李永亭

（廣西電力工業(yè)勘察設(shè)計研究院，廣西 南寧 530023）

1 概 述

電站的鍋爐輔機包括了磨煤機、三大風機（一次風機、送風機、引風機）、空壓機等設(shè)備，這些設(shè)備的功率通常在幾百至上千千瓦，是電廠的用電大戶。以國內(nèi)300MW等級機組為例，鍋爐輔機（包括脫硫脫硝設(shè)備在內(nèi)）的廠用電占全廠所有主輔機的廠用電達70%以上?？梢?，選型的合理與否，直接關(guān)系到電廠能否穩(wěn)定高效地運行。在實地調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)某些電廠鍋爐輔機選型偏小，導致備用設(shè)備（如中速磨煤機）長期運行，使備用設(shè)備為常用設(shè)備，嚴重影響整個機組的運行安全，而更多的情況是過分考慮裕量而致設(shè)備選型過大，設(shè)備長期不在最佳效率區(qū)間運行，廠用電量居高不下，電能的浪費極其嚴重。因此，必須高度重視輔機選型的重要性，從設(shè)計源頭上杜絕不合理的選型?，F(xiàn)結(jié)合某300MW等級機組的設(shè)計方案（以下簡稱“該工程”），詳細討論輔機的選型方法及優(yōu)化措施和節(jié)能效果。

2 風機的選型優(yōu)化

該工程地處南方缺煤省份，水力發(fā)電所占比例較大，在枯水期，由火電機組承擔基本負荷，尚能夠保證穩(wěn)定滿發(fā)?？紤]到今后可能出現(xiàn)的燃煤煤種的變化，設(shè)備運行老化及電網(wǎng)周波變動等因素，風機設(shè)計點還是按照《火力發(fā)電廠設(shè)計技術(shù)規(guī)程》之規(guī)定，所有鍋爐風機的設(shè)計點參數(shù)（風壓、風量）是在鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量（BMCR）工況的基礎(chǔ)上，再乘以相關(guān)參數(shù)裕量（需考慮溫度裕量）后確定。

2.1 一次風機

根據(jù)風機運行工況及經(jīng)驗總結(jié)，采用離心式一次風機為該等級機組的最佳選擇。風機選型主要考慮兩個方面的優(yōu)化。一是風壓的優(yōu)化，二是調(diào)節(jié)方式的優(yōu)化。

（1）風壓優(yōu)化

風機及其電動機選型主要依據(jù)式（1）進行計算：

式（1）中：k——電動機安全系數(shù)；

Q—— 夏季風量，m3／h；

P——風機壓頭，MPa；

ηF——風機效率；

ηTM——電動機機械效率。

由式（1）可知，在風機及電動機的型式確定的情況下，風機電機的功率只取決于風量和風壓。一般情況下，風機風量幾乎沒有優(yōu)化的空間，選型優(yōu)化還應(yīng)從風壓的優(yōu)化上考慮。

該工程采用正壓直吹式制粉系統(tǒng)。根據(jù)《火力發(fā)電廠設(shè)計技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定，壓頭裕量宜為30%。

傳統(tǒng)一次風機選型時，選型壓頭就是設(shè)備、管道、風門等阻力之和再乘上裕量系數(shù)。其中設(shè)備阻力主要包括了消音器、暖風器、空預(yù)器、磨煤機和燃燒器等，設(shè)備阻力占了總阻力大部，通常都超過50%。設(shè)備制造廠提供的阻力值均為保證值，是該設(shè)備在各種負荷工況下的最大值，在設(shè)計制造時已經(jīng)考慮了裕量。如果按照以往常規(guī)的計算方法，該部分阻力將被包含在總阻力之中而被重復考慮，從而導致壓頭選擇過高。因此，該工程計算一次風機壓頭時，設(shè)備阻力部分不再乘裕量，裕量僅考慮管道風門等的阻力。

在風量相同的情況下，按照2種不同的計算方法，風機選型的計算對比表，見表1所示。

表1 一次風機選型計算對比表

由表1可見，風機的壓頭按照新計算方法優(yōu)化后，電機功率將減小約200kW。新的計算方法可節(jié)省的年廠用電費用，見表2所示。

表2 2種壓頭計算方法年廠用電費用對比表

由表1可見，僅壓頭計算優(yōu)化一項，對于每臺爐有2臺風機，不僅可以減少風機設(shè)備（包括配套變頻器）投資額至少為70萬元，還可減少年廠用電費用：

每年節(jié)約廠用電費＝231.96－184.1＝47.86（萬元）

（2）調(diào)節(jié)方式的優(yōu)化

在確定風機設(shè)計容量后，除保證主機的額定出力外，還必須考慮在各工況下運行的經(jīng)濟性。在豐水期，火力機組可能長期處于低負荷運行，為確保低負荷時風機也能有較高的效率，風機調(diào)節(jié)方式的優(yōu)化就顯得非常必要。

一次風機的傳統(tǒng)調(diào)節(jié)方式是在風門口加入導流器進行調(diào)節(jié)，這種節(jié)流調(diào)節(jié)方式的能量損耗大、效率低。變頻調(diào)節(jié)通過變轉(zhuǎn)速來改變風機的性能曲線，變轉(zhuǎn)速后的性能變化可通過比例定律求出。風機轉(zhuǎn)速和頻率的一次方成正比；風機的風量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比；風壓與轉(zhuǎn)速的二次方成正比；軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。離心式風機配變頻調(diào)速裝置后，提升了低負荷時的運行效率，甚至優(yōu)于同等級動葉可調(diào)風機的效率，根據(jù)以往工程中的經(jīng)驗，采用變頻調(diào)速可節(jié)能30%左右。

在風機電機軸功率均為806kW的情況下，根據(jù)廠用電對比計算后可以得出：離心式一次風機采用變頻器后，年運行費用相比常規(guī)調(diào)節(jié)方式可節(jié)省運行費用約52萬元。根據(jù)變頻器的市場價格，每千瓦約為1100元，估算該工程每臺爐的2臺離心式一次風機變頻器的價格約為187萬元，則變頻器的投資回收期約為3.59年。

配備離心式一次風機變頻器加大了初期投資，但是于節(jié)電效果明顯，不到4年即可回收全部成本，在經(jīng)濟上是很合算的。

2.2 送風機

送風機的工作特點是風量大、風壓低。選擇離心式或者靜葉可調(diào)軸流式，相比動葉可調(diào)軸流式風機在低負荷時的效率更低，風機體積大。因此，該工程送風機采用2×50%容量的動葉可調(diào)式軸流風機，雙列布置。送風機壓頭優(yōu)化原則與一次風機相同，壓頭不包括消音器、暖風器、空預(yù)器、燃燒器等設(shè)備的裕量。

在風量相同的情況下，按照2種不同的計算方法，風機的主要參數(shù)對比，見表3所示。

表3 送風機選型計算對比表

由表3可知，風機的壓頭按照新計算方法優(yōu)化后，電機功率將減小。根據(jù)一次風機廠用電的對比計算方法，僅優(yōu)化壓頭一項，對于每臺爐有2臺送風機，不僅可以減少設(shè)備投資約20萬元，還可減少年廠用電費用16.88萬元。

2.3 引風機

該工程同步安裝脫硫裝置，且不設(shè)置脫硫增壓風機，脫硫島阻力由引風機來克服。引風機壓頭約9kPa，該等級靜葉可調(diào)軸流式風機的制造較困難，不考慮選用。采用離心式風機加變頻的方案雖然可行，但當機組負荷太低時（約小于50%BMCR工況），鍋爐壓降相比風量變化來說下降較慢，與變頻后的風機等效率曲線不相適應(yīng)，靠變頻器調(diào)節(jié)得到的風機壓頭不能滿足爐膛燃燒的要求。此外，引風機的功率超過3000kW，變頻器的初期投資太大，即使機組長期低負荷運行，回收年限也較長。再加上離心風機體積巨大，運輸、安裝、檢修都有困難，不建議選用。

該工程采用2×50%容量的動葉可調(diào)軸流式引風機。壓頭選擇原則與一次風機相同，壓頭裕量不包括鍋爐本體、空預(yù)器、除塵器、脫硫島內(nèi)的設(shè)備。其中脫硫島內(nèi)管道阻力與外部管道阻力應(yīng)分別考慮，管道阻力需考慮裕量，設(shè)備阻力部分則不需要考慮。

在風量相同的情況下，按照2種不同的計算方法，風機的主要參數(shù)對比，見表4所示。

表4 引風機選型計算對比表

由表4可知，風機的壓頭按照新計算方法優(yōu)化后，電機功率將減少500kW。根據(jù)與一次風機廠用電的對比計算方法，僅優(yōu)化壓頭一項，對于每臺爐有2臺風機，不僅可以減少送風機設(shè)備投資約50萬元，還可減少年廠用電費用約120萬元。

3 磨煤機

該工程的燃煤主要是貴州安順、貴陽和六枝的無煙煤和貧瘦煤。根據(jù)《火力發(fā)電廠設(shè)計技術(shù)規(guī)程》、《火力發(fā)電廠制粉系統(tǒng)設(shè)計計算技術(shù)規(guī)定》等相關(guān)條文，可以采用中速磨煤機直吹式燃燒系統(tǒng)或雙進雙出鋼球磨煤機直吹式燃燒系統(tǒng)。

選擇磨煤機型式時，要綜合煤種、原煤水分、揮發(fā)分、原煤可磨性系數(shù)及磨損指數(shù)等因素。對該工程所用的煤質(zhì)進行分析：

（1）該工程設(shè)計煤種及校核煤種的哈氏可磨系數(shù)較低，屬于難磨等級煤種。

（2）設(shè)計煤種及校核煤種的水分含量較少，但在雨季時，原煤收到基水分會大大增加。雙進雙出磨煤機設(shè)置了旁路風，一次風由煤機兩側(cè)進入煤機，在磨制前，能與原煤充分接觸，其干燥能力遠大于中速磨煤機，據(jù)有關(guān)資料介紹，能磨制水分高達30%的煤種，而中速磨僅能磨制水分不超過18%的煤種，原煤水分大幅增加會導致磨煤機的干燥出力不足。

（3）相比于設(shè)計煤質(zhì)，校核煤的揮發(fā)分降低，此時要求煤粉細度增大。雙進雙出磨煤機對煤粉細度的敏感程度不如中速磨煤機。在負荷降低時，中速磨煤機的煤粉細度會變小，而雙進雙出磨煤機的煤粉基本能保持均勻，對不投油穩(wěn)燃有利；揮發(fā)分降低還會對煤粉著火不利，根據(jù)雙進雙出磨煤機的特點，可以適當增加風粉混合物溫度以改善著火性能，而中速磨煤機不具備這個特性。煤質(zhì)的大幅度波動，會對中速磨煤機的出力帶來較大影響，有時候甚至為了保證出力而不得不犧牲煤粉細度，導致飛灰可燃物含量大幅度增高。

（4）該工程煤源地的小煤礦眾多，小煤礦的原煤中混雜煤矸石的可能性較大，所帶雜質(zhì)（三塊）較多。當電廠用小煤礦的煤進行摻混時，如采用中速磨煤機系統(tǒng)，中速磨煤機的出力將下降，石子煤量將會大幅度增加，維護工作量增大，甚至會影響設(shè)備正常運行。雙進雙出磨煤機沒有石子煤的問題，即使有煤矸石、鐵塊、石塊也能正常運行。

通過分析可以得出結(jié)論，雖然2種制粉系統(tǒng)均可適應(yīng)于該工程，但由于煤質(zhì)存在變化因素較多，選用煤質(zhì)適應(yīng)性更強的雙進雙出磨煤機，在運行可靠性方面要優(yōu)于中速磨煤機。因此，通過選型計算后，該工程磨煤機采用BBD4062型雙進雙出鋼球磨煤機，煤質(zhì)及磨煤機選型數(shù)據(jù)見表5所示。

表5 煤質(zhì)及磨煤機選型數(shù)據(jù)表（BMCR）

4 其它優(yōu)化

4.1 空氣預(yù)熱器優(yōu)化

空氣預(yù)熱器作為鍋爐的重要設(shè)備，其漏風率對煙風系統(tǒng)的風量影響很大，是個很重要的指標。隨著新穎密封技術(shù)的不斷采用，空預(yù)器的漏風情況也有望得到改善，可選擇漏風率更小的空預(yù)器設(shè)備，進一步優(yōu)化該設(shè)備的性價比。

該工程選用漏風率較小的空預(yù)器，一次風機及引風機的選型參數(shù)均有一定幅度的降低。具體參數(shù)對比，見表6所示。

表6 空預(yù)器漏風優(yōu)化對比表

采用新穎密封技術(shù)的空預(yù)器后，可對漏風率數(shù)據(jù)進行優(yōu)化，一次風機及引風機電機功率減少較為明顯，經(jīng)過相同的節(jié)能計算方法可得出，一次風機每年可節(jié)省廠用電費用約8.12萬元。引風機每年可節(jié)省廠用電費用約7.2萬元。

4.2 空氣壓縮機

電廠中使用壓縮空氣的用氣點較多，用氣時間及用氣量也各不相同。盡管在壓縮空氣系統(tǒng)中有穩(wěn)壓罐，也往往因用氣量突增，造成部分空壓機頻繁啟動，不僅增加廠用電，而且會加速設(shè)備老化。為了解決這個問題，可以采用集中供氣，部分空壓機采用變頻或者最新的變?nèi)萋輻U式空壓機技術(shù)等。其中變?nèi)菁夹g(shù)是通過機械方式改變螺桿轉(zhuǎn)子壓力腔體的容積，從而達到調(diào)節(jié)空壓機出力的目的，此方法比變頻法響應(yīng)更迅速，而且更省電，但該設(shè)備的價格稍貴。

該工程集中設(shè)置壓縮空氣的配氣中心，將機務(wù)與除灰空壓機集中布置在一起，7臺空壓機通過母管連接，共用備用空壓機，可以減少空壓機的配備數(shù)量。同時設(shè)置2臺變?nèi)菘諌簷C，保證在用氣量大幅波動的情況下，也不會出現(xiàn)備用空壓機頻繁起停，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

5 結(jié) 語

通過該工程的實例設(shè)計，在以后的設(shè)計選型時，首先要理解相關(guān)設(shè)計規(guī)程及計算方法，其次要充分收集并了解國內(nèi)相關(guān)已運行機組的運行情況和輔機選型方面的經(jīng)驗教訓。在此基礎(chǔ)上，只要合理的減少不必要的選型裕量，大膽采用已經(jīng)證明可行的新技術(shù)，就能較明顯的降低輔機的采購成本，同時減少了廠內(nèi)用電量，由此帶來的節(jié)能減排效益是相當可觀的，這種計算思路對輔機設(shè)備的選型，有一定的參考借鑒價值。

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