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浅谈火力发电厂风机节能改造

宓洪武 李智娟 许凤玲/沈阳鼓风机集团有限公司    

摘要: 通过对现有火力发电厂风机运行效率低、能耗高的原因进行了分析,提出了节能改造的途径及对现有风机进行改造节能的实例。

关键词:通风机;运行;改造;节能

中图分类号:TH43    文献标识码:B

The Reconstruction for Fan Energy-saving in Coal-fired Power Plant

Abstract: Based on the analysis of the reasons for running low efficiency and high consumption of the fan in the existing coal-fired power, the means for energy-saving reconstruction and its examples have been pointed out in this paper.

Key words: fan; running; reconstruction; energy-saving

1  风机运行效率低的主要原因分析

  在为力发电厂进行现场安装及调试时,常会遇到风机运行中压力达不到设计要求,电机却超电流的现象。经归纳分析,主要有以下原因。

1.1  阻力设计计算

  锅炉通风系统的管网与实际偏离太大。 经过多方面调查及电厂 DCS 系统风机数据显示分析,发现造成这一结果的原因之一是空气流道侧往烟气道侧漏气,空气沿程流过对流过热器、省煤器、空气预热器时都有空气泄漏。虽然在计算空气量时也考虑到了漏气量,但是并没有考虑漏气对系统管网阻力的影响。因为气流总有向小阻力方向流动的特性,从而造成管网阻力达不到要求的压力,系统自动平衡出另一条管网阻力曲线。锅炉是一个十分复杂的管网系统,各处阻力难以计算,总阻力自然也很难计算准确。通常后果就是总阻力下降,使系统总的管网阻力曲线往大流量方向偏移,使运行工况远远偏离设计工况,造成流量大、全压下降、效率低,风机在大流量、低效区运行,消耗功率增加,甚至超载运行,更甚者还引起锅炉的载荷下降。

  造成锅炉通风系统的管网阻力设计计算与实际偏离太大的原因之二是锅炉系统设计中,一次、送、引风机的流量和全压在整个设计过程中层层加码。文献 [1] 中推荐的送风机的裕量系数:风量裕量系数为1.1,全压裕量系数为1.2;引风机的裕量系数:风量裕量系数为1.15,全压裕量系数为1.3;而一次风机的裕量系数相对还要大一些,风量裕量系数为1.35,全压裕量系数为1.35。实际计算系统阻力时往往是锅炉厂计算后加一些余量,电力设计院在系统设计中再加一点系数,尽管风机制造厂设计选型通常不加余量,送、引及一次风机的裕量系数选到超过20%~40%是比较常见的。这在设计过程中就已使设计工况偏离了理论的运行工况,这种偏离也使运行工况远远偏离风机的最高效率点。

1.2  风机制造厂的设计选型问题[2]

  全国风机制造厂上千家,大中型制造厂也有几十家,但设计技术水平相差很大,生产的产品类型差别也很大。绝大部分制造厂都处于按系列规格性能参数选型销售,没有个性化设计能力和技术,这样就很难保证用户要求的额定工况点在最高效率点上或在高效率区域内。根据火力发电厂运行中工况点多,设计工况与实际运行工况偏差大的特性。笔者认为按风机性能要求最理想的风机应是动叶可调的轴流式通风机。它通过调节安装在转子上的叶片安装角,可以获得很宽广的高效率区域。

1.3  调节风机性能方式的选择[3]

  由于历史的原因和技术经济的限制,过去选择的大部分调节方式都不符合节能的要求,风机一般都采用调节门来调节流量和压力,这种调节方式或多或少都会损失一定的能量。节能最好的方式是变转速调节,变速调节的途径很多:变频调速器、电磁调速离合器、液力耦合器、双速电机及汽轮机等。现在一些用户已经在选择风机调节方式时采用变频调速、液力耦合器等变转速调节方式,双速电机早在 20 世纪 80 年代就已经采用,只是当时双速电机国内技术不过关,没有得到普及。

2  现场风机运行和改造的实例

  例1:某地发电厂引风机由于锅炉厂及设计院重复计算全压裕量,给定压力裕量系数过大,导致风机在机组并网满发时(MCR 工况)其进口调节门开度仅为30%。

  在处理问题中经过核算发现,在给定风机参数前,锅炉厂计算阻力损失后加30%余量提供给设计院,设计院计算管网阻力损失后加30%余量提供给风机厂,引风机实际全压裕量系数变为1.69。

  例2:某地发电厂,由于漏气因素和流量、全压裕量系数过大使风机运行工况远远偏离设计工况,运行效率低,功耗大。

  该厂发电量为325MW,选用一台送风机,介质为空气,设计院的工况参数见表1。

表1 设计院的工况参数

参数/单位

TB 工况

MCR 工况

送风机的裕量系数

进口容积流量/(m3/h)

820000

653302

1.2552

进口压力/Pa

81104

81104


进口温度/℃

14

14


全压/Pa

14985

11135

1.3458

  原风机设计选型:型号为G8-2×39№27F风机,其性能参数见表2。

表2 原风机的设计参数

参数/单位

TB 工况

MCR 工况

进口容积流量/(m3/h )

820000

653302

进口压力/Pa

81104

81104

进口温度/℃

14

14

全压/Pa

14985

11135

内效率

0.825

内功率/kW

3878

转速/(r/min )

990

电机功率/kW

4500

  机组并网满发后(MCR 工况) ,通过电厂DCS系统显示的系统参数: 进口容积流量qv0=864000m3/h ;进口温度tj=14℃ ;全压ptf=9200Pa;出口温度t=49℃。以实际运行参数与设计院给定 BMCR 工况参数对比,不难发现: 实际运行的管网阻力参数远远偏离设计院给定 BMCR 工况参数,使送风机的运行效率很低,致使风机进口调节门开度不到30%,风机即可达到满发要求,而风机也因进入大流量区工作而出现超电流现象。

  考虑到机组运行的经济性及可靠性,同时兼顾机组现有的状况,在该送风机改造方案的制作上用最小的定子件改变量。通过流场分析,结合多年的系统分析经验,匹配新的叶轮,达到相对最大的改善效果。

  新的叶轮安装使用后,机组并网满发后(MCR 工况)运行参数, 风机进口调节门开度56%, 进口容积流量qv0= 862000m3/h ;进口温度tj=14℃;全压ptf=9180Pa ;出口温度t=42℃。出口温度的降低 说明随着风机进口调节门开度的增大,气流由调节门—进气箱—进风口—叶轮进口的流场在改善,涡流损失及摩擦损失减小。电流下降18A,实现了节能效果。

  例3:某地发电厂一次风机由于漏气因素和流量、全压裕量系数过大使风机运行工况远远偏离设计工况,运行效率低,功耗大。

  设计院给定参数见表3。

表3 设计院给定参数

参数/单位

TB 工况

MCR 工况

一次风机的裕量系数

进口容积流量/(m3/h )

383400

255600

1.5

进口压力/Pa

进口温度/℃

20

20

介质密度/(kg/m3

1.194

1.194

全压/Pa

15542

11955

1.3

  原风机设计选型:型号为G8-2×39№17F风机,其性能参数见表4。

表4 原风机设计参数

参数/单位

TB 工况

MCR 工况

进口容积流量/(m3/h )

383400

255600

介质密度/(kg/m3

1.194

1.194

进口温度/℃

20

20

全压/Pa

15542

11955

内功率/kW

转速/(r/min)

电机功率/kW

  机组并网满发后(MCR 工况),通过电厂监测得到系统参数:进口容积流量qv0=329400m3/h ;进口温度tj = 20℃;全压ptf=11280Pa;出口温度t=40℃。实际运行参数与设计院给定MCR工况参数对比,流量及压力均偏离 ,使一次风机的运行效率很低,风机进口调节门开度50.6%~53%。该电厂有两套机组采用该风机,曾经试图上一套变频装置,通过变频调速提高风机的运行效率。无疑这是在现有情况下提高风机运行效率的最佳方案,但由于一次性投资大而放弃。同例 2相似,通过流场分析,结合多年的系统分析经验,在完全利用原主轴及定子件前提下、匹配新的叶轮,实现相对最大化的改善效果。将4号炉的一次风机改进,3号炉的未做改造,仍使用原叶轮。

  改造后两台锅炉运行600MW时设备参数对比见表5。

表 5 2008年6月28日10:00~10:10参数对比表

序号

参数/单位

3#锅炉

4#锅炉(改造后)

 1  

一次风机进口挡板开度/%

50.6~53

72~78

 2  

一次风机流量/(m3/h)

329250

328930

 3  

一次风母管风压/kPa

11.28

11.37

 4  

进口温度/℃

t j =23

t j =23

 5  

出口温度/℃

t =41

t =36

6  

一次风机电动机额定电流/A

260

260

7  

一次风机工作转速/(r/min)

990

990

 8  

一次风机电动机电流/A

195~198

176~186

 9  

总煤量/(t/h)

276.67

277.7

 10  

磨煤机运行台数/台

5

5

 11  

主蒸汽流量/(t/h)

1886.78

1902.5

 12  

入炉总风量(km3/h )

1458.56

1537.3

  从表5中看出,安装新的叶轮后4#炉,机组并网满发后(MCR工况)运行参数,流量、压力变化不大, 风机进口调节门开度72%~78%。出口温度降低5℃,电流平均下降15.5A。再次说明随着风机进口调节门开度的增大,气流由调节门—进气箱—进风口—叶轮进口的流场在改善,涡流损失及摩擦损失减小,实现了节能效果。

  从以上数据可见电厂增产节能的成果突出,从电流反映出风机的节能取得了效果,但还没有达到最佳效果,还有潜力可挖。

3  提高风机运行效率途径的设想[4]

  (1)成立火力发电装备增产节能改造专家咨询中心,可以是常设机构,也可以是临时机构,但人员需相对固定,应由主机、辅机各种主要设备经验丰富的专家组成,至少应包括电站系统设计、锅炉系统设计、汽轮机、发电机、风机、水泵等专业的专家。国内发电装备发展历史长,各年代制造的都有,技术水平相差很大,改造任务量大、面广、涉及技术领域多,成立这个咨询中心可以做到少花钱,多办事,获得更高的节能效果。

  (2)提高风机的管网系统阻力计算的可靠性,降低流量和压力的富裕系数,避免运行工况偏离设计额定工况,偏离最高效率区域;同时改造流程中的漏气问题,这些都会造成管网阻力曲线的改变,致使运行工况往大流量、低阻力方向偏移,远离高效率区域,造成高功耗、低效率运行。但改变这种状况很难,有专家提出采用正压通风系统,取消引风机,此意见值得考虑,应尽快试验一下。不仅节能效果好,漏风问题好解决,提高了管网阻力计算的准确性和可靠性,运行工况的偏离因素也得到了很大改善,有利于提高运行效率。现场送、引风机的运行工况效率差别很大,很难用一种改造方式把问题都解决。应该深入现场实际调查,根据不同的问题,提出不同的解决方案。这样会取得更好的节能效果。

  (3)风机管网系统改造后,最好实测出管网的阻力,根据新系统运行参数的要求重新按个性化设计的要求来改造风机,保证设计工况处于高效率区域内。

  (4)选择具有高效率、高效率区域宽广特性的新型风机。近10多年以来风机行业的主要厂家,先后从国外引进了具有先进技术水平的新型风机,例如动叶可调轴流式通风机、静叶可调轴流式通风机、离心式斜流通风机等。最值得推荐的是动叶可调轴流式通风机,最高内效率达到89%,而且可以通过调节转子叶片的安装角,扩大高效率区域的范围。至于引风机叶片的耐磨问题,现在解决办法很多,如叶片表面喷涂高鉻合金、碳化钨等,现己有成功的使用经验。

  (5)风机在改造中应同时考虑增设变转速的调节设备,保证各种运行工况都在高效率区域内,可获得更好的节能效果。选用变频器调速是比较理想的,它有许多优点,但价格昂贵;其次是液力耦合器,也可选择汽轮机驱动。

  综上所述,火力发电厂的设备改造节能工作任重而道远,相关设备的制造厂还应积极配合提高本企业的技术水平,以满足用户设备改造的要求。

参 考 文 献

[1] 中国动力工程学会.火力发电设备技术手册[M].机械工业出版社,2003.

[2] 商景泰.通风机手册[M].机械工业出版社,1994.

[3] 刘光铸,石雪松,高义.离心通风机个性化设计与制造[J].风机技术,2004(1):3-5.

[4] 刘光铸,戴继双,汪创华,等.火力发电厂风机节能途径的探讨[J].风机技术,2006(1):32-35.

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  评论人:ahyxqj   打分:85 分  发表时间:2014-10-10 4:18:18
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  评论人:yqvvtv   打分:85 分  发表时间:2010-12-7 11:28:58
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  评论人:jacdsmuu   打分:85 分  发表时间:2010-7-17 19:59:48
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