1 000 MW机组降低风机电耗率的有效运行措施

张树利

（徐州华润电力有限公司，江苏 徐州 221142）

1 000 MW机组降低风机电耗率的有效运行措施

张树利

（徐州华润电力有限公司，江苏 徐州 221142）

从理论层面对影响风机电流的因素进行分析，针对可控因素从实际运行方式角度提出1 000 MW机组降低风机电流的有效运行措施，对低氮燃烧器超超临界锅炉有一定的指导意义，也对其它型式燃烧器的炉型具有参考价值。

1 000 MW；电耗率；运行措施；风箱差压

火力发电厂既是电能生产企业，也是电能高耗企业，对辅机进行节能改造和优化运行是降低厂用电率的有效途径。发电企业中，风机是最庞大、最重要的辅机设备，风机的经济运行对发电企业的节能工作影响很大[1]，风机是否节能运行对降低厂用电率具有举足轻重的作用。

1 设备概况

某公司2×1 000 MW锅炉为单炉膛、平衡通风、固态排渣、切圆燃烧、全钢架悬吊结构、露天布置、超超临界塔式直流炉，采用低 NOX摆动式四角切圆燃烧技术。燃烧系统共设置12层煤粉喷嘴（每台磨煤机对应2层煤粉燃烧器）、1层紧凑燃烬风、6层可水平摆动的分离燃烬风、12层预置水平偏角的辅助风喷嘴、12层周界风、6层燃油二次风。燃烧器风箱分成独立的上、中、下 3组。风烟系统、燃烧器系统、制粉系统中的风门均为蝶阀。空预器型式为三分仓容克式，为了减少空气预热器热端的漏风，该容克式空气预热器设有漏风控制系统。送风机、增压风机和一次风机为动叶可调轴流式风机，引风机为静叶可调轴流式风机，风烟系统结构如图1所示。

图1 风烟系统结构示意

2 影响风机电流的因素

风机电流I的计算公式[2]为：

式中：N为风机功率；U为风机电压；cosφ为电动机功率因数；ηe为电动机效率。

风机所需功率N的计算公式为：

式中：Q为风机流量；p为风机的全风压；η为风机效率。

把式（2）代入式（1）即可得风机电流大小的计算公式：

对于已投产的风机，结合式（3）不难看出：电机效率、电机功率因数并非可调整的量，由于厂用母线电压也较稳定，因此风机电流的大小主要取决于风机全压、风机流量和风机效率。

2.1 风机全压的影响

风机在管路系统中工作时，其产生的全压等于管路系统的总阻力。风机运行稳定的必要充分条件为风机产生的能量等于风道装置所需要的能量。其阻力曲线随风道的截面积、长度、形状，层风门挡板开度，燃烧器喷口截面积，二次风门挡板开度等参数的改变而变化[3]。

如图2所示，动叶可调轴流式风机的稳定工作点在A点，对于同一流量qA的情况，如果风道阻力往工作点B方向变化，则风机压头降低，动叶关小，轴功率下降，风机电流降低；如果风道阻力往工作点E方向变化，则风机压头升高，动叶开大，风机电流增大。由上述分析可知：风机稳定运行时，风道阻力的大小决定风机能否稳定运行，也对风机全压的大小起到决定作用。在同一流量下，全压越高，风机电流越大。

图2 动叶可调轴流式风机性能曲线

风道阻力越大则能量损失越大，风机的全压就越高。风烟系统的风道中存在的能量损失包括：风烟流体在风道中的能量损失和锅炉本体、磨煤机、脱硝系统、空预器、除尘器、脱硫系统等设备中的能量损失。

流体在通道中的能量损失分为以下两大类：

（1）沿程能量损失。在同样的条件下，风道越长，损失的能量越大。风、烟和风粉管路中的沿程损失包括风、烟和风粉风道阻力，对于已经投运的机组，该项损失可优化的空间较小。

（2）局部能量损失。风烟系统中弯头、阀门、风道截面等突变点越多，局部能量损失越大。其中阀门处的能量损失可在运行中通过调整阀门开度而降低，该损失是本文讨论的重点内容之一。蝶阀的开度与局部损失系数ξ的关系见表1。

表1 蝶阀局部损失系数表[4]

由上述分析可得出影响风机全压的因素有：二次风门节流阻力、磨煤机冷/热风门节流阻力、磨煤机通风阻力、脱硝系统阻力、空预器阻力、脱硫系统阻力、风道弯头数量、风道长度、风道内壁粗糙程度等。

2.2 风机风量的影响

机组正常运行时，影响送风机、引风机、增压风机、一次风机风量的因素主要包括：

（1）一次风量。每台磨煤机的风量必须满足煤粉正常输送、为煤粉着火初期提供合适的氧量以及燃烧器安全运行的要求[5]。在确保磨煤机内部携带足够煤粉和干燥风量，如一次风率较高时，可对磨煤机通风量进行优化。

（2）二次风量。二次风量的大小由锅炉燃烧需要的氧量、空预器漏风量和二次风道外漏量决定。氧量设定值偏小或偏大都不利于机组经济性,在同一负荷下,存在1个使各项损失之和达到最小的氧量值，即最优氧量[6]。为进一步降低二次风量，还应设法减少二次风在空预器中的漏风量和二次风外漏点。

（3）烟气量。除降低空预器的漏风量外，还应降低炉膛漏风量，以降低引风机电耗。

2.3 其它因素的影响

风机电流除受风机全压和风量影响外，还受风机效率、电机效率、电机工作电压、电机功率因数等影响。

3 对策及成效

对风机电流的影响因素分析及对风机全压和风量进行研究和试验，有助于制定降低风机电耗率的有效运行措施。

3.1 降低风机全压的措施

（1）降低送风机出口压力。由图1可知，锅炉二次风沿途经过空预器前风道、空预器、空预器后风道后，进入锅炉两侧的大风箱，再经过各类辅助风门调节后进入炉膛组织燃烧。风箱与炉膛的二次风门系统如图3所示，机组在正常运行时，二次风门开度为25%～35%，风箱差压一般控制在1.5～2.3 kPa。风箱差压是利用二次风门进行节流控制的结果，可使二次风系统阻力增大、送风机出口压力升高、风机动叶开度增大、风机电流升高；空预器二次风侧和烟气侧差压增大，漏入烟气侧的二次风量增加。可见，二次风能量损失较大的原因是局部能量损失、空预器漏风损失及沿程能量损失。因此，有必要研究降低风箱差压的可行性。

图3 风箱与炉膛间的二次风门系统示意

体积流量公式为：

式中：qv为体积流量；A为流通截面积；v为截面内流体的平均速度。

由式（4）可知，如果所有二次风门不节流和体积流量不变（即锅炉二次风量不变），由于流经的总面积不变（二次风喷口截面积），则各二次风喷口处的流速v也不变，即：如果将各二次风门的开度同步开大，则二次风喷口处的风速变化不大。所以，在保持总风量不变的情况下，同步开大二次风门开度，对二次风喷口处的风量和风速影响较小。

在降低风箱差压前要充分考虑以下关系安全运行的关键问题：低负荷阶段（风箱差压较小）炉膛冒正压时，进入炉膛的风量是否会太低以及炉膛中的火焰是否会倒回风箱。

表2为某日6号炉炉膛负压扰动前后的部分参数，可以看出：当炉膛为负压时，总风量增加、送风机出口压力降低、动叶开度关小、风机电流降低，风箱差压也降低至零甚至更低（已超出压力变送器量程），但一定高于炉膛内的压力，所以炉膛内的热风不会倒流至风道中，且总风量不会降低。当炉膛出现正压时，总风量基本没变、送风机出口压力升高（风机全压升高）、动叶开度开大、风机电流升高，风箱与炉膛内部的压力差为235 Pa，风箱中的风仍能在该差压下顺利进入炉膛，所以炉膛内的热风不会倒流至风道中，且总风量不会降低。

分析炉膛负压的波动情况对总风量的影响，进行降低风箱差压的试验和停炉后检查燃烧器喷口，对风箱差压控制曲线（手动控制目标）进行优化后的测试结果如表3所示。

表2 炉膛负压扰动前后部分参数对比

表3 优化前后的风箱差压

（2）降低一次风母管压力。机组正常运行时，一次风母管压力一直偏高，磨煤机组热风门开度较小（运行磨煤机组的热风门平均开度不到40%），导致热风调门处局部损失增加。在保证不影响磨煤机出力的情况下，对一次风母管压力曲线进行优化，测试结果如表4所示。

表4 优化前后的一次风母管压力

（3）降低磨煤机通风阻力。在磨煤机运行过程中，加强对磨煤机电流、进出口差压、出口温度、出口风粉管压力等参数的监视。

（4）降低空预器阻力。空预器阻力的降低，对降低送风机、引风机和一次风机的通道阻力都有积极意义。具体操作中可根据空预器烟气侧进出口差压，及时调整空预器吹灰频次和蒸汽参数，并充分利用配风的调节手段降低NOX的生成量，切忌一味靠增大喷氨量来满足环保要求，防止空预器堵塞。此外，还可利用停机机会及时对空预器进行冲洗，以彻底清除蓄热元件上附着的硫酸氢铵和灰粒。

（5）降低SCR（选择性催化还原法脱硝）区域的阻力。SCR区域的阻力大小直接影响引风机的通道阻力，进而影响引风机的电耗。将SCR吹灰纳入定期工作内容，严格按照SCR吹灰蒸汽参数要求进行吹灰。

（6）降低脱硫系统阻力。密切监视脱硫浆液池液位和密度、除雾器差压等参数，降低引风机的通道阻力，以降低引风机的电耗。

3.2 降低风机流量的措施

（1）降低磨煤机通风量。在保证磨煤机组差压不升高、电流不增大、出口温度不降低、出口压力不低于2 500 Pa的前提下，每台磨煤机组均进行了最小通风量试验，得出不同磨煤机组、不同煤量对应的最小通风量，具体见表5。煤的发热量较低或可磨系数较低会导致煤耗增加，需要较大的一次风机裕量[7]，因此除了运行优化外，还应选择优质燃煤。

（2）优化炉膛氧量。试验期间，对飞灰含碳量进行测量，发现氧量优化后含碳量并未增大。因此优化炉膛氧量，优化前后的氧量见表6。

表5 优化前后的磨煤机通风量

表6 优化前后的炉膛氧量

（3）减小空预器漏风。在降低一次风机和送风机全压的同时，也降低了一次风、二次风与烟气侧的差压，降低空预器漏风量。另外，防止空预器堵灰也是降低空气侧与烟气侧差压的有效办法。调整空预器扇形板密封自动跟踪时间，由原来的24 h调整为12 h，正常运行中要密切监视空预器密封装置的运行情况，有密封板故障报警时及时处理。

3.3 节能效果

（1）送风机及一次风机出口压力的降低可有效降低空预器漏风率。

过量空气系数计算公式[8]：

漏风率AL和过量空气系数的换算关系式[9]：

式中：α″，α′分别为烟道进、出口烟气过量空气系数。

某1 000 MW机组在满负荷期间进行一次风压、二次风压与空预器漏风关系试验。试验前，51号空预器烟气侧进/出口氧量为2.54%/5.68%，由公式（5）可计算得出对应的进/出口过量空气系数α为1.137%/1.371%；52号空预器烟气侧进/出口氧量为2.74%/4.8%，对应的进/出口过量空气系数为1.15%/1.296%。将一次风压由13.9 kPa降低至10.6 kPa，二次风压由2.2 kPa降低至1.3 kPa。30 min后 51号空预器烟气侧进/出口氧量为2.61%/3.5%，对应的进/出口过量空气系数为1.142%/1.2%；52号空预器烟气侧进/出口氧量为2.83%/3.3%，对应的进/出口过量空气系数为1.156%/1.186%。

将51号和52号空预器进出口的过量空气系数代入公式（6）可算出51号空预器试验前后空预器漏风率由18.4%降低至4.9%，52号空预器试验前后空预器漏风率由11.4%降低至2.85%，可见降低一次、二次风压力也有利于降低空预器的漏风率，试验数据如表7所示。

表7 空预器漏风率试验数据

（2）有效降低六大风机电流。

二次风箱差压、一次风机母管压力、磨煤机通风量、氧量优化前后运行工况的对比试验表明，上述降低风机电流措施的效果明显，详见表8。

从表8不难看出：风机电流较优化前明显降低，5号机组2台送风机电流降低108 A，2台引风机电流降低52 A，2台一次风机电流降低38 A，风机电流共降低198 A，单台机组每年的节电量约为1 423.2118万kWh。

2013年8月，通过逻辑优化和风机、磨煤机组运行参数调整，该公司各风机厂用电率占比明显降低。对比2013年和2012年的同期（以9月份为例）参数，2012年的风机厂用电率为2.1%，2013年下降至1.84%，效果明显。各风机厂用电率的同比数据如表9所示。

表8 试验前后部分参数对比

表9 5号炉风机的厂用电率（以9月份为例）

3.4 其它方法

风机节能措施还包括：优化启停机、低负荷期间的风机运行方式、提高风机效率的引风机和增压风机合并改造、风机变频改造等。

4 结语

通过对风机全压、流量对风机电流的影响分析，某公司采取降低风机电耗措施，使炉侧的风机电耗率大幅度降低。由此可见，无需对风机及系统进行技改，仅通过运行调整手段就能取得明显节能效果。所以，在机组正常运行中要紧盯风机及磨煤机组参数变化，及时进行调整，以保证风机节能运行。

[1]刑希东.燃煤电站锅炉一次风机电流大原因分析[J].风机技术，2011（2）:62-66.

[2]吴必科.电站锅炉引风机电流偏差大的原因分析及对策[J].电站系统工程，2004，20（5）:11-13.

[3]陈云.基于匹配分析的送风机增容改造目标探讨[J].华东电力，2013，41（10）:2187-2190.

[4]孔珑.工程流体力学（第二版）[M].北京：中国电力出版社，1992.

[5]岑可法，周昊，池作和.大型电站锅炉安全及优化运行技术[M].北京：中国电力出版社，2003.

[6]刘吉臻.锅炉经济性分析及最优氧量的确定[J].动力工程，2009，29（3）:245-249.

[7]叶勇健.玉环电厂烟风系统风机参数的设计[J].中国电力，2009，42（1）:54-57.

[8]周强泰.锅炉原理（第二版）[M].北京：中国电力出版社, 2009.

（本文编辑：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

张树利（1984），男，工程师，从事发电厂锅炉运行工作。