700 MW超临界锅炉引风机改造可行性分析

吴顺，陈水林，王联海

(江西赣能股份有限公司丰城二期发电厂，江西 丰城 331100)

0 引言

某电厂2×700 MW超临界机组锅炉是由上海锅炉厂有限公司设计制造的超临界参数变压运行直流炉，单炉膛、一次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊Π形结构。锅炉主蒸汽和再热蒸汽压力、温度、流量等参数要求与汽轮机的参数相匹配，主蒸汽温度为571 ℃，最大连续蒸发量(BMCR)为2 101.8 t/h。锅炉制粉系统为中速磨煤机正压冷一次风机直吹式制粉系统，每台锅炉配置6台中速磨煤机。锅炉风烟系统采用平衡通风的方式，通过匹配送风机与引风机的出力来平衡炉膛的压力。引风机采用双级动叶可调式轴流引风机，每台锅炉配置两台[1]。

为积极响应国家环保政策、配套超低排放改造，该电厂于2017年将#5，#6锅炉原引风机改造为上海鼓风机厂有限公司生产的SAF36-23.7-2型双级动叶可调式轴流引风机，#5锅炉引风机比#6锅炉引风机设计出力略大[2]。改造后，实际运行中出现以下问题：满负荷时锅炉氧量达不到目标值，且相同氧量时#5锅炉引风机电耗比#6锅炉引风机电耗大很多；机组在较高负荷段运行时，引风机动叶开度达到60%以上时继续增加开度，风机电流增长幅度过大，而锅炉氧量基本没有增加。#5机组引风机单级叶片数为22，#6机组引风机单级叶片数为20[2-4]。为确认能否使用#6机组转子替代#5机组引风机转子，以达到节能目的[5]，该电厂对#5机组引风机进行了热态试验，并对#5机组引风机是否进行改造提供决策依据。

1 试验内容

根据机组运行情况，风机试验按100%BMCR、75%BMCR、50%BMCR 3个工况进行[6]，对应机组负荷为680，530，350 MW。在上述3个工况下分别测试引风机运行的风量、风压、功率及其他相关运行参数，并记录锅炉、脱硫系统的主要运行数据[7]。风机设计规范见表1(表中：TB工况为最大连续出力工况)。

表2 试验期间锅炉主要运行参数Tab.2 Main parameters of the boiler during the test

2 试验方法

风机试验方法和有关计算方法依据DL/T 469—2004《电站锅炉风机现场性能试验》。试验期间，将锅炉各项参数调整到正常状态，并保持机组负荷和锅炉燃烧稳定。风机的测量参数包括风机风量、风机进出口静压及温度、大气压力、风机消耗功率，同时记录锅炉相关的运行参数[8]。

3 引风机试验数据及分析

锅炉主要运行参数及引风机热态试验结果见表2。试验期间B侧引风机进口静压明显比A侧风机小，停炉后检查，发现A侧电除尘器内积灰严重，导致系统阻力比B侧大；工况1下分散控制系统(DCS)显示A，B引风机出口静压数据异常，检查后发现是B引风机出口挡板未全开造成的。#5机组引风机热态试验结果见表3。

3.1 引风机热态试验结果分析

为了便于分析，综合表2、表3，将引风机热态试验主要结果与性能曲线对应值进行比较，见表4。根据表4数据，将风机工作点绘制在其性能曲线上，如图1所示[3]。

由表4及图1可以看出：各负荷下，两台引风机运行时刻度盘上指示的动叶片角度与性能曲线上叶片角度偏差不大，均为3°～4°；满负荷工况下引风机效率较高，达到了80%以上，且各工况引风机实测效率与性能曲线上设计效率的偏差在±2.5%以内，风机效率达到风机厂家提供的性能曲线上的设计值。上述结果表明，引风机实际运行达到了其设计性能。

3.2 引风机实测运行参数与设计参数对比

#5锅炉引风机热态试验中，最大负荷为680 MW，两台引风机实测流量分别为551.2，542.0 m3/s，实测压力分别为8 006.9，8 073.6 Pa，对应工况的锅炉主蒸汽流量为2 064.0 t/h，而锅炉BMCR工况的设计蒸发量为2 101.8 t/h。要对比实际参数与设计参数，就要将参数换算至同一工况和同一介质密度[5,9]。根据#5锅炉烟气系统的实际流量与阻力关系，将680 MW工况下实际风机参数换算至BMCR工况下，并与BMCR，TB工况原设计参数进行比较，见表5。

表3 #5机组引风机热态试验结果Tab.3 Thermal test results of No.5 unit induced draft fan

表4 #5机组引风机性能试验主要结果与性能曲线值比较Tab.4 Comparison of main results and performance curve values of No.5 unit induced draft fan in performance test

注：①风机实测运行点在其性能曲线上的对应值。

将#5锅炉两台引风机实测值计算平均值后换算至BMCR工况下，风机流量为555.2 m3/s，压力为8 216 Pa，而BMCR工况的引风机设计流量为527.6 m3/s，设计压力为8 943 Pa，实测流量与设计值相比偏大5.0%，实测压力较设计值偏小8.8%。引风机实测参数与TB点的对应设计参数相比，风量裕量偏小，为2.0%，而风压裕量偏大，为30.6%。

图1 #5锅炉引风机各运行工况点在其性能曲线上的分布Fig.1 Distribution of operating conditions of No.5 boiler induced draft fans on the performance curve

表5 #5锅炉引风机试验值与设计值对比Tab.5 Comparison of test values and design values of No.5 boiler induced draft fan

3.3 引风机与系统匹配性分析

目前引风机能够满足系统出力要求，由图1可以看出，引风机运行曲线位于其性能曲线的中部偏右，其运行曲线较设计位置偏低。满负荷时的风机效率超过85%，75%BMCR工况时约为77%，50%BMCR工况时为65%左右。引风机压力裕量偏大，若烟气系统增加设备或阻力增大，引风机运行位置会更佳，但由于风机流量裕量偏小，引风机有可能会出力不足或进入运行不稳定区域。

4 引风机运行现状及节能分析

由试验结果可以看出，引风机流量裕量偏小而压力裕量偏大，为了解风机实际运行参数与原设计参数略有差异的原因，同时为解决引风机电流波动问题、高负荷氧量达不到目标值问题并为节能改造提供参考依据，需对目前引风机的运行及系统状态进行分析。

4.1 引风机烟气流量及压力分析

4.1.1 流量偏差分析

现有引风机设计参数的确定依据是《#5机组引、增压风机合一超净改造及#6机组引风机选型校核报告》，可从煤质、氧量、排烟温度等几方面分析此次试验风机实测流量与设计值存在差异的原因。

此次试验氧量及引风机入口温度比引、增压风机合一超净改造前的试验值大，这两项参数均对引风机入口烟气流量影响较大。此次试验期间空气预热器前氧量平均值为3.04%，改造前试验期间空气预热器氧量平均值为2.49%，两种氧量对烟气量的影响偏差为3.09%；此次试验期间引风机入口烟气温度平均值为125.3 ℃，改造前为109.0 ℃，两种温度对烟气量的影响偏差为4.25%。综合计算可知，两次试验的氧量及风机入口烟温偏差对烟气流量的影响为7.5%。此次试验引风机入口流量平均值为546.7 m3/s，改造前为501.8 t/h，两次试验风机入口烟气流量偏差8.9%。考虑煤质差异因素，两次试验测得烟气流量的偏差在合理范围内。综合上文分析可以判断，此次试验引风机入口烟气流量比BM-CR设计值大是入炉煤质、炉膛氧量、风机入口烟气温度等因素导致的。

图2 #5锅炉引风机各工况运行点在 #6锅炉引风机性能曲线上的位置Fig.2 Location of No.5 boiler induced draft fan operating points on the performance curve of No.6 boiler induced draft fan

4.1.2 压力偏差分析

#5锅炉超低排放改造是在脱硝系统增设了备用催化剂层，同时在现有基础上对湿法脱硫系统进行了提效改造，此次试验在680 MW 负荷工况同步进行了沿程阻力测试，见表6。

表6 #5锅炉680 MW工况沿程阻力测试结果Tab.6 No.5 boiler resistance test results at 680 MW working condition Pa

由测量结果可以看出：脱硝反应器静压差平均为743 Pa，略小于设计阻力(脱硝反应器设计阻力为1 150 Pa)；空气预热器静压差平均为1 539 Pa，略大于设计阻力(1 200 Pa)；除尘器静压差平均值为224 Pa；脱硫吸收塔静压差为1 800 Pa，略小于其设计阻力(脱硫吸收塔设计阻力为2 200 Pa)。脱硝反应器、静电除尘器、脱硫吸收塔等阻力值均小于其设计阻力值，而空气预热器实际阻力略大于设计值，烟气系统设备总阻力值较设计阻力值略小，造成引风机压力裕量偏大。

4.2 引风机节能改造可行性分析

引风机日常运行时，机组在较高负荷段运行时，引风机动叶开度达到60%以上时继续增加开度，风机电流增长幅度过快，而氧量基本没有增加。需要对使用#6机组转子替代#5机组引风机转子以达到节能目的可行性进行分析。

首先探讨引风机电流增长过快的问题。根据烟气管道阻力特性，烟气系统压力与流量的平方成正比，高负荷段风机功率的增长速率远超低负荷段时的功率增长速率[9]，故出现引风机开度越大电流增速越快的现象。

引风机流量裕量偏小且实际运行效率较高，满负荷时的风机效率超过85%，75%BMCR工况约为77%，50%BMCR工况为65%左右，引风机节能空间不大。风机开度尚有较大裕度是因为风机有较大的压力裕量。

将#5机组引风机试验各工况运行点绘制于#6机组引风机性能曲线，如图2所示[4]。从图2可以看到，满负荷工况运行点位于BMCR设计点偏右，风机流量已无裕量，各工况运行点在性能曲线上的效率为85%，78%，70%，与#5锅炉风机上的效率基本一致，故如果将#5锅炉引风机转子更换为#6机组引风机转子，无节能空间且增加了风机出力不足的风险[10]。

5 结论与建议

(1)两台引风机运行时刻度盘上指示的动叶片角度与性能曲线上叶片角度偏差均在3°～4°，偏差不大。引风机就地刻度盘上的叶片角度指示与其性能曲线上的设计值基本吻合；满负荷工况下引风机效率较高达到了80%以上，且各工况下引风机实测效率与性能曲线上设计效率偏差在±2.5%以内，风机效率达到了风机厂家提供的性能曲线上的设计值。引风机实际运行达到其设计性能。

(2)将两台引风机实测平均值换算至BMCR工况下，风机流量为555.2 m3/s，风机压力为8 216 Pa。引风机实测参数与TB点的对应设计参数相比，风机风量裕量偏小而压力裕量偏大。

(3)目前引风机基本满足系统出力要求，引风机运行曲线较设计位置偏低。满负荷时的风机效率超过85%，75%BMCR工况时的风机效率约为77%，50%BMCR工况时的风机效率在65%左右，引风机经济性一般。引风机压力裕量偏大，若烟气系统增加设备或阻力增大，引风机运行位置会更佳，但由于风机流量裕量偏小，引风机有可能会出力稍不足或进入运行不稳定区域。

(4)如果将#5机组引风机转子更换为#6机组引风机转子，并无节能空间且增加了风机出力不足的风险，因此不建议减少#5锅炉引风机叶片数。

(5)由于排烟温度、炉膛氧量对锅炉烟气流量的影响，造成引风机能耗增加，目前只能通过降低炉膛氧量(改变一次、二次风配比)、提高空气预热器换热效率等方式来降低锅炉烟气流量，进而降低引风机出力，达到节能的目的。