某電廠煙風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)節(jié)能分析

干 雪，李驚濤

(華北電力大學(xué)能源動力與機(jī)械工程學(xué)院，北京 102206)

某電廠煙風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)節(jié)能分析

干 雪，李驚濤

(華北電力大學(xué)能源動力與機(jī)械工程學(xué)院，北京 102206)

電站鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)的電耗占電廠用電的三分之一左右，降低煙風(fēng)系統(tǒng)能耗，對提高鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性具有重要意義。以某電廠1號機(jī)組電站鍋爐的煙風(fēng)系統(tǒng)為研究對象，通過對機(jī)組的煙風(fēng)系統(tǒng)流量、煙風(fēng)系統(tǒng)阻力、風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率等進(jìn)行分析，通過計(jì)算各個(gè)因素對風(fēng)機(jī)能耗影響量，得到風(fēng)機(jī)能耗損失分布及主要原因，并提出切實(shí)可行的節(jié)能措施，以及當(dāng)前條件下的風(fēng)機(jī)耗電率目標(biāo)值。

煙風(fēng)系統(tǒng)；送風(fēng)機(jī)；一次風(fēng)機(jī)；引風(fēng)機(jī)

我國的二次能源結(jié)構(gòu)中，火電廠的能源消耗約占74%。在火力發(fā)電廠中，煙風(fēng)系統(tǒng)中的風(fēng)機(jī)是最主要的耗電設(shè)備之一，加上這些設(shè)備存在著“大馬拉小車”的現(xiàn)象，同時(shí)由于這些設(shè)備長期連續(xù)運(yùn)行并常常處于低負(fù)荷及變負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，運(yùn)行工況點(diǎn)偏離高效點(diǎn)，運(yùn)行效率降低，大量的能源在終端利用中被白白地浪費(fèi)掉了。因此，對電廠煙風(fēng)系統(tǒng)中風(fēng)機(jī)進(jìn)行節(jié)能研究有著重要的意義。

1 煙風(fēng)系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)參數(shù)

某電廠1號機(jī)組送風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)和增壓風(fēng)機(jī)設(shè)備規(guī)范如表1所示。

2 煙風(fēng)系統(tǒng)能耗診斷方法

鍋爐風(fēng)機(jī)的能耗取決于鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)中流量、阻力特性和風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率等。因此，鍋爐風(fēng)機(jī)能耗需從3個(gè)方面進(jìn)行分析。

表1 某電廠1號機(jī)組的主要設(shè)計(jì)參數(shù)

(1)在保證鍋爐燃燒需要的前提下盡可能降低煙風(fēng)系統(tǒng)的流量。在保證鍋爐燃燒需要的前提下，使鍋爐運(yùn)行在最佳氧量，避免過大的過剩空氣系數(shù)；減小空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)率；減小煙風(fēng)管道漏風(fēng)量(包括各種密封不嚴(yán)的孔洞和人孔門及膨脹節(jié)等)；減小隔斷風(fēng)門漏風(fēng)量(如熱風(fēng)再循環(huán)門、磨煤機(jī)出口隔離門、脫硫系統(tǒng)旁路風(fēng)門等)；避免一次風(fēng)率偏大等。

(2)盡可能降低煙風(fēng)系統(tǒng)的阻力。煙風(fēng)系統(tǒng)阻力包括系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備(特別是空氣預(yù)熱器、暖風(fēng)器、SCR和除霧器等)因各種原因而造成的阻力過分增加；管道布置不當(dāng)造成局部阻力過大；還有各種風(fēng)門(如磨煤機(jī)入口熱風(fēng)門等)開度過小造成的節(jié)流損失；過高的一次風(fēng)壓力等。

(3)在煙風(fēng)系統(tǒng)流量和阻力達(dá)到最佳水平的基礎(chǔ)上，選擇與風(fēng)煙系統(tǒng)相匹配的風(fēng)機(jī)及調(diào)節(jié)裝置，提高風(fēng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行效率。對于已經(jīng)運(yùn)行的風(fēng)機(jī)來說，可通過風(fēng)機(jī)改造或者電機(jī)改造來提高風(fēng)機(jī)與其相應(yīng)的風(fēng)煙系統(tǒng)的匹配程度。

本文風(fēng)機(jī)部分參考《電站鍋爐風(fēng)機(jī)現(xiàn)場性能試驗(yàn)》DL/T469—2004、《大中型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50300—2011、《火力發(fā)電廠燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算技術(shù)規(guī)程》DL/T 5240—2010等標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合煙風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)、機(jī)組煤耗核定結(jié)果、燃炭工業(yè)分析結(jié)果，計(jì)算的煙風(fēng)系統(tǒng)流量，以及現(xiàn)場靜壓測點(diǎn)位置，煙風(fēng)管道尺寸、布置，風(fēng)機(jī)特性參數(shù)(曲線)等資料，根據(jù)影響風(fēng)機(jī)能耗的3個(gè)因素，對該電廠1號機(jī)組風(fēng)機(jī)進(jìn)行能耗分析。

為分析研究該機(jī)組風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行狀況以及煙風(fēng)系統(tǒng)阻力狀況，從數(shù)據(jù)庫中導(dǎo)出近期煙風(fēng)系統(tǒng)的主要運(yùn)行參數(shù)，作為分析風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀況的主要依據(jù)。1號機(jī)組數(shù)據(jù)采集范圍為2015年6月1日至7月1日。

3 風(fēng)機(jī)耗電率

針對機(jī)組的實(shí)際情況，對煙風(fēng)系統(tǒng)流量、煙風(fēng)系統(tǒng)阻力和風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率等進(jìn)行分析，定量計(jì)算各個(gè)因素對風(fēng)機(jī)能耗的影響量，得到風(fēng)機(jī)能耗損失分布及主要原因，并提出切實(shí)可行的節(jié)能措施，以及當(dāng)前條件下的風(fēng)機(jī)耗電率目標(biāo)值。

該電廠1號機(jī)組送風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、增壓風(fēng)機(jī)實(shí)測的耗電率統(tǒng)計(jì)如表2所示。

由表2可知，較同容量、同類型機(jī)組風(fēng)機(jī)耗電率來說，目前該電廠1號機(jī)組各風(fēng)機(jī)耗電率分析如下。

(1)送風(fēng)機(jī)耗電率偏高，主要原因是送風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率偏低。

表2 某電廠1號機(jī)組風(fēng)機(jī)耗電率統(tǒng)計(jì)表 %

(2)一次風(fēng)機(jī)耗電率偏高，主要原因是一次風(fēng)機(jī)是雙吸離心式風(fēng)機(jī)，雖然經(jīng)過變頻改造，但是實(shí)際運(yùn)行中風(fēng)機(jī)效率依然偏低，同時(shí)一次風(fēng)量偏高。

(3)引風(fēng)機(jī)耗電率正常，主要原因是引風(fēng)機(jī)為動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)，實(shí)際運(yùn)行效率偏高。

(4)增壓風(fēng)機(jī)耗電率正常，主要原因是高中負(fù)荷下啟動增壓風(fēng)機(jī)，增壓風(fēng)機(jī)實(shí)際效率正常，需要說明的是，選用的耗電率為增壓風(fēng)機(jī)投運(yùn)時(shí)的耗電率。

針對該電廠1號機(jī)組的實(shí)際情況，對鍋爐的煙風(fēng)系統(tǒng)流量、煙風(fēng)系統(tǒng)阻力和風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率進(jìn)行分析，定量計(jì)算各個(gè)因素對風(fēng)機(jī)能耗影響量，得到風(fēng)機(jī)能耗損失分布及主要原因。

4 煙風(fēng)系統(tǒng)流量

為分析研究機(jī)組風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行狀況，需要得到整個(gè)煙風(fēng)系統(tǒng)的介質(zhì)流量，根據(jù)典型工況所燃用的煤炭工業(yè)分析結(jié)果，結(jié)合空預(yù)器漏風(fēng)率、風(fēng)煤比等參數(shù)，計(jì)算得到一、二次風(fēng)量和煙氣量，為風(fēng)機(jī)能耗研究提供依據(jù)。根據(jù)2015年6月數(shù)據(jù)采樣期間機(jī)組煤質(zhì)和運(yùn)行參數(shù)，計(jì)算得到鍋爐煙氣流量、一次風(fēng)流量、二次風(fēng)流量和機(jī)組負(fù)荷的關(guān)系如圖1—圖3所示。

圖1 該電廠1號機(jī)組理論鍋爐煙氣流量

圖2 該電廠1號機(jī)組理論一次風(fēng)流量

圖3 該電廠1號機(jī)組理論二次風(fēng)流量

5 風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率分析

5.1 一次風(fēng)機(jī)

該電廠1號機(jī)組一次風(fēng)機(jī)為單級雙吸離心式風(fēng)機(jī)。根據(jù)一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)和一次風(fēng)機(jī)特性曲線，參考估算的一次風(fēng)機(jī)流量，可以估計(jì)一次風(fēng)機(jī)的效率，如圖4所示。

圖4 該電廠1號機(jī)組一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行點(diǎn)

由圖4可知，1號機(jī)組一次風(fēng)機(jī)經(jīng)過變頻改造后，在高中低負(fù)荷工況下，一次風(fēng)機(jī)效率分別約為80%、75%、65%。目前新型動葉可調(diào)節(jié)軸流式一次風(fēng)機(jī)在各負(fù)荷工況下效率均高于80%，與之相比，1號機(jī)組一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率相對偏低。

為驗(yàn)證對風(fēng)機(jī)效率計(jì)算結(jié)果的正確性，將核算風(fēng)機(jī)做功得到的耗電率與風(fēng)機(jī)統(tǒng)計(jì)廠用耗電率進(jìn)行比較，結(jié)果如表3所示。從表中3可以看出，核算的風(fēng)機(jī)耗電率與統(tǒng)計(jì)耗電率較為接近，認(rèn)為核算的風(fēng)機(jī)效率計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確，可以作為風(fēng)機(jī)診斷的依據(jù)。需要說明的是核算過程是選取機(jī)組負(fù)荷率為1號機(jī)組75%的工況，其中一次風(fēng)機(jī)出口壓力、一次風(fēng)機(jī)風(fēng)量、風(fēng)機(jī)效率是根據(jù)圖4中一次風(fēng)機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)得到的。

表3 風(fēng)機(jī)統(tǒng)計(jì)耗電率與核算耗電率對比

5.2 送風(fēng)機(jī)

該電廠1號機(jī)組送風(fēng)機(jī)為動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)。根據(jù)送風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)和送風(fēng)機(jī)特性曲線，參考估算的送風(fēng)機(jī)流量，可以估計(jì)送風(fēng)機(jī)的效率，如圖5所示。

圖5 該電廠1號機(jī)組送風(fēng)機(jī)運(yùn)行點(diǎn)

由圖5可知，1號機(jī)組在高中負(fù)荷工況下，送風(fēng)機(jī)效率分別約為60%、40%，在低負(fù)荷工況下，送風(fēng)機(jī)效率低于30%。由此可以看出，總體上送風(fēng)機(jī)效率偏低，送風(fēng)機(jī)選型偏大，與二次風(fēng)系統(tǒng)匹配程度較差。

為了驗(yàn)證對風(fēng)機(jī)效率計(jì)算結(jié)果的正確性，將核算風(fēng)機(jī)做功得到的耗電率與風(fēng)機(jī)廠用耗電率進(jìn)行比較，結(jié)果如表4所示。從表4中可以看出，核算的風(fēng)機(jī)耗電率與試驗(yàn)測得的風(fēng)機(jī)耗電率接近，認(rèn)為風(fēng)機(jī)的計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確，可以作為風(fēng)機(jī)診斷的依據(jù)。需要說明的是，核算過程是選取機(jī)組負(fù)荷率為1號機(jī)組75%的工況，其中送風(fēng)機(jī)出口壓力、送風(fēng)機(jī)風(fēng)量、風(fēng)機(jī)效率是根據(jù)圖5送風(fēng)機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)得到的。

表4 風(fēng)機(jī)統(tǒng)計(jì)耗電率與核算耗電率對比

5.3 引風(fēng)機(jī)

該電廠1號機(jī)組引風(fēng)機(jī)為動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)。根據(jù)引風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)和引風(fēng)機(jī)特性曲線，參考估算的煙氣流量，可以估計(jì)引風(fēng)機(jī)的效率，如圖6所示。

圖6 該電廠1號機(jī)組引風(fēng)機(jī)運(yùn)行點(diǎn)

由圖6可知，1號機(jī)組在高中低負(fù)荷工況下，引風(fēng)機(jī)效率分別約為85%、75%、60%，引風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率較高，但存在高負(fù)荷工況下，引風(fēng)機(jī)壓頭裕量較小的情況。

為了驗(yàn)證對風(fēng)機(jī)效率計(jì)算結(jié)果的正確性，將核算風(fēng)機(jī)做功得到的耗電率與風(fēng)機(jī)統(tǒng)計(jì)廠用耗電率進(jìn)行比較，結(jié)果如表5所示。從表5中可以看出核算的風(fēng)機(jī)耗電率與統(tǒng)計(jì)耗電率較為接近，認(rèn)為核算的風(fēng)機(jī)效率計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確，可以作為風(fēng)機(jī)診斷的依據(jù)。需要說明的是核算過程是選取機(jī)組負(fù)荷率為1號機(jī)組75%的工況，其中引風(fēng)機(jī)壓頭、風(fēng)機(jī)煙氣量、風(fēng)機(jī)效率是根據(jù)圖6引風(fēng)機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)得到的。

表5 風(fēng)機(jī)統(tǒng)計(jì)耗電率與核算耗電率對比

5.4 增壓風(fēng)機(jī)

該電廠1號鍋爐增壓風(fēng)機(jī)為靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)。根據(jù)增壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)和增壓風(fēng)機(jī)特性曲線，參考估算的煙氣流量，可以估算增壓風(fēng)機(jī)的效率，如圖7所示。

圖7 該電廠1號機(jī)組增壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行點(diǎn)

由圖7可知，1號機(jī)組在300 MW負(fù)荷工況下，增壓風(fēng)機(jī)效率約為80%，在200 MW負(fù)荷工況下，增壓風(fēng)機(jī)效率約為50%，總體上增壓風(fēng)機(jī)與煙氣脫硫系統(tǒng)匹配較好，增壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率較高。

為了驗(yàn)證對風(fēng)機(jī)效率結(jié)果的正確性，將核算風(fēng)機(jī)做功得到的耗電率與風(fēng)機(jī)統(tǒng)計(jì)廠用耗電率進(jìn)行比較，結(jié)果如表6所示。從表6中可以看出核算的風(fēng)機(jī)耗電率與統(tǒng)計(jì)耗電率非常接近，認(rèn)為核算的風(fēng)機(jī)效率計(jì)算準(zhǔn)確，可以作為風(fēng)機(jī)診斷的依據(jù)。需要說明的是核算過程是選取機(jī)組負(fù)荷率為1號機(jī)組75%的工況，其中增壓風(fēng)機(jī)壓頭、風(fēng)機(jī)煙氣量、風(fēng)機(jī)效率是根據(jù)圖7增壓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)得到的。

表6 風(fēng)機(jī)統(tǒng)計(jì)耗電率與核算耗電率對比

目前1號機(jī)組在200 MW以上負(fù)荷工況下，由于引風(fēng)機(jī)壓頭裕量較小，不足以克服脫硫系統(tǒng)阻力，啟動增壓風(fēng)機(jī)，利用增壓風(fēng)機(jī)的壓頭克服脫硫系統(tǒng)阻力。從1號機(jī)組煙道布置情況來看，從引風(fēng)機(jī)至增壓風(fēng)機(jī)的煙道布置比較復(fù)雜，彎道較多，煙氣阻力較大。從增壓風(fēng)機(jī)經(jīng)過GGH至脫硫塔以及從脫硫塔經(jīng)過GGH至煙囪兩端煙道布置也由于場地限制較為局促，煙氣系統(tǒng)阻力較大。

針對目前的情況，建議電廠在后期根據(jù)鍋爐環(huán)保改造整體規(guī)劃，如在提高排放標(biāo)準(zhǔn)和增加節(jié)能設(shè)備的情況下，著眼于鍋爐整體煙氣系統(tǒng)，考慮將引風(fēng)機(jī)和增壓風(fēng)機(jī)進(jìn)行引、增合一改造的可行性和必要性。若進(jìn)行引、增合一改造建議采用雙級動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)，選擇裕量合適的新風(fēng)機(jī)可使風(fēng)機(jī)在高中低負(fù)荷工況下均運(yùn)行在高效區(qū)，提高風(fēng)機(jī)與煙氣系統(tǒng)的匹配程度，降低風(fēng)機(jī)耗電率，引、增合一改造后即使有一臺風(fēng)機(jī)故障停運(yùn)，單臺引風(fēng)機(jī)仍可帶60%以上負(fù)荷運(yùn)行，提高機(jī)組運(yùn)行安全性。同時(shí)可以對引風(fēng)機(jī)至脫硫塔之間的煙道進(jìn)行重新布置，減少煙道長度，減少彎頭的布置，可降低脫硫系統(tǒng)入口煙道阻力。

目前高負(fù)荷工況由于引風(fēng)機(jī)出力偏低，裕量較小，導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行氧量偏低，通過引、增合一改造選擇合適裕量的風(fēng)機(jī)，可解決引風(fēng)機(jī)出力偏低的問題，提高爐內(nèi)運(yùn)行氧量，避免不完全燃燒情況的發(fā)生。

6 結(jié)語

(1)較同容量、同類型機(jī)組風(fēng)機(jī)耗電率來說，目前該電廠1號機(jī)組一次風(fēng)機(jī)和送風(fēng)機(jī)耗電率偏高，引風(fēng)機(jī)和增壓風(fēng)機(jī)耗電率均處于正常水平。

(2)送風(fēng)機(jī)耗電率偏高，原因是送風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率偏低。

(3)一次風(fēng)機(jī)耗電率偏高，原因是一次風(fēng)機(jī)為雙吸離心式風(fēng)機(jī)，雖然經(jīng)過變頻改造，但是實(shí)際運(yùn)行中風(fēng)機(jī)效率依然偏低，同時(shí)鍋爐實(shí)際燃用煤質(zhì)水分含量較大，熱值較低，入爐煤量增加，在磨煤機(jī)中磨制和干燥所需風(fēng)量增大。

[1] 黨黎軍，姚惠珍，劉劍光，等. 循環(huán)流化床鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化[J]. 電力設(shè)備, 2006, 7(4): 49-51.

DANG Lijun, YAO Huizhen, LIU Jianguang, et al. Design Optimization of Gas - AIr System of Circulating Fluidized Bed Combustion Boiler[J]. Electrical Equipment , 2006, 7(4): 49-51.

[2]葉勇健. 玉環(huán)電廠煙風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)參數(shù)的設(shè)計(jì)[J]. 中國電力, 2009, 42(1): 54-57.

YE Yongjian. Design and post-evaluation of fan parameters in gas-air system of Yuhuan power plant[J]. Electric Power, 2009, 42(1): 54-57.

[3]王為術(shù)，賀慧寧，董英斌，等. 水泥線雙壓余熱發(fā)電系統(tǒng)煙風(fēng)阻力計(jì)算方法研究[J]. 礦山機(jī)械, 2011,39(6): 84-88.

[4]張金龍. 300 MW機(jī)組電站鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)能耗分析與節(jié)能對策[J]. 機(jī)電信息, 2013(27): 67.

[5]李彥龍，才延福，霍佩強(qiáng). 大型電站鍋爐煙風(fēng)及制粉系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)試驗(yàn)研究[J]. 東北電力技術(shù), 2014,35(7): 20-22.

LI Yanlong, CAI Yanfu, HUO Peiqiang. The larger power station boiler of smoking and pulverizing system optimal design experimental research[J]. Northeast Electric Power Technology, 2014, 35(7): 20-22.

[6]佘曙星. 熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)阻力診斷研究[J]. 廣東電力, 2014, 27(9): 10-15.

SHE Shuxing. Resistance diagnosis for boiler air and flue gas system of cogeneration unit[J]. Guangdong Electric Power, 2014, 27(9): 10-15.

[7]顧曉婷．SCR裝置對鍋爐煙風(fēng)參數(shù)影響研究[D]．上海：上海交通大學(xué)，2014．

[8]韓衛(wèi)冬. 摻燒高爐煤氣鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)研究[J]. 機(jī)電信息, 2014(9): 121-122.

[9]金生祥，何奇善，李前宇，等. 火電廠煙風(fēng)系統(tǒng)空氣預(yù)熱器漏風(fēng)治理與節(jié)能應(yīng)用[J]. 熱力發(fā)電, 2014, 43(6): 132-135.

JIN Shengxiang, He Qishan, LI Qianyu, et al. Air leakage control and energy-saving application of air preheater in thermal power plants[J]. Thermal Power Generation, 2014, 43(6): 132-135

[10]馬愛香，張娜. 針對鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)振動問題的設(shè)計(jì)優(yōu)化[J]. 四川水泥, 2015(3): 342.

(本文編輯：趙艷粉)

Fan Energy-Saving Study of Air and Flue Gas System in a Power Plant

GAN Xue，LI Jingtao

(School of Energy Power and Mechanical Engineering, North China Electric Power University, Beijing 102206, China)

The power consumption of the air and flue gas system is about 30% of the auxiliary power in thermal power plant. To reduce the energy consumption of the air and flue gas system is significant for improving the economical efficiency of boiler. The energy consumption of the air and flue gas system is analyzed on No.1 unit of a power plant. By analyzing the unit air-flue gas system flow, resistance and fan operation efficiency, quantitative calculation was conducted of the factors affecting the fan energy consumption, and the fan energy loss distribution and the main reasons were determined. Finally, it puts forward the feasible energy saving measures and the fan power consumption rate target under the current condition.

air and flue gas system; blower; primary air fan (PAF); induced draft fan (IDF)

10.11973/dlyny201702022

干 雪(1993—)，碩士，主要從事循環(huán)流什床方向研究。

TK229.66

A

2095-1256(2017)02-0191-05

2016-12-13