600 MW机组超低负荷调峰中三大风机运行稳定性分析

陈晓文， 赵兴春， 黄 成， 郑冠捷， 刘立成， 王 锋

(1. 黄河上游水电开发有限责任公司， 西宁 810000； 2. 西北电力设计院， 西安 710075； 3. 华电江苏能源有限公司句容发电厂， 江苏镇江 212400)

600 MW机组超低负荷调峰中三大风机运行稳定性分析

陈晓文1， 赵兴春2， 黄 成3， 郑冠捷2， 刘立成2， 王 锋2

(1. 黄河上游水电开发有限责任公司， 西宁 810000； 2. 西北电力设计院， 西安 710075； 3. 华电江苏能源有限公司句容发电厂， 江苏镇江 212400)

为了满足机组超低负荷调峰的新要求，以某600 MW机组为基础，对三大风机在15%THA和20%THA负荷下的稳定性进行分析。结果表明：送风机和引风机在各种运行组合条件下，均在稳定区域;当运行2台磨煤机时,一次风机可以稳定运行;当仅投运单台磨煤机时，一次风机运行在失速点附近，存在不稳定性。

火电厂； 超低负荷； 风机； 调峰

随着风电在“三北”地区并网规模的不断扩大，冬季供暖期负荷低谷时段的“弃风”现象越来越严重[1-2]，其主要原因在于这些地区电网中占主体地位的大量热电机组因供热而无法调峰，导致夜间低谷时段系统强迫出力过高，风电上网空间不足[3]。为了缓解此类现象，2016年6月国家能源局发布了《关于下达火电灵活性改造试点项目的通知》，要求部分电厂进行灵活性改造，以满足深度调峰要求。锅炉本体及其辅助设备在超低负荷下的安全稳定性是灵活性改造的关键所在。笔者以某600 MW机组为研究对象，对三大风机在超低负荷下的稳定性进行分析。

1 机组概况

研究风机在超低负荷下的稳定性，主要是分析机组在超低负荷下所需流量和压头与风机特性的匹配性。风机流量主要与煤质条件和锅炉负荷有关；风机压头与烟风制粉系统各个设备均有一定关系。

1.1锅炉

该锅炉为高效超超临界直流炉、单炉膛、一次中间再热、平衡通风、紧身封闭布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构、前后墙对冲燃烧方式，旋流燃烧器、П形燃煤锅炉。

锅炉主要参数见表1。

表1 锅炉主要参数

1.2烟风制粉系统

制粉系统采用中速磨煤机冷一次风机正压直吹式系统设计，每台锅炉配备6台磨煤机。燃烧设计煤时，5台磨煤机运行能满足锅炉最大连续出力时对燃煤量的要求的120%，另外1台备用。

烟风系统采用平衡通风设计，三大风机均采用动叶可调轴流风机，双列布置，其参数见表2。

表2 三大风机参数

2 送风机和一次风机稳定性分析

2.1超低负荷条件下一、二次风量分析

在特定的负荷条件下，进入炉膛总风量大致相同，但一次风率随磨煤机的投运台数有较大变化，在15%THA和20%THA条件下，磨煤机可能投运1台，也可能投运2台。在超低负荷条件下，锅炉稳燃尤为重要，对于单个燃烧器来说，需要获得高煤粉浓度、高氧量、高回吸烟气温度更有利于稳燃，此时单磨煤机运行更有利。但对于锅炉整体来说，双层燃烧器相互扶持更有利于稳燃，且1台磨煤机跳磨时不会造成非停事故。表3为单、双磨煤机运行时的风量计算结果。

表3 超低负荷下为单、双磨煤机运行时风机风量计算结果

2.2超低负荷条件下一、二次风压头分析

2.2.1 送风机压头

送风机需要克服的阻力主要有：风道阻力、暖风器阻力、空气预热器本体阻力、燃烧器阻力等。风道和暖风器的阻力与流量平方成正比，但燃烧器在低负荷工况会相应减少其投运数量，且燃烧器必须保证一定的射流速度，所以其阻力变化不大。空气预热器本身阻力与风量平方成正比，但由于空气预热器低负荷易堵灰，堵灰后阻力会大幅上升，由于目前超低负荷工况下空气预热器吹灰压差设定值与正常工况一样，所以在超低负荷工况下，空气预热器阻力也有达到满负荷工况阻力的可能性。

在超低负荷下烟风系统单列运行也是有可能的，烟风系统单列运行对阻力也有直接影响。具体阻力分析数据见表4。

表4 送风机超低负荷阻力分析数据 Pa

2.2.2 一次风机压头

一次风机需要克服的阻力主要有：风道阻力、暖风器阻力、空气预热器本体阻力、燃烧器阻力、送粉管道阻力、磨煤机阻力等。一次风道母管、暖风器、燃烧器、空气预热器阻力在低负荷情况与第2.2.1节中描述的送风机侧阻力变化原理相同，不再重复描述。

至磨煤机的一次风支管、送粉管道阻力与磨煤机投运台数及粉量、风量有关。磨煤机本体阻力与负荷没有直接比例关系。磨煤机阻力与负荷关系曲线见图1[4]。一次风机超低负荷下具体阻力分析数据见表5。

1—通风量随出力变化；2—30%挡板开度下的阻力变化。

表5 一次风机超低负荷阻力分析数据 Pa

2.3超低负荷条件下送、一次风机稳定性分析

风机的稳定性主要取决于运行点所需的风量和压头与风机本身特性的匹配性，具体表现为运行点是否在风机性能曲线的稳定区域内。

风机性能曲线上以比功Y来表征压头。

(1)

经过流量和压头折算，超低负荷点在风机特性曲线上的位置见图2。

图2 超低负荷点在风机特性曲线上的位置

从图2可见：15%THA和20%THA工况下，不管单、双磨煤机运行还是风机单双列运行，送风机均可运行在稳定区域，可以安全运行。

单磨煤机运行时，由于磨煤机本体和送粉管道阻力过大，导致运行点在失速点附近，最大阻力点均已经在失速区域，运行不安全，实际运行时应避免该工况出现；但双磨煤机运行时，一次风机均可运行在稳定区域，所以运行是稳定的。

3 引风机稳定性分析

3.1超低负荷条件下引风机风量分析

引风机风量仅与负荷及煤质条件有关，低温省煤器投运会影响风机体积流量，经过核算，超低负荷下引风机风量见表6。

表6 超低负荷下引风机风量分析

3.2超低负荷条件下引风机风压头分析

引风机需要克服的阻力主要有：烟道阻力、脱硝岛阻力、空气预热器本体阻力、除尘器阻力、低温省煤器阻力、脱硫岛阻力等。

烟道、除尘器阻力与流量平方成正比；低温省煤器阻力、空气预热器、脱硝岛存在堵灰情况，因此其低负荷最大阻力取BMCR工况阻力；锅炉本体对流受热面也会积灰，但其积灰引起的阻力变化要比脱硝岛和空气预热器积灰引起的阻力变化小得多，因此忽略不计。

脱硫塔阻力主要是由于喷淋层造成的，脱硫系统阻力跟喷淋层的投入数量有直接关系，研究工程采用石膏湿法双塔双循环脱硫装置，共5层喷淋。为了确保环保指标，在超低负荷工况下一般投运2层喷淋层，所以低负荷工况下脱硫阻力按0.4倍BMCR工况下阻力计算。具体阻力分析数据见表7。

表7 引风机超低负荷阻力分析数据表 Pa

3.3超低负荷条件下引风机稳定性分析

经过流量和压头折算，超低负荷点在引风机特性曲线上的位置见图3。

图3 超低负荷点在引风机特性曲线上的位置

从图3可见：15%THA和20%THA工况下，风机单、双列运行，低温省煤器投运或解列工况，引风机工况点均在稳定区域，可以安全稳定运行。

4 结语

(1) 600 MW机组动叶可调轴流式送风机在15%THA、20%THA工况下，单列运行、双列运行均在稳定区域，可以安全运行。

(2) 600 MW机组动叶可调轴流式一次风机在15%THA、20%THA工况下，当2台磨煤机运行时，风机可安全运行；当单台磨煤机运行时，风机单列、双列运行均在失速点附近，运行不安全，建议在超低负荷时避免该组合出现。

(3) 600 MW机组动叶可调轴流式引风机在15%THA、20%THA工况下，单列运行、双列运行均在稳定区域，可以安全运行；低温省煤器是否投运对超低负荷下引风机稳定性影响不大。

[1] 国家电力监管委员会. 风电、光伏发电情况监管报告[R]. 北京: 国家电力监管委员, 2011.

[2] 国家电力监管委员会. 重点区域风电消纳监管报告[R]. 北京: 国家电力监管委员会, 2012.

[3] 朱凌志, 陈宁, 韩华玲. 风电消纳关键问题及应对措施分析[J]. 电力系统自动化, 2011, 35(22): 29-34.

[4] 中国电力企业联合会. 火力发电厂制粉系统设计计算技术规定: DL/T 5145—2012[S]. 北京: 中国电力出版社, 2012.

AnalysisonOperationStabilityofPA,FDandIDFanduringPeak-shavingUltra-lowLoadOperationofa600MWUnit

Chen Xiaowen1, Zhao Xingchun2, Huang Cheng3, Zheng Guanjie2, Liu Lichen2, Wang Feng2

(1. Huanghe Hydropower Development Co., Ltd., Xining 810000, China; 2. Northwest Electric Power Design Institute Co., Ltd., Xi’an 7100750, China; 3. Jurong Power Plant, Jiangsu Huadian Energy Co., Ltd., Zhenjiang 212400, Jiangsu Province, China)

To satisfy the new requirement of ultra-low load operation during peak-shaving period of a 600 MW unit, an analysis was conducted on the operation stability of its PA, FD and ID fan respectively at 15% THA and 20% THA load. Results show that both the FD and ID fan run in the stable range under different conditions. The PA fan runs stably when two coal mills are put into operation. However, the PA fan works near the stall point when only a single mill is operated, indicating that there exists potential risk of unstable operation of the PA fan.

thermal power plant; ultra-low load; fan; peak shaving

2017-04-27；

2017-05-19

陈晓文(1970—)，男，高级工程师，从事电厂热力系统经济性分析计算、环保节能分析。E-mail: cxwdx1@163.com

TK223.26

A

1671-086X(2017)06-0456-05