大型火電機(jī)組軸流式送風(fēng)機(jī)降速節(jié)能優(yōu)化改造研究與實(shí)施

劉川槐，朱 睿，王 偉，孟德彪，王 寶，吳兆香，吳龍飛

(淮浙電力有限責(zé)任公司鳳臺發(fā)電分公司，安徽 淮南 232131)

0 前言

送風(fēng)機(jī)是火力發(fā)電廠鍋爐三大風(fēng)機(jī)之一，一般大型火力發(fā)電廠鍋爐配置2臺各50%容量動葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)。根據(jù)《火力發(fā)電廠設(shè)計技術(shù)規(guī)程》的要求，兩臺送風(fēng)機(jī)在考慮了一定的溫度裕量后，風(fēng)量裕量取10%，壓頭裕量取10%。其耗電量占廠用電0.2%左右。

某大型火電廠一期2×630 MW超臨界燃煤汽輪發(fā)電機(jī)組，鍋爐配套送風(fēng)機(jī)采用兩臺沈陽鼓風(fēng)機(jī)廠生產(chǎn)的ASN-2800/1600型動葉調(diào)節(jié)軸流式風(fēng)機(jī)。由于送風(fēng)機(jī)設(shè)計裕量偏大，兩臺機(jī)組自投產(chǎn)后，送風(fēng)機(jī)一直存在即使機(jī)組最大負(fù)荷情況下其動葉最大開度也不超過35%、出口壓力也不超過1.8 kPa左右的問題。另外，機(jī)組在60%負(fù)荷以下時，兩臺送風(fēng)機(jī)動葉開度已達(dá)最小開度8%左右而無法繼續(xù)往下調(diào)節(jié)，導(dǎo)致鍋爐低負(fù)荷情況下氧量過高，鍋爐NOx排放折算值較大，鍋爐噴氨量較大，同時也增加引風(fēng)機(jī)低負(fù)荷功耗，而此時送風(fēng)機(jī)效率更是低至45%以下。因此，送風(fēng)機(jī)長期在低效率區(qū)運(yùn)行，經(jīng)濟(jì)性較差。

由于近幾年火電機(jī)組參與深度調(diào)峰的普及，送風(fēng)機(jī)普遍存在相似的裕量偏大問題。根據(jù)試驗(yàn)實(shí)測數(shù)據(jù)和送風(fēng)機(jī)自身特性，提出合適的節(jié)能改造方案。付萬兵等[1]針對某火力發(fā)電廠送風(fēng)機(jī)裕量偏大問題，將送風(fēng)機(jī)進(jìn)行降速改造，取得良好節(jié)能效果，年可節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用22萬元左右。李建華等[2]針對某電廠送風(fēng)機(jī)選型時風(fēng)機(jī)裕量偏大問題，對風(fēng)機(jī)葉片進(jìn)行優(yōu)化改造，使得平均廠用電率下降0.04%，取得良好節(jié)能效果。

為提高送風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率，本文通過對兩臺送風(fēng)機(jī)的性能試驗(yàn)，研究其降速運(yùn)行的可行性，以及降速改造后對風(fēng)機(jī)再進(jìn)行試驗(yàn)研究，分析送風(fēng)機(jī)降速改造后性能曲線及節(jié)能情況。通過送風(fēng)機(jī)改造前后一系列的相關(guān)性能試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)送風(fēng)機(jī)降速改造后節(jié)能效果非常明顯。同時，改造后在各工況下，送風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)均正常，各工況點(diǎn)遠(yuǎn)離失速區(qū)。本文通過對送風(fēng)機(jī)降速改造研究并有效實(shí)施的介紹，為其他電廠軸流式風(fēng)機(jī)節(jié)能優(yōu)化改造提供了很好的借鑒意義。

1 設(shè)備概況

兩臺送風(fēng)機(jī)改造前其性能數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 送風(fēng)機(jī)及配套電機(jī)設(shè)備規(guī)范

2 研究內(nèi)容及方法

2.1 試驗(yàn)工況、內(nèi)容

本文主要對送風(fēng)機(jī)降速改造前后在機(jī)組高、中、低5個典型工況下風(fēng)機(jī)耗功等參數(shù)進(jìn)行對比分析。

2.2 試驗(yàn)方法

風(fēng)機(jī)試驗(yàn)方法和有關(guān)數(shù)據(jù)計算方法依據(jù)我國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T469-2004《電站鍋爐風(fēng)機(jī)現(xiàn)場性能試驗(yàn)》和國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 10178-2006《工業(yè)通風(fēng)機(jī)現(xiàn)場性能試驗(yàn)》的規(guī)定進(jìn)行。

3 改造前試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 改造前試驗(yàn)結(jié)果綜述

送風(fēng)機(jī)熱態(tài)試驗(yàn)詳細(xì)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)與計算結(jié)果見表2。送風(fēng)機(jī)實(shí)測運(yùn)行點(diǎn)在其性能曲線上的位置見圖1。

3.2 改造前送風(fēng)機(jī)試驗(yàn)結(jié)果分析

由表2數(shù)據(jù)和圖1可以看出：實(shí)測各工況兩臺送風(fēng)機(jī)就地動葉開度與性能曲線的對應(yīng)開度均有偏差，偏差在4.8°～6.7°之間，各個工況偏差基本一致；實(shí)測效率與曲線對應(yīng)效率偏差在2.4%以內(nèi)(小于5%)，說明現(xiàn)有送風(fēng)機(jī)達(dá)到了其保證性能。

表2 改造前送風(fēng)機(jī)試驗(yàn)主要結(jié)果

3.3 送風(fēng)機(jī)實(shí)測值與設(shè)計值比較

送風(fēng)機(jī)熱態(tài)試驗(yàn)最大負(fù)荷610 MW分別做了5臺磨工況和6臺磨工況，5臺磨工況實(shí)測送風(fēng)機(jī)流量大于6臺磨工況，且5臺磨工況屬于常規(guī)運(yùn)行方式，因此以5臺磨高負(fù)荷工況為基準(zhǔn)進(jìn)行分析。按照給水流量換算至設(shè)計狀態(tài)，并選用兩臺送風(fēng)機(jī)流量平均值與設(shè)計值進(jìn)行比較，表3為送風(fēng)機(jī)實(shí)測參數(shù)與設(shè)計值對比情況。

表3 送風(fēng)機(jī)熱態(tài)試驗(yàn)結(jié)果與設(shè)計值比較

從表3可知，實(shí)測送風(fēng)機(jī)平均流量比BMCR工況設(shè)計值偏小7.5%，實(shí)測平均壓力比BMCR工況設(shè)計值偏小96.9%。實(shí)測送風(fēng)機(jī)平均流量裕量31.2%，壓力裕量146.9%，說明送風(fēng)機(jī)流量、壓力裕量均過大，有較大節(jié)能空間。

3.4 送風(fēng)機(jī)與系統(tǒng)匹配性分析

由以上分析可以看到，送風(fēng)機(jī)在機(jī)組高負(fù)荷運(yùn)行時效率在68%左右，中負(fù)荷運(yùn)行時效率在45%左右，小負(fù)荷運(yùn)行效率僅為40%左右。送風(fēng)機(jī)運(yùn)行點(diǎn)位于小開度區(qū)域(性能曲線左下方區(qū)域)，裕量偏大，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率偏低、其與系統(tǒng)匹配性差[3-5]。

4 送風(fēng)機(jī)節(jié)能改造方案研究

4.1 送風(fēng)機(jī)新選型參數(shù)確定

(1)風(fēng)量參數(shù)確定

從3.2送風(fēng)機(jī)試驗(yàn)結(jié)果分析可知：實(shí)測高負(fù)荷工況平均流量為183.8 m3/s，換算得到BMCR工況質(zhì)量流量為196.3 m3/s。

BMCR工況流量取10%的裕量作為TB點(diǎn)流量，即196.3×1.1=215.0 m3/s

(2)壓力參數(shù)確定

從3.2送風(fēng)機(jī)試驗(yàn)結(jié)果分析可知：實(shí)測高負(fù)荷工況平均壓力為1 770.6 Pa，換算至BMCR工況壓力為2 057.6 Pa，BMCR工況壓力取20%裕量作為TB點(diǎn)壓力，即2 057.6×1.2=2 349.7 Pa，圓整TB點(diǎn)壓力取2 500.0 Pa。由此得出送風(fēng)機(jī)選型各個工況參數(shù)見表4。

(1)電機(jī)功率參數(shù)確定

按照表4給出的新風(fēng)機(jī)選型參數(shù)，根據(jù)風(fēng)機(jī)功率計算公式

表4 新送風(fēng)機(jī)選型參數(shù)及節(jié)能估算表

P=Q×p/(1 000×η0×η1)

式中Q——風(fēng)量/m3·h-1;

p——風(fēng)機(jī)的全風(fēng)壓/Pa；

η0——風(fēng)機(jī)的內(nèi)效率，取0.85；

η1——機(jī)械效率，取0.96。

計算風(fēng)機(jī)在TB工況所需的電機(jī)輸入功率為571.3 kW，考慮選取10%的安全裕量，圓整后新送風(fēng)機(jī)所需配套電機(jī)功率為750.0 kW。

(2)新參數(shù)在原風(fēng)機(jī)性能曲線上的分布情況

為便于各節(jié)能改造方案與原送風(fēng)機(jī)的對比，圖2給出新風(fēng)機(jī)選型參數(shù)(表4)在原風(fēng)機(jī)性能曲線上的分布情況。

從圖2中可以看出：現(xiàn)有送風(fēng)機(jī)裕量過大，節(jié)能改造后確定的TB點(diǎn)位置盡在其36°開度線位置，說明現(xiàn)有送風(fēng)機(jī)在36°以上開度屬于無用區(qū)域，在36°開度線以上才開始進(jìn)入風(fēng)機(jī)的高效區(qū)。

4.2 送風(fēng)機(jī)改造方案

由上文分析可知，現(xiàn)有送風(fēng)機(jī)流量、壓力裕量均很大，風(fēng)機(jī)有很大的節(jié)能空間。

通?？蛇x擇的節(jié)能改造方案有風(fēng)機(jī)降速一檔改造、更換高效葉片、增加變頻調(diào)速裝置，風(fēng)機(jī)整機(jī)更換等[6-10]。該廠通過綜合比較后，最終采用了風(fēng)機(jī)降速一檔的方案進(jìn)行改造，即：將送風(fēng)機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)子由原來的6級電機(jī)返廠改造為8級電機(jī)，改造后電機(jī)轉(zhuǎn)速由原來的993 r/min變?yōu)?45 r/min運(yùn)行，圖3給出了送風(fēng)機(jī)降速后的性能曲線上的位置。從圖2、圖3對比可以看出，送風(fēng)機(jī)降速一檔改造后可以滿足機(jī)組正常工況運(yùn)行要求，并且風(fēng)機(jī)平均運(yùn)行效率提高了15%左右，選型TB點(diǎn)和校核工況均在風(fēng)機(jī)性能曲線安全區(qū)域。

電動機(jī)降速后，電機(jī)的額定功率隨轉(zhuǎn)速的三次方下降，預(yù)計電機(jī)降速一檔后其額定功率為1 600×(745/993)3=675.7 kW，可以滿足機(jī)組在正常工況下風(fēng)機(jī)運(yùn)行的出力要求，改造后建議電機(jī)功率為750 kW。

5 送風(fēng)機(jī)節(jié)能改造效果分析

送風(fēng)機(jī)電機(jī)降速后風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)結(jié)果均參照DL/T469-2004《電站鍋爐風(fēng)機(jī)現(xiàn)場性能試驗(yàn)》中的相關(guān)公式進(jìn)行計算，計算所用的試驗(yàn)數(shù)據(jù)均采用測量數(shù)據(jù)的平均值。此次試驗(yàn)中選取電動機(jī)效率為90.9%，聯(lián)軸器傳動效率為98%。試驗(yàn)結(jié)果見表5，風(fēng)道阻力特性曲線見圖4和圖5。

表5 送風(fēng)機(jī)試驗(yàn)結(jié)果

圖4和圖5中曲線為送風(fēng)機(jī)所對應(yīng)的風(fēng)道阻力特性曲線。圖中▲標(biāo)記點(diǎn)為改造前預(yù)計達(dá)到效果，圖中標(biāo)記●點(diǎn)為試驗(yàn)工況運(yùn)行點(diǎn)，曲線沿縱坐標(biāo)自上而下、沿橫坐標(biāo)自右向左三個點(diǎn)所對應(yīng)的工況分別為機(jī)組電負(fù)荷600 MW、450 MW、300 MW，送風(fēng)機(jī)改造前后試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。改后高負(fù)荷工況下風(fēng)機(jī)平均功率為436 kW，與改后電機(jī)額定功率675.7 kW相比有54.9%的裕量。

表6 送風(fēng)機(jī)改造前后試驗(yàn)結(jié)果對比表

6 結(jié)論與建議

(1)送風(fēng)機(jī)降速改造后，機(jī)組高負(fù)荷下平均效率提高14.15%，中負(fù)荷下平均效率提高18.46%，低負(fù)荷下平均效率提高13.41%，送風(fēng)機(jī)降速改造后節(jié)能效果明顯。

(2)三個試驗(yàn)工況下送風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)正常，壓力裕量足夠，遠(yuǎn)離失速區(qū)，風(fēng)機(jī)可以在安全區(qū)域穩(wěn)定運(yùn)行。

(3)改造后，在機(jī)組接近滿負(fù)荷情況下，送風(fēng)機(jī)電機(jī)輸入功率裕量仍有54.9%左右，電機(jī)裕量仍比較充足。

(4)風(fēng)機(jī)降速運(yùn)行改造后，每臺風(fēng)機(jī)電機(jī)電流實(shí)際平均下降10 A左右，每臺機(jī)組每年運(yùn)行8 000 h計算，則兩臺送風(fēng)機(jī)每年節(jié)電量約為140萬kWh，按上網(wǎng)電價0.39元/kWh計算，每年節(jié)省發(fā)電成本約54.6萬元，節(jié)能效果明顯。