650 MW燃煤机组引风机和增压风机合并节能分析

2013-03-15严加发

电力工程技术 2013年4期

严加发

(华润电力(常熟)有限公司，江苏苏州215536)

根据江苏省环保厅（2010）254号文件关于“全省所有燃煤机组设旁路烟道的应于2013年底前将旁路烟道全部拆除”，以及江苏省运行火电机组在2013年前要上脱硝装置（SCR）的要求，华润电力（常熟）有限公司计划在未来两年必须进行锅炉脱硝改造，目前2号机组已改造完成，脱硝系统已投入运行。

根据日前SCR运行情况，SCR运行烟气阻力增加500～1 000 Pa，故650 MW燃煤机组进行SCR改造，必须对现有引风机进行增容改造。同时脱硫旁路烟气挡板拆除后，原有锅炉引风机、脱硫增压风机运行方式为并串并的方式，一旦发生某台风机故障，对故障处理较为复杂。为便于调节既保证机组更安全运行，需将增压风机与引风机进行合并改造。

1合并必要性及可行性

1.1合并必要性

目前运行的650 MW级全燃煤锅炉大多数装设有2台引风机与2台脱硫增压风机，采用并联-串联-并联的方式运行，如图1所示。从风机选型设计上，锅炉引风机出力按锅炉BMCR工况的1.2倍余量选型，脱硫增压风机出力按锅炉BMCR工况的1.2倍余量选型，势必造成串联的风机出力选型参数过大，实际运行中导致风机空耗过大，导致厂用电率过高，造成火力发电厂供电煤耗偏高，不符合火电厂节能减排的运行原则。

按国家环保要求，脱硫旁路烟气挡板必须拆除，无脱硫旁路后锅炉运行脱硫系统必须投入运行。如此引风机、增压风机串联运行方式成为惟一运行方式，一旦发生一台引风机跳闸或一台增压风机跳闸，或锅炉送风机、引风机跳闸，均会对引风机、增压风机调节造成影响，直接影响锅炉的安全运行，甚至导致炉膛压力过高或过低。为了锅炉主要辅机发生故障不会影响锅炉安全，以便实现引风机对炉膛压力的快速响应，将引风机、增压风机合并是必要的。

1.2合并可行性

就目前650 MW燃煤机组引风机与脱硫增压风机运行工况进行分析，选择机组负荷650 MW、脱硫3台浆液循环泵运行工况来分析目前增压风机与引风机实际运行参数及合并后系统参数，如图2所示。炉膛压力维持-95 Pa，炉膛至空气预热器入口烟道阻力+空气预热器入出口阻力+预热器至电除尘烟道阻力+电器除尘器阻力+引风机出口压力，则引风机入口压力需要-3 752 Pa，则运行引风机运行全压为3 730 Pa。如果再加上脱硝装置1 000 Pa阻力（实际运行阻力为800～1 000 Pa），则引风机入口压力则为-4 752 Pa，当增压风机与引风机合并则引风机出口压力应增加为2 332 Pa，所以新引风机全压为7 084 Pa。若考虑引风机出口加装烟气余热回收装置，回收装置烟气侧阻力为600～800 Pa，引风机出口压力需要3 132 Pa，引风机全压升为7 884 Pa。目前单机静叶调节轴流引风机、双级动叶可调引风机均可达到全压8 000～9 000 Pa，引风机可以实现引增压风机合并后运行要求[1]。

华润电力（常熟）有限公司现运行引风机电机额定功率为2 900 kW、增压风机额定功率为2 500 kW。机组负荷650 MW，单台引风机实际耗功为2 050 kW、单台增压风机实际耗功为1 920 kW，单侧引风机与增压风机耗功为3 920 kW （实际运行时2台风机功率之和），如果脱硝系统接入系统阻力增加1 000 Pa，则单侧单台耗功为4 330 kW（考虑系统阻力后功率增加）。故新改造引风机电机额定功率应选为5 000 kW，目前电动机完全满足要求，是可行的。

引风机与增压风机合并后，可简化系统、减少占地、维护成本小、降低运行成本。经多家电厂运行实践及专家分析，风机合并后对锅炉防爆没有影响，在锅炉运行中发生MFT、送风机跳闸、引风机跳闸，由于风机调节速度较快，不会对炉膛承压能力构成威胁，故在锅炉防爆方面，风机合并后是安全的。合并风机后大大降低运行及维护成本。合并风机如果单级静叶调节风机可加装变频装置，实现变速调节后，调节性能更加快速，有利于锅炉炉膛压力调节；同时变速后启动力矩大，有利于风机安全稳定；变频调速后，节能量大，减少运行成本。同时亦可选用效率较高的双极动叶可调轴流风机[2]。

图1运行火电厂锅炉引风机与增压风机系统

图2锅炉各段阻力分配情况

2合并风机选型

静叶可调轴流式风机的叶片为开放型叶片，如果单级叶片，风机转速要达到990 r/min，叶片过长，速度过高在实际运行中由于工况不同风机易发生风机振动，风机可能会发生喘振等现象。而风机振动，在一定的运行时间以后，叶片会导致疲劳损坏，叶片可能会发生裂口。并且叶片磨损速度较快，影响叶片的使用寿命。静叶可调轴流风机运行效率偏低，影响厂用电耗，故经济性稍差。动叶可调轴流风机采用双极叶轮，转速990 r/min，叶片较短，不易发生喘振、振动，调节速度快，风机动叶可调效率较高，运行经济好。

静叶可调引风机受其特性限制，风机装置效率不会超过87%（比动调轴流风机低，且高效率区比轴流式风机小），适用于压力系数介于离心风机和动叶可调轴流式风机之间，而且前600 MW机组引风机的压力系数相对于流量系数来说普遍较小，与动叶可调轴流式风机的压力系数比较吻合。另外，其在小流量区的马鞍型喘振线，会使风机在小流量运行或启动后调节静叶至运行工况的小流量阶段，进入喘振区。因此，对于大型调峰机组不宜选用静叶可调式轴流式风机[3]。故锅炉引风机与增压风机合并后，采用双级动叶可调轴流风机为最佳，其系统图如图3所示。

图3引风机与增压风机合并后系统图

3改造后节能情况分析

引增压风机合并后，减少了风机空耗，风机出口至吸收塔烟道进行了优化，阻力大大降低，合并后耗能将大幅降低[4]。

在风机合并节能量预测方面，现在机组负荷650 MW，4台风机运行总电流为898 A，耗功为6.3×898×1.732×0.8=7 838 kW，引风机、增压风机耗电率占机组耗电率在1.0～1.3%，燃用优质烟煤机组引风机、增压风机耗电率偏低在1.0%左右，燃用褐煤机组引风机、增压风机耗电率在1.3%左右。合并改造为2台引风机后，机组带相同负荷总电流为600 A，功率因数按0.8计算，耗功量为6.3×600×1.732×0.8=5 238 kW，节能量为（7 838-5 238）/7 838=33.17%。所以，将2台增压风机、2台引风机合并为2台引风机，其节能量为33.17%；风机合并前后风机占厂用电率变化为：

合并前（引风机+增压风机）耗电率为 7 838/630 000（机组负荷650 MW时厂用电耗）=1.244%；

合并后（引风机与增压风机合并后）耗电率为5 238/630 000（机组负荷650 MW时厂用电耗）=0.831 4%。

1台机组年发电量按40亿kW·h计算、每kW·h电按0.42元计算，年运行经济效益为40×（1.244-0.831 4）=1 650万 kW·h。则 0.42×1 650=693万元人民币。折合节约标准煤，按国家标准节约每万kW·h电折合3.5 t标准煤计算，得1 650×3.5=5 775 t（标准煤），即节约标准煤5 775 t。