600MW火電機組鍋爐聯(lián)合引風機改造方案分析

1、600MW火電機組鍋爐聯(lián)合引風機改造方案分析來源：中國水利電力物資有限公司2014年05月22日點擊： 25摘要：本文以600MW火電機組鍋爐引風機和增壓風機改造為聯(lián)合引風機的選型過程為例。通過對鍋爐風煙系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)測量計算、聯(lián)合引風機類型分析、改造方案確定等的論述，分析了鍋爐聯(lián)合引風機改造方案的選定原因。通過實際測量參數(shù)的計算分析，得出聯(lián)合引風機選型的結(jié)論。關(guān)鍵詞：引風機、增壓風機、合并方案、聯(lián)合引風機1、前言        隨著國家對火力發(fā)電行業(yè)排放要求的提高，根據(jù)火電廠大氣污染物排放標準（GB13223-2011）要求，2014年7月1日起，新建及

2、現(xiàn)有火電機組NOx排放濃度不大于100mg/Nm3，煙塵排放濃度不大于30mg/m3。因此國內(nèi)大量現(xiàn)役火力發(fā)電機組在進行時間緊、任務重的鍋爐尾氣脫硝改造工程。脫硝改造與脫硫改造工程添設增壓風機設備的方式不同，因為脫硝改造是在空氣預熱器前進行，不增加風機設備數(shù)量，而需要改造引風機、提高引風機出力來克服脫硝工程增加的系統(tǒng)阻力，由此引風機改造是否成功就成為了脫硝改造工程是否成功的必要條件。為了充分保證引風機改造的成功，需要對現(xiàn)有煙氣系統(tǒng)、脫硫系統(tǒng)進行測試，對鍋爐引風機、增壓風機在不同負荷下的熱態(tài)性能進行試驗，為風機改造提供技術(shù)依據(jù)，并確定優(yōu)化的風機改造流程及方案選擇。2、風機改造計劃  &

3、#160;     某電廠600MW機組鍋爐計劃增加脫硝設備，將電除塵部分電場更改為布袋除塵器，因此煙氣阻力將發(fā)生大的變化。電廠對煙氣及脫硫系統(tǒng)改造計劃為：第1年：取消增壓風機，將引風機和增壓風機合并，對引風機進行改造；第2年：在煙氣系統(tǒng)中增加一層脫硝設備（阻力增加400Pa）對煙氣進行脫硝處理；第3年：投入第二層脫硝設備（阻力增加400Pa），并同步將電除塵器5電場中的后3電場更改為布袋除塵器（阻力增加800Pa），整個系統(tǒng)阻力在第二年改造基礎上增加1200Pa。        根據(jù)改造計劃將取消增壓風機，僅設置聯(lián)合引風機克服引風、

4、脫硫、脫硝的阻力，并考慮后期電除塵部分電場更改為布袋除塵后的煙氣阻力增加。故進行引風機的現(xiàn)場熱態(tài)性能試驗及脫硫系統(tǒng)阻力測試，以摸清系統(tǒng)特性，為引風機改造作技術(shù)準備。3、設備概況        鍋爐型號為HG-1890/25.4-YM4型，采用單爐膛型布置、固態(tài)排渣、平衡通風、全鋼構(gòu)架懸掛結(jié)構(gòu)，汽水流程以內(nèi)置式汽水分離器為界雙流程設計，配內(nèi)置式再循環(huán)泵啟動系統(tǒng)、一次中間再熱、滑壓運行，設計煤種為神府東勝煤，最大連續(xù)蒸發(fā)量1890t/h，過熱器蒸汽出口溫度571，給水溫度283.7。煙氣依次流經(jīng)上爐膛的屏式過熱器、末級再熱器、水平煙道中的高溫再熱器，然后至尾

5、部雙煙道中煙氣分兩路。一路流經(jīng)前部煙道中的立式和水平低溫再熱器、省煤器，一路流經(jīng)后部煙道的水平低溫過熱器、省煤器，最后流經(jīng)布置在下方的2臺三分倉回轉(zhuǎn)式空氣預熱器，再經(jīng)過電除塵器、引風機、脫硫增壓風機、脫硫塔、最后經(jīng)煙囪排入大氣。每臺鍋爐配2臺靜葉可調(diào)軸流式引風機，其布置方式為垂直進風、水平出風；2臺引風機出口合并后設置有1套FGD裝置，每套FGD裝置配置1臺動葉可調(diào)軸流式增壓風機；增壓風機位于FGD裝置進口原煙氣側(cè)（高溫煙氣側(cè)），風機采用臥式（水平）布置，風機進氣箱垂直向上。        引風機型號為AN35e6（V19+40）型，TB工況設計煤種下風

6、機進口流量461m3/s，風機入口全壓-3391Pa，風機全壓4819Pa，風機效率85.5%，風機軸功率2554 kW；BMCR工況設計煤種下風機進口流量401m3/s，風機入口全壓-3326Pa，風機全壓3855Pa，風機效率85.9%，風機軸功率1774kW；THA工況設計煤種下風機進口流量383m3/s，風機入口全壓-3109Pa，風機全壓3431Pa，風機效率84.0%，風機軸功率1546kW；風機轉(zhuǎn)速585r/min。        增壓風機型號為SHT3171型，TB工況設計煤種下風機進口流量964m3/s；BMCR工況設計煤種下風機進口流

7、量859.8m3/s，風機全壓2560Pa。4.風機改造參數(shù)的確定        對改造后風機運行參數(shù)預估是否準確直接影響到風機改造時對風機的準確選型，風機選型的結(jié)果也直接關(guān)系到改造后風機的運行狀況，所以風機參數(shù)的準確性關(guān)系到整個改造工程的成敗。風機參數(shù)不能簡單的由原風機設計參數(shù)加上改造后的阻力增加值來計算。原風機參數(shù)基本上是機組新建時由設計院根據(jù)設計規(guī)程及經(jīng)驗公式等計算得來，其中有較大裕量以保證新機組可以運行。建成后的機組由于系統(tǒng)損耗、煤質(zhì)變化等原因，系統(tǒng)阻力曲線一般與設計院計算的阻力曲線都有較大偏差（系統(tǒng)阻力曲線與風機性能曲線的交點即為風機運行的工況

8、點）。所以根據(jù)原風機設計參數(shù)計算改造后參數(shù)的方式是不可取的。        風機參數(shù)應通過對風機進行性能測試的方法獲得。性能測試得到的結(jié)果反映了風機的真實運行狀態(tài)，測試單位須根據(jù)測試時的機組實際情況，對參數(shù)進行一定調(diào)整，提出改造后引風機的運行參數(shù)。該參數(shù)由準確的現(xiàn)風機運行參數(shù)得來，可最大程度上保證改造工程的成功。4.1方案的初選         合并增壓風機的聯(lián)合風機脫硝改造方式需測試引風機與增壓風機。保留增壓風機的脫硝改造只需測試引風機。在根據(jù)性能測試結(jié)果計算得到風機選型參數(shù)后，電廠可將該參數(shù)發(fā)往專業(yè)風

9、機廠家進行選型，各風機廠家由于產(chǎn)品、選型習慣等差異，會出現(xiàn)不同型式的風機選型結(jié)果，用戶需對所有的選型結(jié)果根據(jù)自身需求進行篩選。1）當保留增壓風機，原引風機為AN型風機時，脫硝改造方式可選擇靜葉可調(diào)AN型風機的局部改造方案，相比改造為動葉可調(diào)軸流式風機可不必變動基礎，大大縮短施工時間，同時由于是局部改造，改造設備費用也相應降低，并且保留了AN型風機高可靠性、運行穩(wěn)定、長壽命等特點。2）按照新的環(huán)保政策要求，大部分電廠的引風機出口至煙囪的煙氣旁路需取消。為減少設備維護量、減少故障發(fā)生點，更多的電廠選擇在脫硝改造過程中取消煙氣旁路并取消增壓風機的改造方式，通過對引風機進行擴容改造，克服脫硝、引風、脫

10、硫三部分的阻力，選用“三合一”的聯(lián)合風機。聯(lián)合風機承擔了克服三部分阻力的要求，故壓升較高，一般都在8000Pa以上。聯(lián)合風機的選型結(jié)果也將有多種選擇：高轉(zhuǎn)速靜調(diào)風機、高轉(zhuǎn)速單級動調(diào)風機、高轉(zhuǎn)速雙級動調(diào)風機、低轉(zhuǎn)速雙級動調(diào)風機。4.1.1聯(lián)合風機選擇高轉(zhuǎn)速靜調(diào)風機方案        靜調(diào)風機方案出于靜調(diào)風機結(jié)構(gòu)簡單以及相比動調(diào)風機方案更優(yōu)的耐磨和維護的優(yōu)勢，但靜調(diào)風機方案在機組低負荷時效率較低以及高效區(qū)不及動調(diào)風機方案寬的缺點也很明顯，同時高轉(zhuǎn)速靜調(diào)風機軸承負荷大，發(fā)熱量也較大，軸承溫度相對于低轉(zhuǎn)速風機要高。因此在選擇高轉(zhuǎn)速靜調(diào)方案時，如果能增加變頻裝置或

11、汽動裝置，則提高了靜調(diào)風機低負荷效率，降低了轉(zhuǎn)速，也使風機更耐磨。4.1.2聯(lián)合風機選擇動調(diào)風機方案。         聯(lián)合風機選擇高轉(zhuǎn)速動調(diào)風機方案。高轉(zhuǎn)速動調(diào)風機分為高轉(zhuǎn)速單級動調(diào)風機和高轉(zhuǎn)速雙級動調(diào)風機。風機葉輪在對氣流做功時，風機所能提供的壓力與葉輪面積的乘積即為氣流對葉輪產(chǎn)生的力。對聯(lián)合風機而言，運行工況壓力較高，對葉輪施加的力也就較高。高轉(zhuǎn)速單級動調(diào)風機只有一級葉輪葉片來承受氣流所產(chǎn)生的力，那么在惡劣工況時，葉片對氣流產(chǎn)生激振力的承受能力也就較差，更容易產(chǎn)生葉片斷裂的事故，運行的安全性及可靠性較差。   

12、60;    聯(lián)合風機選擇低轉(zhuǎn)速雙級動調(diào)風機方案。低轉(zhuǎn)速雙級動調(diào)風機由于轉(zhuǎn)速較低，相對高轉(zhuǎn)速雙級動調(diào)風機在耐磨、可靠性方面有著很大的優(yōu)勢。但低轉(zhuǎn)速雙級動調(diào)風機相對來說風機本體及轉(zhuǎn)子部分要大，制造成本高。所以用戶可根據(jù)風機制造廠的報價比較，結(jié)合后期的備品備件價格情況，盡量選擇低轉(zhuǎn)速雙級動調(diào)風機，降低日常維護費用，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。         低轉(zhuǎn)速雙級動調(diào)風機相比高轉(zhuǎn)速雙級動調(diào)風機優(yōu)勢明顯，高轉(zhuǎn)速雙級動調(diào)風機在一個大修期內(nèi)，需更換12組葉片和密封件，低轉(zhuǎn)速雙級動調(diào)風機在一個大修期內(nèi)不需更換葉片及密封件，同時葉片磨損小，風機

13、運行穩(wěn)定，效率不會因葉片磨損造成嚴重下降，運行經(jīng)濟。5、試驗內(nèi)容及方法5.1試驗內(nèi)容         結(jié)合鍋爐引風機、增壓風機實際運行情況，確定試驗工況為：600MW、450MW、300MW三個工況下進行。5.2試驗方法        試驗方法和數(shù)據(jù)計算方法依據(jù)電站鍋爐風機現(xiàn)場性能試驗（DL/T469-2004）和工業(yè)通風機現(xiàn)場性能試驗（GB10178-2006）的規(guī)定進行。        試驗期間將鍋爐主要運行參數(shù)調(diào)整到正常狀態(tài)值，并保持機組發(fā)電負荷和燃燒穩(wěn)定，熱

14、態(tài)試驗的每一工況在鍋爐燃燒穩(wěn)定20分鐘后開始進行測量。        引風機的測量參數(shù)有：風量，風機入、出口靜壓和溫度，大氣壓力、風機電機的電壓、電流及耗功；風量測量位置選取電除塵尾部煙道的平直段上開設的流量測孔進行風量測試，全關(guān)脫硫系統(tǒng)入口處的煙氣擋板門，同時記錄鍋爐、風煙系統(tǒng)和機組脫硫系統(tǒng)有關(guān)運行參數(shù)。        增壓風機的測量參數(shù)為風機進出口的靜壓。        試驗數(shù)據(jù)采用算術(shù)平均值方法進行處理。5.3測點布置       

15、; 風機流量測量截面布置于鍋爐電除塵器尾部煙道的平直段上，共有4個尾部煙道，每一煙道上設有4個流量測量孔，采用靠背管在流量測量截面測量。        引風機、增壓風機的出口靜壓測量面各自設置在風機擴壓器進口、出口法蘭前100mm處，測量面圓形截面中分面上各設一個靜壓測點；進口靜壓測量面布置于進氣箱入口法蘭后100mm處，矩形測量面?zhèn)缺谥行母髟O一個靜壓測點。        介質(zhì)溫度測點采用流量測量截面的測點。5.4測試項目及儀器5.4.1測試項目5.4.1.1風機流量     

16、60; 在流量測量截面進行的流量測量采用等截面網(wǎng)格法測量。具體方法是：在除塵器尾部煙道的4個煙道上，每個煙道開設4個測孔，為使測量更準確，在深度方向上取8個測點，用靠背管和ZEPHYR II型電子微壓計測量截面上各網(wǎng)格點的動壓，然后由這些動壓計算該截面的平均動壓pd。計算公式為：Pa                      （公式1）式中：pd流量測量截面處平均動壓，Pa； pdi流量測量截面內(nèi)

17、各個小面積上的時間平均動壓，共(n×m)個，Pa；        采用大氣壓力表測量當?shù)卮髿鈮毫?；采用熱電偶溫度儀測量流量測量面處的介質(zhì)溫度；采用微壓計測量流量截面處的靜壓。流量測量截面處的流量按式（2）計算： m3/s                           

18、60;     （公式2）式中： qv流量測量截面處流量，m3/s； A流量測量截面處面積，m2； 流量測量截面處介質(zhì)密度，kg/m3；按式（3）計算： kg/m3                        （公式3）其中：o 標準狀態(tài)下介質(zhì)(煙氣)的密度，kg/m3。（取煙氣標態(tài)密度o1.33 kg/Nm3）Pa

19、測量處大氣壓力，Pa；Ps 流量測量截面處靜壓，Pa；t 流量測量截面處介質(zhì)溫度，。5.4.1.2引風機、增壓風機進、出口靜壓        進、出口靜壓采用精度為1Pa的電子微壓力計分別在風機進、出口的靜壓測量面上進行測量，每一截面上的兩個測量點通過三通連接至電子微壓計。5.4.1.3大氣壓力        采用盒式大氣壓力計在現(xiàn)場測量。5.4.1.4電動機輸入功率        風機電動機輸入功率，利用6kV廠用配電室中風機的多功能功率表測量電動機輸入功率瞬時值Pi，然后

20、按式(4)計算。Pe(P1+Pn)/n kW                                  （公式4）式中：P1,Pn功率表的瞬時值，下標n表示讀數(shù)次數(shù)；為了更準確的獲得電動機輸入功率值，同時采用該多功能表所顯示的電流值、電壓等值按下式計算電動機輸入功率。Pe

21、1.732 ×V×I× COS式中：COS-功率因數(shù)、I電動機電流值、V電動機電壓值5.4.1.5記錄鍋爐有關(guān)運行參數(shù)，按DCS系統(tǒng)有關(guān)畫面上顯示的數(shù)據(jù)實時記錄。6、試驗結(jié)果及分析6.1引風機試驗結(jié)果引風機熱態(tài)試驗主要試驗結(jié)果見表1。表1 鍋爐引風機熱態(tài)試驗主要數(shù)據(jù)名稱單位控制室記錄數(shù)據(jù)（A引風機/B引風機）工況序號 工況1工況2工況3電負荷MW600450300鍋爐蒸發(fā)量t/h1724.741231.68837.46主蒸汽溫度568.23569.36569.38脫硫系統(tǒng)旁路門開度%56.58/42.2176.26/57.2460.64/41.92引風機

22、開度%76.26/57.2460.64/41.9256.58/42.21引風機進口靜壓Pa-2.91/-2.88-2.11/-2.06-1.68/-1.63引風機進口溫度117.96/116.13109.16/101.85105.73/98.58  實測、計算數(shù)據(jù)（A引風機/B引風機）引風機進口密度kg/m30.9227/0.92270.956/0.9560.9805/0.9805引風機進口流量m3/s409.3/409.3339.97/339.97259.46/259.46引風機進口動壓Pa185.8/185.8132.8/132.879.3/79.3引風機進口靜壓Pa-

23、2990/-3115-2345/-2347-1744/-1806引風機進口全壓Pa-2804.2/-2929.2-2212.2/-2214.2-1664.7/-1726.7引風機出口靜壓Pa120/-5085/65-24.3/-62引風機出口動壓Pa285.3/285.3203.9/203.9121.8/121.8引風機出口全壓Pa405.3/235.3288.9/268.997.5/59.8系統(tǒng)效應損失Pa100/10080/8060引風機全壓Pa3309.5/3264.52581.1/2563.11822.2/1846.5引風機單位質(zhì)量功J/kg3586.8/3429.62670/2681

24、1858.4/1883.2壓縮修正系數(shù) 0.9887/0.0.98850.9907/0.99080.9936/0.9935引風機空氣功率kW1339.3/1337869.3/863.4469.8/476引風機軸功率kW1704/16921224/12601080/1092引風機效率%78.6/79.072.4/68.543.5/43.6引風機額定轉(zhuǎn)速r/min5975975976.2引風機運行工況與設計參數(shù)的比較        根據(jù)表1參數(shù)，將設計工況點及試驗工況點標注在引風機性能曲線上，見圖1。圖1 引風機設計工況點與試驗工況點在風機性能曲線

25、的示意圖6.3試驗結(jié)果分析由圖1、表1可以得出：1）從實測的三個負荷點擬合的系統(tǒng)阻力線看，實際運行風量與設計風量基本接近，實際系統(tǒng)阻力較設計值低。2）600MW、450MW兩個負荷點風機實際運行效率與理論效率基本一致；300MW負荷時風機的實際運行效率較理論效率低10%。3）600MW負荷時實測的煙氣系統(tǒng)煙氣量為409.3m3/s，與設計參數(shù)BMCR工況的煙氣量401m3/s比較，高2.06%；實測的煙氣系統(tǒng)風壓為3307Pa，較設計參數(shù)BMCR工況的風壓3855Pa低14.2%，較TB工況的風壓4918Pa低22.6%；實際運行參數(shù)偏離設計參數(shù)較大，特別是風壓偏離較大，導致風機未能運行在最高

26、效率區(qū)內(nèi)。7、風機改造參數(shù)的選取由測試參數(shù)可知，引風及脫硫系統(tǒng)實際參數(shù)如表2：表2 鍋爐引風、脫硫系統(tǒng)實測參數(shù)序號項目單位冬季600MW冬季450MW冬季300MW實際燃用煤種實際燃用煤種實際燃用煤種1引風機流量m3/s409.3339.97259.462引風機進口溫度113103973引風機進口密度kg/ m30.92270.9560.98054引風系統(tǒng)阻力Pa3307257318535脫硫系統(tǒng)阻力Pa192010348276引風+脫硫總阻力Pa522736062680        依據(jù)查閱的資料，鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量為1890t/h，即BMCR工況下

27、最大連續(xù)蒸發(fā)量為1890t/h，給煤量為235.3t/h，試驗時600MW條件下，蒸發(fā)量為1724.74t/h，給煤量為229.3t/h，結(jié)合收集到的試驗前1年7月、8月份的DCS數(shù)據(jù)最大蒸發(fā)量為8月份的1816t/h，給煤量248.5t/h，因此預測夏季600MW負荷時，煙氣量將增加8%左右，即Q=409.3×1.08=442m3/s，按實測的冬季600MW、冬季450MW推算系統(tǒng)阻力特性，可知夏季600MW工況系統(tǒng)阻力為3703Pa,則脫硫系統(tǒng)的阻力為2150Pa，再考慮增壓風機系統(tǒng)效應損失100Pa，則系統(tǒng)總阻力=3703+2150+100=5953Pa。電廠計劃的系統(tǒng)改造計劃及煙氣阻力變化情況見表5。表3 鍋爐系統(tǒng)改造計劃及煙氣阻力變化情況表序號改造計劃阻