況下，煙氣系統(tǒng)阻力將增大1 600 Pa，原引風(fēng)機(jī)最大設(shè)計(jì)工作壓力不能滿足改造后BMCR工況所需風(fēng)機(jī)壓力，實(shí)際運(yùn)行中僅能滿足機(jī)組正常狀態(tài)下的600 MW工況出力要求，但此時(shí)引風(fēng)機(jī)已無(wú)出力裕量，如果系統(tǒng)設(shè)備堵塞或煤質(zhì)惡化則無(wú)法滿足滿負(fù)荷出力要求，必須對(duì)原引風(fēng)機(jī)進(jìn)行增容改造[2]。通過對(duì)引風(fēng)機(jī)進(jìn)行選型研究，選擇合適的風(fēng)機(jī)型號(hào)以滿足機(jī)組正常運(yùn)行。

1 鍋爐煙氣系統(tǒng)概述

該機(jī)組于2014年1月投產(chǎn)運(yùn)行，鍋爐為DG1920/25.4-II2型超臨界變壓直流本生鍋爐，采用一次再熱、單爐膛、尾部雙煙道結(jié)構(gòu)、煙氣擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)、平衡通風(fēng)、露天布置、前后墻對(duì)沖燃燒。鍋爐主要技術(shù)參數(shù)見表1(BRL為鍋爐額定負(fù)荷；THA為熱耗率驗(yàn)收)。

表1 鍋爐主要技術(shù)參數(shù)

鍋爐煙氣系統(tǒng)原配有2臺(tái)SAF30-15-2型雙級(jí)動(dòng)葉軸流引風(fēng)機(jī)(筆者所取參數(shù)為2臺(tái)風(fēng)機(jī)參數(shù)的平均值)，脫硫系統(tǒng)不另配增壓風(fēng)機(jī)。原引風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)見表2(TB為風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)點(diǎn))。

表2 原引風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)

2 風(fēng)煙系統(tǒng)阻力評(píng)估

2.1 改造前煙氣系統(tǒng)阻力測(cè)試

機(jī)組超低排放改造前，對(duì)600 MW機(jī)組煙氣系統(tǒng)阻力進(jìn)行摸底測(cè)試。測(cè)量結(jié)果表明：脫硝系統(tǒng)A側(cè)阻力為800 Pa、B側(cè)阻力為830 Pa，因脫硝系統(tǒng)安裝的是兩層催化劑，阻力值基本正常；空氣預(yù)熱器A側(cè)阻力為1 995 Pa，B側(cè)阻力為1 830 Pa，大于設(shè)計(jì)阻力1 100 Pa，因空氣預(yù)熱器存在嚴(yán)重的堵塞問題，進(jìn)而影響到煙氣系統(tǒng)阻力；電袋除塵器系統(tǒng)A側(cè)阻力為805 Pa、B側(cè)阻力為825 Pa，目前國(guó)內(nèi)電袋除塵器實(shí)際平均阻力為1 000 Pa，該機(jī)組電袋除塵器阻力處于國(guó)內(nèi)較優(yōu)水平；脫硫吸收塔阻力為1 070 Pa，而設(shè)計(jì)阻力為1 350 Pa，脫硫吸收塔共四層噴淋層，試驗(yàn)時(shí)僅投用了三層，得出脫硫吸收塔阻力屬正常。

由上述分析可以看出：試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)表明脫硝系統(tǒng)、電袋除塵器及脫硫系統(tǒng)的阻力均處于正常范圍，但空氣預(yù)熱器阻力明顯偏大，存在嚴(yán)重的阻力問題。

2.2 不同超低排放改造技術(shù)路線下煙氣系統(tǒng)新增阻力

該機(jī)組超低排放改造有3個(gè)技術(shù)改造路線可供選擇：技術(shù)路線一為SCR脫硝改造+預(yù)留煙氣冷卻器布置位置+濕法脫硫提效(煤中硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)w(S)=1.0%)+增設(shè)濕式電除塵器+預(yù)留煙氣再熱器布置位置+風(fēng)機(jī)改造；技術(shù)路線二為SCR脫硝改造+預(yù)留煙氣冷卻器布置位置+濕法脫硫提效(w(S)=1.2%)+增設(shè)濕式電除塵器+預(yù)留煙氣再熱器布置位置+風(fēng)機(jī)改造；技術(shù)路線三為低氮燃燒器改造+SCR脫硝改造+增設(shè)煙氣冷卻器+濕法脫硫提效(w(S)=1.75%)+增設(shè)濕式電除塵器+增設(shè)MGGH+風(fēng)機(jī)擴(kuò)容。

低氮燃燒器改造不會(huì)對(duì)系統(tǒng)阻力產(chǎn)生影響；脫硝系統(tǒng)催化劑安裝了兩層，新增一層催化劑，設(shè)計(jì)阻力為200 Pa；增設(shè)MGGH將使系統(tǒng)阻力增加1 000 Pa。脫硫提效改造對(duì)系統(tǒng)阻力的影響為：技術(shù)路線一在吸收塔入口煙道頂部距離第一層噴淋層1.9 m處安裝一個(gè)多孔合金托盤，阻力增加700 Pa；技術(shù)路線二新增一層噴淋層并新增一層合金托盤，阻力增加1 000 Pa；技術(shù)路線三將原有吸收塔改為雙循環(huán)吸收塔，在雙循環(huán)吸收塔中間新增一座AFT(Absorber Feed Tank)漿液收集碗裝置，阻力增加900 Pa。改造還將在吸收塔出口安裝濕式除塵器，系統(tǒng)阻力增加700 Pa。由此得出：在BMCR工況下，技術(shù)路線一增加系統(tǒng)阻力1 600 Pa，技術(shù)路線二增加系統(tǒng)阻力1 900 Pa，技術(shù)路線三增加系統(tǒng)阻力2 800 Pa[3]。

3 引風(fēng)機(jī)改造選型研究

3.1 超低排放改造后引風(fēng)機(jī)運(yùn)行預(yù)估

對(duì)超低排放改造后引風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)估算，數(shù)據(jù)見表3。

表3 改造后引風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)估算數(shù)據(jù)

超低排放改造三種技術(shù)路線BMCR工況所需引風(fēng)機(jī)壓力均已大于現(xiàn)有引風(fēng)機(jī)8 532 Pa的最大設(shè)計(jì)工作壓力。將改造后的引風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)標(biāo)注在原引風(fēng)機(jī)的性能曲線上，見圖1。

由圖1可以看出：機(jī)組超低排放改造后，在BMCR工況時(shí)原引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉角度約為+10°。如再按相關(guān)技術(shù)規(guī)范[4]考慮一定的體積流量裕量、風(fēng)機(jī)全壓裕量，則改造后TB工況將超出該引風(fēng)機(jī)的工作極限。同時(shí)，改造后引風(fēng)機(jī)的高負(fù)荷工作點(diǎn)將向風(fēng)機(jī)失速區(qū)域靠近，例如在技術(shù)路線三的600 MW工況時(shí)，風(fēng)機(jī)運(yùn)行點(diǎn)理論失速裕量?jī)H為1.37，略高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的1.3的最小失速裕量要求?？紤]到運(yùn)行中參數(shù)的變化，原引風(fēng)機(jī)運(yùn)行存在一定的失速安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，原引風(fēng)機(jī)不能滿足機(jī)組BMCR工況的安全穩(wěn)定出力需求。

圖1 超低排放改造后原引風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況

實(shí)際運(yùn)行中僅能滿足機(jī)組正常狀態(tài)下600 MW工況出力要求，但此時(shí)風(fēng)機(jī)已無(wú)合理的出力裕量，如果空氣預(yù)熱器堵塞嚴(yán)重或煤質(zhì)變差時(shí)，風(fēng)機(jī)就無(wú)法滿足滿負(fù)荷需求[5]。因此，該超低排放改造需要對(duì)原引風(fēng)機(jī)增容改造。

3.2 引風(fēng)機(jī)增容改造參數(shù)設(shè)計(jì)

(1) 風(fēng)機(jī)體積流量。

在600 MW工況(給水質(zhì)量流量1 795.0 t/h)引風(fēng)機(jī)平均實(shí)測(cè)體積流量為446 m3/s，根據(jù)蒸發(fā)量換算到BMCR工況后，得出BMCR工況工作風(fēng)機(jī)體積流量為478 m3/s，入口煙氣溫度約135 ℃，密度為0.86 kg/m3。由于超低改造不會(huì)對(duì)引風(fēng)機(jī)入口系統(tǒng)煙氣量產(chǎn)生影響，因此，取上述實(shí)測(cè)風(fēng)機(jī)體積流量推算的BMCR工況風(fēng)機(jī)體積流量作為超低改造后新的選型基本風(fēng)機(jī)體積流量。

考慮今后煤種、煙氣系統(tǒng)漏風(fēng)和排煙溫度變化，以及目前鍋爐煙氣流量較高的現(xiàn)狀，綜合考慮在上述基本風(fēng)機(jī)體積流量基礎(chǔ)上取5%的裕量，即改造后TB工況設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)體積流量為501.9 m3/s，取整后為500 m3/s。

(2) 風(fēng)機(jī)全壓。

在600 MW工況下引風(fēng)機(jī)實(shí)測(cè)全壓為6 013 Pa，根據(jù)實(shí)測(cè)風(fēng)機(jī)體積流量與風(fēng)煙系統(tǒng)阻力的關(guān)系換算到BMCR工況下，得出BMCR工況系統(tǒng)風(fēng)機(jī)全壓為6 788 Pa，以此作為新引風(fēng)機(jī)選型基本壓頭并考慮15%的壓頭裕量，而超低排放改造新增阻力由于已經(jīng)考慮了裕量這里不再取裕量，最終得出不同改造技術(shù)路線下的新引風(fēng)機(jī)TB設(shè)計(jì)壓力(取整后)分別為：技術(shù)路線一9 400 Pa、技術(shù)路線二9 700 Pa、技術(shù)路線三10 600 Pa。

(3) 電動(dòng)機(jī)功率。

風(fēng)機(jī)軸功率計(jì)算公式為[6]：

(1)

式中：N為風(fēng)機(jī)軸功率，kW；kpt為風(fēng)機(jī)壓縮性系數(shù)，根據(jù)風(fēng)機(jī)全壓、進(jìn)口絕對(duì)靜壓計(jì)算，約為0.966；Q為風(fēng)機(jī)體積流量，m3/s；p為風(fēng)機(jī)全壓，Pa；η為風(fēng)機(jī)全壓效率，取0.85；

電動(dòng)機(jī)選型功率計(jì)算公式為：

(2)

式中：Pe為電動(dòng)機(jī)功率，kW；K為電動(dòng)機(jī)的容量安全系數(shù)，軸流式風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較小，取1.05；ηs為傳動(dòng)效率，聯(lián)軸器直聯(lián)傳動(dòng)，取0.98。

由式(1)和式(2)可得：按技術(shù)路線一TB工況，風(fēng)機(jī)軸功率為5 341 kW，電動(dòng)機(jī)選型功率為5 723 kW；按技術(shù)路線二TB工況，風(fēng)機(jī)軸功率為5 512 kW，電動(dòng)機(jī)選型功率為5 906 kW；按技術(shù)路線三TB工況，風(fēng)機(jī)軸功率為6 023 kW，電動(dòng)機(jī)選型功率為6 454 kW。

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，引風(fēng)機(jī)改造后風(fēng)機(jī)體積流量、風(fēng)機(jī)全壓、電動(dòng)機(jī)選型功率的參數(shù)匯總見表4。

表4 引風(fēng)機(jī)改造后主要性能設(shè)計(jì)選型參數(shù)

4 引風(fēng)機(jī)增容改造方案選擇與分析

4.1 改造方案選擇

引風(fēng)機(jī)增容改造最終按技術(shù)路線二所選擇的參數(shù)進(jìn)行實(shí)施，2017年1月該600 MW機(jī)組完成了超低排放改造。

引風(fēng)機(jī)增容改造具體方案如下：電動(dòng)機(jī)更換，因原電動(dòng)機(jī)功率為5 000 kW，不能滿足改造后的風(fēng)機(jī)功率需求；風(fēng)機(jī)進(jìn)出口尺寸不變，輪轂及葉片全部更換；風(fēng)機(jī)集流器改造，需要與新的葉輪匹配；擴(kuò)壓器更換；機(jī)殼更換；主軸承箱與液壓調(diào)節(jié)裝置整體運(yùn)返風(fēng)機(jī)廠家進(jìn)行解體大修后利舊；電動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油站、風(fēng)機(jī)油站、冷卻風(fēng)機(jī)等利舊；風(fēng)機(jī)中心標(biāo)高不變，風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)與電動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)利舊。

根據(jù)改造方案及選型參數(shù)要求，并結(jié)合該機(jī)組改造實(shí)際情況，引風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠家選取了SAF31-18-2型雙級(jí)動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)，提供的增容改造后的引風(fēng)機(jī)技術(shù)參數(shù)見表5。

表5 增容改造后引風(fēng)機(jī)技術(shù)參數(shù)

4.2 改造分析

600 MW機(jī)組超低排放改造后，于2017年2月20日至24日對(duì)引風(fēng)機(jī)進(jìn)行性能試驗(yàn)。在機(jī)組600 MW、430 MW、300 MW三個(gè)工況下測(cè)量了引風(fēng)機(jī)參數(shù)。性能試驗(yàn)結(jié)果見表6，實(shí)際運(yùn)行性能曲線見圖2。

表6 引風(fēng)機(jī)改造后性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖2 實(shí)際運(yùn)行工況點(diǎn)在性能曲線中的表示

風(fēng)機(jī)全壓、風(fēng)機(jī)體積流量取A、B兩側(cè)的平均。由表6得出：在600 MW滿負(fù)荷工況實(shí)際運(yùn)行下，風(fēng)機(jī)全壓為6 455 Pa，風(fēng)機(jī)體積流量為406 m3/s，軸功率為3 218.9 kW。因設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)沒有提供430 MW與300 MW兩個(gè)工況下的參數(shù)，故不進(jìn)行比較分析。

將600 MW工況下實(shí)際運(yùn)行參數(shù)與表5中風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)比較：全壓裕量為17.13%，風(fēng)機(jī)體積流量裕量為8.97%。

由此可以得出：風(fēng)機(jī)全壓偏差相對(duì)較大，全壓偏高約1 300 Pa，相對(duì)偏高17%，體積流量相對(duì)偏大約9%。這主要是因?yàn)樵囼?yàn)時(shí)煙氣系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備處于較清潔狀態(tài)，從另一個(gè)角度來看，較高的全壓裕量可以保證將來煙氣系統(tǒng)相對(duì)惡劣運(yùn)行工況時(shí)引風(fēng)機(jī)仍能滿足需要。經(jīng)計(jì)算本次各試驗(yàn)工況點(diǎn)的失速裕量均較大(大于30%)，為引風(fēng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行提供較好的保障。綜上所述，該引風(fēng)機(jī)增容改造的優(yōu)化選型工作較為成功。

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)某600 MW機(jī)組超低排放改造，對(duì)引風(fēng)機(jī)增容改造優(yōu)化選型進(jìn)行了綜合分析計(jì)算，提供了技術(shù)思路與方法，可供電站風(fēng)機(jī)選型改造提供一定參考。

通過綜合對(duì)比，該引風(fēng)機(jī)改造最終選用了SAF31-18-2型雙級(jí)動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)。根據(jù)風(fēng)機(jī)選型設(shè)計(jì)參數(shù)與改造后風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果比較、分析，選型參數(shù)合理，風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)安全裕量充分，能夠滿足鍋爐正常運(yùn)行下的各工況需求，即使將來再增加MGGH相關(guān)換熱器，在煙氣系統(tǒng)阻力水平正常情況下，該引風(fēng)機(jī)及其電動(dòng)機(jī)也能滿足要求。

參考文獻(xiàn)：

[1] 覃蕓, 王延緯. 廣東省"十三五"期間火電廠建設(shè)空間分析[J]. 廣東電力, 2016, 29(7): 67-71, 77.

[2] 周沖. 600 MW火電機(jī)組超清潔排放改造及配套引風(fēng)機(jī)改造應(yīng)用與分析[J]. 應(yīng)用能源技術(shù), 2017(2): 20-23.

[3] 韋紅旗, 馬國(guó)偉, 王曉風(fēng), 等. 600 MW機(jī)組煙氣系統(tǒng)綜合改造后風(fēng)機(jī)的改造及選型分析[J]. 電站系統(tǒng)工程, 2015, 31(5): 61-65.

[4] 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部, 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局. 大中型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范: GB 50660—2011[S]. 北京: 中國(guó)計(jì)劃出版社, 2012.

[5] 梁新磊, 耿靜, 姚衛(wèi)國(guó). 超臨界600 MW機(jī)組鍋爐改造后引風(fēng)機(jī)選型分析[J]. 熱力發(fā)電, 2013, 42(4): 102-103, 108.

[6] 北京能源集團(tuán)有限責(zé)任公司, 東南大學(xué). 電站風(fēng)機(jī)應(yīng)用技術(shù)與實(shí)踐[M]. 北京: 中國(guó)電力出版社, 2017: 23-24.