600 MW机组引风机选型裕度探讨与节能改造

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(国电科学技术研究院，江苏 南京 210031)

600 MW机组引风机选型裕度探讨与节能改造

宁新宇，王双童

(国电科学技术研究院，江苏 南京 210031)

在充分调研部分600 MW机组引风机设备规范、实际运行状况的基础上，分析引风机选型的基本状况，得出当前引风机存在选型偏大、电机容量与风机容量不匹配等问题，这既增加了机组的初期投资，又影响了设备的运行效率和电耗；通过对比分析，建议引风机选型的流量裕度控制在10%～15%，所匹配的电机功率可控制在2 800 kW以内。此外，对于选型偏大的引风机，可根据机组的实际负荷情况进行变频改造。

600 MW机组；引风机；选型裕度；节能；改造

0 前言

施行“上大压小”政策之后，600 MW容量机组逐渐成为国内电力行业的主力机组，并且为降低整个火力发电机组的能耗起到了积极作用[1-2]。当前，对于600 MW容量机组锅炉运行和改造方面已有很多相关研究[3-6]，但对于辅机选型裕度方面的研究并不多见，彭红文[7]、肖军[8]就动叶调节和静叶可调轴流引风机的选型进行了经济性分析；赵国华等[9]就印度工程中因设计理念和边界条件的差异，对火电厂锅炉引风机计算选型进行比较、分析，得出印度火力发电厂工程中锅炉风机选型偏大的原因；祝文杰等[10]讨论了不同类型引风机的效率随负荷变化的特性，利用年费用最小法得出引风机与增压风机合并设置时，选用静叶可调轴流式引风机方案最优的结论。

在本文中，选取近年来不同区域已投产的部分600 MW机组，依据统计数据、设备的选型裕度、实际运行状况，对设备选型进行了深入分析和研究，得到相关结论，同时分析了有关电厂引风机节能改造的实际状况，这些均可为新建机组的设备选型和已投产设备的节能改造提供相关参考。

1 设备概述

对于选取的部分600 MW容量机组引风机，从统计来看，设备厂家主要包括成都电力机械厂(简称成电)、上海鼓风机厂(简称上鼓)、ABB公司、Novenco公司等，型式主要为静叶可调轴流式，部分为动叶可调轴流式，少量为双吸单速离心式、双吸双速离心式，引风机全压在3 500～6 600 Pa之间，最大流量在400～520 m3/s之间，风机电机电压基本上为6 kV，少量为10 kV，功率在2 300～6 000 kW之间，具体参数见表1。

2 选型分析与节能改造

2.1 选型分析

引风机选型偏大将造成电厂初投资增大，运行效率偏低、电耗偏高，所以合理的风机选型有着重要意义。依据《大中型火力发电厂设计规范》(2011版)(简称《大火规》)相关规定，对所选机组的风机进行分析。相关要求见表2。

表2 2011版规程引风机流量和压头裕量基本要求

表1 600 MW机组引风机主要性能参数

根据上述机组的设备状况，就设备的设计参数与锅炉BMCR工况下的热力计算值进行对比，对流量裕度进行分析。从统计结果来看，引风机平均流量裕度为17.07%，其中裕度大于30%的有0台，主要分布在10%～30%之间，具体数据参见表3、表4。对于压力裕度，从统计的部分数据来看，其范围在23.35%～46.11%之间，平均值为33.13%。

根据《大火规》不低于10%流量裕量设计要求，在统计的32台机组中，有30台机组达到设计要求，比例达到93.75%，但部分机组还是存在裕度偏大问题，具体参见下文；依据《大火规》不低于20%压力裕量的设计要求，设备选型压力裕度均达到设计要求。

表3 引风机选型参数与热力计算值对比

注：“-”表示数据缺乏，下同。

表4 引风机流量裕度分布情况

依据上述统计结果，对引风机的实际运行状况与设计状况进行对比。从表5和表6的结果来看，所列举的引风机满负荷下运行电流与设计电流的比值范围为39.24%～74.21%。为进一步分析其实际运行状况，以流量裕度较小的河北龙山#2机组、河南民权#2机组和江西黄金埠#1机组的引风机为例，这三台机组引风机的流量裕量分别为16.66%、14.03%、14.45%；在满负荷下，相应的运行电流与额定值的比值分别为68.50%、58.25%、64.88%，说明设备还具有较大的电流裕度，相应的静叶开度分别为81.0%、75.0%、88.2%；依据《大火规》引风机的流量裕度不低于10%，从实际运行来看，流量裕度在10%～15%即可满足运行要求，厂家可根据实际情况进行选取。当前引风机选型偏大的问题，其原因主要是在最初的设计选型阶段，设备厂家和设计单位修正系数叠加的结果。

表5 引风机选型参数与热力计算值对比

注：“*”表示风机进行了变频改造。

表6 风机选型流量裕度与匹配电机数据对比

结合表5、表6还可以看出，引风机的电流裕度与流量裕度存在不匹配的问题，如辽宁庄河引风机的流量裕度为22.27%，其满负荷下实际运行电流与额定值的比值约为72.7%，而河南民权引风机的流量裕度为14.03%，其满负荷下运行电流与额定值的比值约为58.25%，对比来看，按照风机流量、功率与转速的对应关系来看，引风机本身容量与所配电机存在不匹配的问题。根据相似原理[11]，对于同一设备，假定工质一致，风机流量(Q)与转速(n)成正比，功率(P)与转速(n)的立方成正比，且在电压(U)一定，功率因素cos(φ)变化不大[12]的情况下，功率(P)与电流(I)成正比，具体如下

Q1/Q2=n1/n2

(1)

P1/P2=(n1/n2)3

(2)

P=(3)1/2·UIcos(φ)

(3)

结合式(1)、式(2)、式(3)，可得

I1=I2·(Q1/Q2)3

(4)

因此对计算的风机电流与额定值进行对比，根据已有数据，对于未进行变频改造的引风机，从计算结果来看，计算值与设计值比值的平均值为1.09，且大部分机组的比值大于1，说明引风机存在“小马拉大车”的问题，也印证了前述中的推论。从计算结果来看，只有黑龙江双鸭山#6机组和江西黄金埠#1机组的引风机容量与电机容量匹配较好，辽宁庄河的匹配最差，这造成初投资的增大，影响设备的运行效率。具体数据参见表7。

表7 计算电机功率对比分析

表8 600 MW机组各风机电耗情况对比(%)

注：“*”表示风机进行了变频改造。

根据统计数据，当前引风机电机的平均额定功率为3 437 kW，平均流量裕度为17.07%；根据前述的相关推导，以引风机电机容量匹配较好，流量裕度偏差最小的江西黄金埠#1机组为例，依据相似原理，以15%的流量裕度进行估算，结合已有的数据，对于600 MW容量机组，选用静叶可调引风机时，在风机流量裕度合适的情况下，电机功率可以控制在2 800 kW以内。

根据上述机组近几年的统计数据[3]，引风机的平均耗电率为0.68%，占全厂的为0.68%，其中山东费县#1/#2机组和湖北荆门#6/#7机组的引风机耗电率占全厂比例最低，其值为0.52%，湖南益阳#3/#4机组的最高，其值为0.89%。将表6和表8结合起来分析，可以看出耗电率高的风机，其电机本身的额定功率相对也较高。根据前述数据，江西黄金埠引风机的耗电率也相对较低，与进行了变频改造的湖北荆门相接近，这说明风机合理选型能够降低耗电率，还说明变频改造也能够有效降低耗电率，与相关文献的结论一致[14-17]。

2.2 节能改造

对于引风机选型偏大的问题，相关机组主要进行变频改造，改造后运行的经济性较改造前有明显提高[14-16]，以安徽铜陵的#2机组成电生产的型号为(AN+X33e6(V13+4°))的引风机为例，为提高设备运行效率，改造后节能效果明显，引风机单耗由0.78%降至0.63%，日均节约电量15 000 kW·h，大概4年收回投产成本；同时改造后调节控制方式由静叶调节改为变频自动调节，此调节方式精度高、平稳，电机启动冲击电流小[18]。对于变频后的引风机，还应进行优化调整试验，即进行变频器电机转速与叶片开度之间的配合，这样可提高设备的运行效率，降低厂用电率[19]。

当前由于新污染物排放标准的实施，各火力发电机组需要增加脱硝装置，导致部分机组需要进行引风机的改造，因此，脱硫增压风机和引风机二合一的改造成为一种趋势，以黑龙江双鸭山型号为AN37E6的引风机为例[20]，进行二合一改造，在75%BMCR负荷下，引风机电耗约只有原增压风机和引风机电耗之和的76%，节能效果显著。

3 结论

(1)600 MW机组引风机选型存在偏大、电机与风机不匹配的问题;

(2)建议600 MW机组引风机的流量裕度可控制在10%～15%范围内，并考虑一定的温度裕量;

(3)对于600 MW机组，静叶可调轴流引风机的匹配电机容量可控制在2 800 kW以内;

(4)建议对选型裕量较大，机组负荷率较低的引风机进行变频改造，可提高其经济性；变频后的设备应进行变频转速与叶片开度的优化试验；此外，对于因脱硝改造导致引风机出力不足的机组，可考虑进行引增合一改造。

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TheLectotypeMarginAnalysisandEnergy-savingRetrofitofInducedDraftFanfor600MWUnits

NING Xin-Yu,WANG Shuang-Tong

(Guodian Science and Technology Research Institute, Nanjing 210031,China)

Depending on the full investigation of equipment code and practical operation state of induced draft fan for some 600MW units, the lectotype margin of which were analyzed. The results showed that the lectotype margin of induced draft fan was larger, and the electric motor didn’t match the induced draft fan, which increased the initial investment and influenced the operation efficiency and power consumption. And it was suggested that the rate of flow lectotype margin of induced draft fan be controlled between 10% and 15%, the power of motor for it in the 600MW power plant be in excess of 2800kW. According to the unit’s actual load, frequency conversion retrofit could be considered , when the rate of flow lectotype margin of induced draft fan was larger.

600 MW units；induced draft fan;lectotype margin;energy-saving;retrofit

2013-08-21修订稿日期2013-10-13

宁新宇(1981～)，男，硕士，工程师，研究方向为电厂锅炉主辅机节能技术，锅炉煤粉燃烧和制粉系统优化。

TK223.26

A

1002-6339 (2014) 03-0354-05