火电机组低负荷单侧风机运行研究分析

摘 要：现在，随着电力市场的调整和改革，火电企业的竞争也越发激烈，传统粗放的运营模式已经不能满足火电厂的发展需求。必须不断寻求更加经济的运行方式，保持火电企业的市场竞争力，才能在新的电力市场环境中生存发展。本文针对大型火电厂风烟系统的节能方式进行分析，并着重探讨了长期低负荷工况下采取单侧风机运行的节能策略。

关键词：火电厂；经济运行；风烟系统；单侧风机

随着电力体制改革的不断加深，市场竞争不断加剧，火电厂正在不断探索更加经济的运行方式。而风烟系统是火电厂中电耗最高的辅机系统，引风机是厂内电耗最高的辅机设备，所以降低风机电耗能显著降低整体厂用电耗，对提升机组整体的经济性有明显帮助，值得我们去做深入的探索研究。

一、風烟系统经济性的现状分析

现阶段，大型火电厂普遍采用了动叶可调式风机，机组在变工况运行时，通过调节风机动叶角度来降低风机出力，从而同时起到风量调节和节电的目的；除此之外，有的火电厂采用了风机变频器，通过调节频率来降低风机出力和电耗；也有少数火电厂采用了动叶可调与变频调节相结合的方式进行调节。

1、动叶调节

动叶可调轴流风机在大型火电机组中使用非常多，其调节范围大，调节性能好，而且在变工况运行时还具有较好的节能效果。

但对于引风机来说，其介质为烟气，必须要考虑叶片磨损的问题。若引风机选用动叶调节式轴流风机，将导致其动叶磨损问题突出，而且动叶磨损后的维护成本很高。所以很多大型火电机组的引风机仍采用了静叶调节式轴流风机，而静叶调节在变工况下运行的经济性又不够好。

另外，动叶调节式轴流风机在低负荷运行时，风机效率下降依然明显，节能效果也很有限，尤其是机组需要长期低负荷运行，那么节能效果就不够理想，还有进一步的节能空间。

2、变频调节

若采用变频调节，在变工况运行时改变风机转速，能够改变风机的性能曲线，所以可以使风机在全负荷段都保持高效率运行。近些年很多电厂已经开始采用风机变频调节或进行变频改造，但同时也暴露出一些问题。

例如广东某电厂为了节能对引风机进行变频改造，却在改造后的试验过程中发生了电动机轴断裂事故。事后相关研究单位进行了研究分析，确定其主要原因为转动设备转速进入轴系的固有频率区引起共振现象，导致轴系在短短数天内就发生断裂事故。

为了解决这一问题，必须先测定轴系的固有频率，运行过程中应避开此频率，以免产生共振，其原理类似于锅炉给水调节时给水泵转速必须避开其临界转速区。也就是说变频调节必须限定其变频区间，才能保证其安全性。

例如湖南某电厂引风机改造后采用动叶调节与变频调节相结合的模式，而且限定了变频器的频率下限为38HZ，即运行时优先采取变频调节，当频率降至38HZ时，变频器不再参与降出力调节，而采用关小动叶开度的方式继续降低风机出力。但这样也等于压缩了变频调节的节能空间。另外，高压变频器造价高、自身故障率高也都是不可忽视的问题。

二、机组低负荷单侧风机运行分析

目前有一些电厂在风机的运行方式上也在开展节能探索，最常见的是在机组的启动阶段或低负荷运行时采用单侧风机运行。

虽然单侧风机运行这一节能策略已被提出多年，有些电厂也做了很多探索和实验，却一直无法被采纳和推广，除了技术上的原因以外，与现阶段火电企业的管理思路也有很大关系。但随着电力体制改革的不断加深，市场竞争不断加剧，火电企业管理思路也会不断改变，新的探索和尝试还会继续进行。

1、经济性分析

从理论上来讲，若机组处于50%及以下的低负荷工况，风机出力很低，无论采用何种调节方式，效率都会明显下降，此时采用单侧风机运行，的确可以提高风机效率。但是还必须考虑整个系统的运行方式，比如风道是否发生改变，阻力是否增加，排烟温度是否提高，锅炉整体热效率如何变化等，这都需要具体的实验才能得出结论。

很多电厂已经做过这样的实验，但实验数据得出的结论各异，有的电厂做单侧风机运行实验时，风机节能效果非常明显，而有的电厂实验时，根本不节能甚至还会增加能耗。导致结果不同的原因很多，而且有些实验数据的真实性也让人感到怀疑。比如有的电厂为了美化节能优化的实验成果，可能会擅自修改实验数据，致使节能效果突出；而有的电厂会因保守起见，在整个系统的运行方式没有选择最优方案，导致达不到节能效果。

为了保证数据的真实性，本文不采用节能优化实验报告的数据，现采用某电厂1000MW机组电能日报表的数据作为例案的分析依据。对比送、引风机单侧运行时与同负荷下双侧运行时电能日报表，可以初步分析单侧送、引风机运行对能耗的影响。具体数据如表1所示。

从表1中可以看出，单侧送、引风机运行时，送、引风机的电耗基本不变，而双侧运行的一次风机电耗却增大了近50%。

此次单侧送、引风机运行，是由于该机组B引风机退出检修，没有考虑节能运行，所以退出了B侧的风道和空预器，同时B侧一次风道关闭了热风挡板，A侧一次风道关闭了冷风挡板。

这就等于整个风道都只有半侧运行，在风量相同的情况下，风道里的风速就提高了一倍，根据阻力与速度的平反成正比，可以得知此运行方式下，风道阻力会大大的增加，这就是为什么一次风机电耗会增大近50%。而阻力增大后送、引风机的电耗基本不变，这就能看出风机在高效区运行时节能效果明显。

所以，有些电厂实验结果为单侧风机运行不节能，很可能是运行方式不合理导致，比如只投运单侧风道使风道阻力增加、只投运单侧空预器换热导致排烟温度升高等。只要采用合理的运行方式，单侧风机运行的节能效果一定显而易见。

2、安全可靠性分析

单侧风机运行时，锅炉汽温、受热面壁温等极易产生偏差，时间过长可能造成大面积结焦、传热恶化等严重后果。这主要是因为单侧风机运行时，两侧风道阻力不同，导致锅炉两侧进风量偏差较大，炉膛火焰中心以及烟气流场容易发生偏斜。

其实双侧风机运行时同样也会产生类似问题，我们通过两侧风机的动叶开度进行平衡调整就能够解决。单侧风机运行时，动叶只能调节出力，不能再进行平衡调整，所以要采用其他的调整方法，最简单的就是风道节流，即阻力偏小一侧的风道进行挡板节流调节，将该侧挡板关小直至两侧风量相等，这样就能解决风量的偏差问题了。

最重要的是風机可靠性的问题，若采用单侧风机运行，一旦运行风机跳闸，整台机组就会发生跳闸。但如果风机故障被提前发现，提前启动备用风机就不会有问题。大多数风机故障都是有征兆的，比如轴承振动或温度持续上升，都不是突然发生的，而是经过一段时间才会到达跳闸值，这段时间足够启动备用风机，不会导致事故的扩大。实际上风机毫无征兆直接跳闸的情况是十分少见的。

更大的风险是在风机单、双侧运行的切换操作上。尤其是一次风机的并、退操作，一次风压对制粉系统影响大，保护延时短，稍有疏忽就会造成严重的事故。随着自动控制技术的发展，解决这一问题也不是难题了，可以结合成功的操作经验，设定程控切换的程序，实现自动切换，减小运行人员操作风险，防止因人为操作原因导致事故发生。

3、适用性分析

只有在机组低负荷工况下才能采用单侧风机运行，而且风机出力还要留有必要的余量。由于风机并、退操作风险高，另外大型风机频繁启停会损害设备寿命。所以，对于负荷升降频繁的火电厂不适合采用这种方式节能，变频调节才是更好的选择。

而在四川、云南、广西等水电资源丰富的地区，火电负荷率不高，尤其是在丰水期，机组长期处于低负荷运行，而且负荷曲线稳定。这些地区的火电厂若增加风机变频器，节能效果有限还增加了投资。可以在丰水期低负荷时段采用单侧风机运行的方式，不用增加投资，节能效果还好。

三、结论

1、现阶段火电厂普遍采用的动叶调节、风机变频等节能技术，在机组长期低负荷运行时节能效果有限，还有进一步探索的空间。

2、对于水电资源丰富的地区，火电机组在丰水期长期处于低负荷运行，可以考虑采用单侧风机运行的节能方式，其节能效果明显，又不用增加投资。

3、锅炉长期单侧风机运行所遇到的一系列问题，都能通过相应的办法解决，这一节能策略还值得做更深入的应用实验和研究。

参考文献：

[1] 张磊，张俊杰，葛鸿昌，李英，杜晋峰，秦志文.某型引风机变频改造后电机断轴原因分析[J].华北电力技术，2013（12）：50-52

作者简介：

陈诚（1987-06），性别：男，籍贯：重庆，工作单位：四川神华天明发电有限责任公司，学历：本科，职称：助理工程师，研究方向：火电厂集控运行。