張樹利

（徐州華潤電力有限公司，江蘇 徐州 221142）

1 000 MW機組降低風(fēng)機電耗率的有效運行措施

張樹利

（徐州華潤電力有限公司，江蘇 徐州 221142）

從理論層面對影響風(fēng)機電流的因素進行分析，針對可控因素從實際運行方式角度提出1 000 MW機組降低風(fēng)機電流的有效運行措施，對低氮燃燒器超超臨界鍋爐有一定的指導(dǎo)意義，也對其它型式燃燒器的爐型具有參考價值。

1 000 MW；電耗率；運行措施；風(fēng)箱差壓

火力發(fā)電廠既是電能生產(chǎn)企業(yè)，也是電能高耗企業(yè)，對輔機進行節(jié)能改造和優(yōu)化運行是降低廠用電率的有效途徑。發(fā)電企業(yè)中，風(fēng)機是最龐大、最重要的輔機設(shè)備，風(fēng)機的經(jīng)濟運行對發(fā)電企業(yè)的節(jié)能工作影響很大[1]，風(fēng)機是否節(jié)能運行對降低廠用電率具有舉足輕重的作用。

1 設(shè)備概況

某公司2×1 000 MW鍋爐為單爐膛、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、切圓燃燒、全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)、露天布置、超超臨界塔式直流爐，采用低 NOX擺動式四角切圓燃燒技術(shù)。燃燒系統(tǒng)共設(shè)置12層煤粉噴嘴（每臺磨煤機對應(yīng)2層煤粉燃燒器）、1層緊湊燃燼風(fēng)、6層可水平擺動的分離燃燼風(fēng)、12層預(yù)置水平偏角的輔助風(fēng)噴嘴、12層周界風(fēng)、6層燃油二次風(fēng)。燃燒器風(fēng)箱分成獨立的上、中、下 3組。風(fēng)煙系統(tǒng)、燃燒器系統(tǒng)、制粉系統(tǒng)中的風(fēng)門均為蝶閥?？疹A(yù)器型式為三分倉容克式，為了減少空氣預(yù)熱器熱端的漏風(fēng)，該容克式空氣預(yù)熱器設(shè)有漏風(fēng)控制系統(tǒng)。送風(fēng)機、增壓風(fēng)機和一次風(fēng)機為動葉可調(diào)軸流式風(fēng)機，引風(fēng)機為靜葉可調(diào)軸流式風(fēng)機，風(fēng)煙系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 風(fēng)煙系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

2 影響風(fēng)機電流的因素

風(fēng)機電流I的計算公式[2]為：

式中：N為風(fēng)機功率；U為風(fēng)機電壓；cosφ為電動機功率因數(shù)；ηe為電動機效率。

風(fēng)機所需功率N的計算公式為：

式中：Q為風(fēng)機流量；p為風(fēng)機的全風(fēng)壓；η為風(fēng)機效率。

把式（2）代入式（1）即可得風(fēng)機電流大小的計算公式：

對于已投產(chǎn)的風(fēng)機，結(jié)合式（3）不難看出：電機效率、電機功率因數(shù)并非可調(diào)整的量，由于廠用母線電壓也較穩(wěn)定，因此風(fēng)機電流的大小主要取決于風(fēng)機全壓、風(fēng)機流量和風(fēng)機效率。

2.1 風(fēng)機全壓的影響

風(fēng)機在管路系統(tǒng)中工作時，其產(chǎn)生的全壓等于管路系統(tǒng)的總阻力。風(fēng)機運行穩(wěn)定的必要充分條件為風(fēng)機產(chǎn)生的能量等于風(fēng)道裝置所需要的能量。其阻力曲線隨風(fēng)道的截面積、長度、形狀，層風(fēng)門擋板開度，燃燒器噴口截面積，二次風(fēng)門擋板開度等參數(shù)的改變而變化[3]。

如圖2所示，動葉可調(diào)軸流式風(fēng)機的穩(wěn)定工作點在A點，對于同一流量qA的情況，如果風(fēng)道阻力往工作點B方向變化，則風(fēng)機壓頭降低，動葉關(guān)小，軸功率下降，風(fēng)機電流降低；如果風(fēng)道阻力往工作點E方向變化，則風(fēng)機壓頭升高，動葉開大，風(fēng)機電流增大。由上述分析可知：風(fēng)機穩(wěn)定運行時，風(fēng)道阻力的大小決定風(fēng)機能否穩(wěn)定運行，也對風(fēng)機全壓的大小起到?jīng)Q定作用。在同一流量下，全壓越高，風(fēng)機電流越大。

圖2 動葉可調(diào)軸流式風(fēng)機性能曲線

風(fēng)道阻力越大則能量損失越大，風(fēng)機的全壓就越高。風(fēng)煙系統(tǒng)的風(fēng)道中存在的能量損失包括：風(fēng)煙流體在風(fēng)道中的能量損失和鍋爐本體、磨煤機、脫硝系統(tǒng)、空預(yù)器、除塵器、脫硫系統(tǒng)等設(shè)備中的能量損失。

流體在通道中的能量損失分為以下兩大類：

（1）沿程能量損失。在同樣的條件下，風(fēng)道越長，損失的能量越大。風(fēng)、煙和風(fēng)粉管路中的沿程損失包括風(fēng)、煙和風(fēng)粉風(fēng)道阻力，對于已經(jīng)投運的機組，該項損失可優(yōu)化的空間較小。

（2）局部能量損失。風(fēng)煙系統(tǒng)中彎頭、閥門、風(fēng)道截面等突變點越多，局部能量損失越大。其中閥門處的能量損失可在運行中通過調(diào)整閥門開度而降低，該損失是本文討論的重點內(nèi)容之一。蝶閥的開度與局部損失系數(shù)ξ的關(guān)系見表1。

表1 蝶閥局部損失系數(shù)表[4]

由上述分析可得出影響風(fēng)機全壓的因素有：二次風(fēng)門節(jié)流阻力、磨煤機冷/熱風(fēng)門節(jié)流阻力、磨煤機通風(fēng)阻力、脫硝系統(tǒng)阻力、空預(yù)器阻力、脫硫系統(tǒng)阻力、風(fēng)道彎頭數(shù)量、風(fēng)道長度、風(fēng)道內(nèi)壁粗糙程度等。

2.2 風(fēng)機風(fēng)量的影響

機組正常運行時，影響送風(fēng)機、引風(fēng)機、增壓風(fēng)機、一次風(fēng)機風(fēng)量的因素主要包括：

（1）一次風(fēng)量。每臺磨煤機的風(fēng)量必須滿足煤粉正常輸送、為煤粉著火初期提供合適的氧量以及燃燒器安全運行的要求[5]。在確保磨煤機內(nèi)部攜帶足夠煤粉和干燥風(fēng)量，如一次風(fēng)率較高時，可對磨煤機通風(fēng)量進行優(yōu)化。

（2）二次風(fēng)量。二次風(fēng)量的大小由鍋爐燃燒需要的氧量、空預(yù)器漏風(fēng)量和二次風(fēng)道外漏量決定。氧量設(shè)定值偏小或偏大都不利于機組經(jīng)濟性,在同一負(fù)荷下,存在1個使各項損失之和達到最小的氧量值，即最優(yōu)氧量[6]。為進一步降低二次風(fēng)量，還應(yīng)設(shè)法減少二次風(fēng)在空預(yù)器中的漏風(fēng)量和二次風(fēng)外漏點。

（3）煙氣量。除降低空預(yù)器的漏風(fēng)量外，還應(yīng)降低爐膛漏風(fēng)量，以降低引風(fēng)機電耗。

2.3 其它因素的影響

風(fēng)機電流除受風(fēng)機全壓和風(fēng)量影響外，還受風(fēng)機效率、電機效率、電機工作電壓、電機功率因數(shù)等影響。

3 對策及成效

對風(fēng)機電流的影響因素分析及對風(fēng)機全壓和風(fēng)量進行研究和試驗，有助于制定降低風(fēng)機電耗率的有效運行措施。

3.1 降低風(fēng)機全壓的措施

（1）降低送風(fēng)機出口壓力。由圖1可知，鍋爐二次風(fēng)沿途經(jīng)過空預(yù)器前風(fēng)道、空預(yù)器、空預(yù)器后風(fēng)道后，進入鍋爐兩側(cè)的大風(fēng)箱，再經(jīng)過各類輔助風(fēng)門調(diào)節(jié)后進入爐膛組織燃燒。風(fēng)箱與爐膛的二次風(fēng)門系統(tǒng)如圖3所示，機組在正常運行時，二次風(fēng)門開度為25%～35%，風(fēng)箱差壓一般控制在1.5～2.3 kPa。風(fēng)箱差壓是利用二次風(fēng)門進行節(jié)流控制的結(jié)果，可使二次風(fēng)系統(tǒng)阻力增大、送風(fēng)機出口壓力升高、風(fēng)機動葉開度增大、風(fēng)機電流升高；空預(yù)器二次風(fēng)側(cè)和煙氣側(cè)差壓增大，漏入煙氣側(cè)的二次風(fēng)量增加?？梢姡物L(fēng)能量損失較大的原因是局部能量損失、空預(yù)器漏風(fēng)損失及沿程能量損失。因此，有必要研究降低風(fēng)箱差壓的可行性。

圖3 風(fēng)箱與爐膛間的二次風(fēng)門系統(tǒng)示意

體積流量公式為：

式中：qv為體積流量；A為流通截面積；v為截面內(nèi)流體的平均速度。

由式（4）可知，如果所有二次風(fēng)門不節(jié)流和體積流量不變（即鍋爐二次風(fēng)量不變），由于流經(jīng)的總面積不變（二次風(fēng)噴口截面積），則各二次風(fēng)噴口處的流速v也不變，即：如果將各二次風(fēng)門的開度同步開大，則二次風(fēng)噴口處的風(fēng)速變化不大。所以，在保持總風(fēng)量不變的情況下，同步開大二次風(fēng)門開度，對二次風(fēng)噴口處的風(fēng)量和風(fēng)速影響較小。

在降低風(fēng)箱差壓前要充分考慮以下關(guān)系安全運行的關(guān)鍵問題：低負(fù)荷階段（風(fēng)箱差壓較小）爐膛冒正壓時，進入爐膛的風(fēng)量是否會太低以及爐膛中的火焰是否會倒回風(fēng)箱。

表2為某日6號爐爐膛負(fù)壓擾動前后的部分參數(shù)，可以看出：當(dāng)爐膛為負(fù)壓時，總風(fēng)量增加、送風(fēng)機出口壓力降低、動葉開度關(guān)小、風(fēng)機電流降低，風(fēng)箱差壓也降低至零甚至更低（已超出壓力變送器量程），但一定高于爐膛內(nèi)的壓力，所以爐膛內(nèi)的熱風(fēng)不會倒流至風(fēng)道中，且總風(fēng)量不會降低。當(dāng)爐膛出現(xiàn)正壓時，總風(fēng)量基本沒變、送風(fēng)機出口壓力升高（風(fēng)機全壓升高）、動葉開度開大、風(fēng)機電流升高，風(fēng)箱與爐膛內(nèi)部的壓力差為235 Pa，風(fēng)箱中的風(fēng)仍能在該差壓下順利進入爐膛，所以爐膛內(nèi)的熱風(fēng)不會倒流至風(fēng)道中，且總風(fēng)量不會降低。

分析爐膛負(fù)壓的波動情況對總風(fēng)量的影響，進行降低風(fēng)箱差壓的試驗和停爐后檢查燃燒器噴口，對風(fēng)箱差壓控制曲線（手動控制目標(biāo)）進行優(yōu)化后的測試結(jié)果如表3所示。

表2 爐膛負(fù)壓擾動前后部分參數(shù)對比

表3 優(yōu)化前后的風(fēng)箱差壓

（2）降低一次風(fēng)母管壓力。機組正常運行時，一次風(fēng)母管壓力一直偏高，磨煤機組熱風(fēng)門開度較?。ㄟ\行磨煤機組的熱風(fēng)門平均開度不到40%），導(dǎo)致熱風(fēng)調(diào)門處局部損失增加。在保證不影響磨煤機出力的情況下，對一次風(fēng)母管壓力曲線進行優(yōu)化，測試結(jié)果如表4所示。

表4 優(yōu)化前后的一次風(fēng)母管壓力

（3）降低磨煤機通風(fēng)阻力。在磨煤機運行過程中，加強對磨煤機電流、進出口差壓、出口溫度、出口風(fēng)粉管壓力等參數(shù)的監(jiān)視。

（4）降低空預(yù)器阻力。空預(yù)器阻力的降低，對降低送風(fēng)機、引風(fēng)機和一次風(fēng)機的通道阻力都有積極意義。具體操作中可根據(jù)空預(yù)器煙氣側(cè)進出口差壓，及時調(diào)整空預(yù)器吹灰頻次和蒸汽參數(shù)，并充分利用配風(fēng)的調(diào)節(jié)手段降低NOX的生成量，切忌一味靠增大噴氨量來滿足環(huán)保要求，防止空預(yù)器堵塞。此外，還可利用停機機會及時對空預(yù)器進行沖洗，以徹底清除蓄熱元件上附著的硫酸氫銨和灰粒。

（5）降低SCR（選擇性催化還原法脫硝）區(qū)域的阻力。SCR區(qū)域的阻力大小直接影響引風(fēng)機的通道阻力，進而影響引風(fēng)機的電耗。將SCR吹灰納入定期工作內(nèi)容，嚴(yán)格按照SCR吹灰蒸汽參數(shù)要求進行吹灰。

（6）降低脫硫系統(tǒng)阻力。密切監(jiān)視脫硫漿液池液位和密度、除霧器差壓等參數(shù)，降低引風(fēng)機的通道阻力，以降低引風(fēng)機的電耗。

3.2 降低風(fēng)機流量的措施

（1）降低磨煤機通風(fēng)量。在保證磨煤機組差壓不升高、電流不增大、出口溫度不降低、出口壓力不低于2 500 Pa的前提下，每臺磨煤機組均進行了最小通風(fēng)量試驗，得出不同磨煤機組、不同煤量對應(yīng)的最小通風(fēng)量，具體見表5。煤的發(fā)熱量較低或可磨系數(shù)較低會導(dǎo)致煤耗增加，需要較大的一次風(fēng)機裕量[7]，因此除了運行優(yōu)化外，還應(yīng)選擇優(yōu)質(zhì)燃煤。

（2）優(yōu)化爐膛氧量。試驗期間，對飛灰含碳量進行測量，發(fā)現(xiàn)氧量優(yōu)化后含碳量并未增大。因此優(yōu)化爐膛氧量，優(yōu)化前后的氧量見表6。

表5 優(yōu)化前后的磨煤機通風(fēng)量

表6 優(yōu)化前后的爐膛氧量

（3）減小空預(yù)器漏風(fēng)。在降低一次風(fēng)機和送風(fēng)機全壓的同時，也降低了一次風(fēng)、二次風(fēng)與煙氣側(cè)的差壓，降低空預(yù)器漏風(fēng)量。另外，防止空預(yù)器堵灰也是降低空氣側(cè)與煙氣側(cè)差壓的有效辦法。調(diào)整空預(yù)器扇形板密封自動跟蹤時間，由原來的24 h調(diào)整為12 h，正常運行中要密切監(jiān)視空預(yù)器密封裝置的運行情況，有密封板故障報警時及時處理。

3.3 節(jié)能效果

（1）送風(fēng)機及一次風(fēng)機出口壓力的降低可有效降低空預(yù)器漏風(fēng)率。

過量空氣系數(shù)計算公式[8]：

漏風(fēng)率AL和過量空氣系數(shù)的換算關(guān)系式[9]：

式中：α″，α′分別為煙道進、出口煙氣過量空氣系數(shù)。

某1 000 MW機組在滿負(fù)荷期間進行一次風(fēng)壓、二次風(fēng)壓與空預(yù)器漏風(fēng)關(guān)系試驗。試驗前，51號空預(yù)器煙氣側(cè)進/出口氧量為2.54%/5.68%，由公式（5）可計算得出對應(yīng)的進/出口過量空氣系數(shù)α為1.137%/1.371%；52號空預(yù)器煙氣側(cè)進/出口氧量為2.74%/4.8%，對應(yīng)的進/出口過量空氣系數(shù)為1.15%/1.296%。將一次風(fēng)壓由13.9 kPa降低至10.6 kPa，二次風(fēng)壓由2.2 kPa降低至1.3 kPa。30 min后 51號空預(yù)器煙氣側(cè)進/出口氧量為2.61%/3.5%，對應(yīng)的進/出口過量空氣系數(shù)為1.142%/1.2%；52號空預(yù)器煙氣側(cè)進/出口氧量為2.83%/3.3%，對應(yīng)的進/出口過量空氣系數(shù)為1.156%/1.186%。

將51號和52號空預(yù)器進出口的過量空氣系數(shù)代入公式（6）可算出51號空預(yù)器試驗前后空預(yù)器漏風(fēng)率由18.4%降低至4.9%，52號空預(yù)器試驗前后空預(yù)器漏風(fēng)率由11.4%降低至2.85%，可見降低一次、二次風(fēng)壓力也有利于降低空預(yù)器的漏風(fēng)率，試驗數(shù)據(jù)如表7所示。

表7 空預(yù)器漏風(fēng)率試驗數(shù)據(jù)

（2）有效降低六大風(fēng)機電流。

二次風(fēng)箱差壓、一次風(fēng)機母管壓力、磨煤機通風(fēng)量、氧量優(yōu)化前后運行工況的對比試驗表明，上述降低風(fēng)機電流措施的效果明顯，詳見表8。

從表8不難看出：風(fēng)機電流較優(yōu)化前明顯降低，5號機組2臺送風(fēng)機電流降低108 A，2臺引風(fēng)機電流降低52 A，2臺一次風(fēng)機電流降低38 A，風(fēng)機電流共降低198 A，單臺機組每年的節(jié)電量約為1 423.2118萬kWh。

2013年8月，通過邏輯優(yōu)化和風(fēng)機、磨煤機組運行參數(shù)調(diào)整，該公司各風(fēng)機廠用電率占比明顯降低。對比2013年和2012年的同期（以9月份為例）參數(shù)，2012年的風(fēng)機廠用電率為2.1%，2013年下降至1.84%，效果明顯。各風(fēng)機廠用電率的同比數(shù)據(jù)如表9所示。

表8 試驗前后部分參數(shù)對比

表9 5號爐風(fēng)機的廠用電率（以9月份為例）

3.4 其它方法

風(fēng)機節(jié)能措施還包括：優(yōu)化啟停機、低負(fù)荷期間的風(fēng)機運行方式、提高風(fēng)機效率的引風(fēng)機和增壓風(fēng)機合并改造、風(fēng)機變頻改造等。

4 結(jié)語

通過對風(fēng)機全壓、流量對風(fēng)機電流的影響分析，某公司采取降低風(fēng)機電耗措施，使?fàn)t側(cè)的風(fēng)機電耗率大幅度降低。由此可見，無需對風(fēng)機及系統(tǒng)進行技改，僅通過運行調(diào)整手段就能取得明顯節(jié)能效果。所以，在機組正常運行中要緊盯風(fēng)機及磨煤機組參數(shù)變化，及時進行調(diào)整，以保證風(fēng)機節(jié)能運行。

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（本文編輯：徐 晗）

On the Effective Operation Measures for Reducing Fan Power Consumption Rate of 1 000 MW Units

ZHANG Shuli
（China Resources Power（Xuzhou）Co.，Ltd.，Xuzhou Jiangsu 221142，China）

The elements that affect fan current are analyzed theoretically.In the light of controllable factors, effective operation measures for reducing fan power consumption rate of 1 000 MW units are proposed in terms of practical operation mode，which can not only be applied to ultra-supercritical boilers with low NOXburners but also to boilers with other types of burners.

1 000 MW；power consumption rate；operation measures；bellow differential pressure

TK223.26

B

1007-1881（2015）02-0040-05

2014-07-21

張樹利（1984），男，工程師，從事發(fā)電廠鍋爐運行工作。