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(國電科學技術研究院，江蘇 南京 210031)

600 MW機組引風機選型裕度探討與節(jié)能改造

寧新宇，王雙童

(國電科學技術研究院，江蘇 南京 210031)

在充分調研部分600 MW機組引風機設備規(guī)范、實際運行狀況的基礎上，分析引風機選型的基本狀況，得出當前引風機存在選型偏大、電機容量與風機容量不匹配等問題，這既增加了機組的初期投資，又影響了設備的運行效率和電耗；通過對比分析，建議引風機選型的流量裕度控制在10%～15%，所匹配的電機功率可控制在2 800 kW以內。此外，對于選型偏大的引風機，可根據機組的實際負荷情況進行變頻改造。

600 MW機組；引風機；選型裕度；節(jié)能；改造

0 前言

施行“上大壓小”政策之后，600 MW容量機組逐漸成為國內電力行業(yè)的主力機組，并且為降低整個火力發(fā)電機組的能耗起到了積極作用[1-2]。當前，對于600 MW容量機組鍋爐運行和改造方面已有很多相關研究[3-6]，但對于輔機選型裕度方面的研究并不多見，彭紅文[7]、肖軍[8]就動葉調節(jié)和靜葉可調軸流引風機的選型進行了經濟性分析；趙國華等[9]就印度工程中因設計理念和邊界條件的差異，對火電廠鍋爐引風機計算選型進行比較、分析，得出印度火力發(fā)電廠工程中鍋爐風機選型偏大的原因；祝文杰等[10]討論了不同類型引風機的效率隨負荷變化的特性，利用年費用最小法得出引風機與增壓風機合并設置時，選用靜葉可調軸流式引風機方案最優(yōu)的結論。

在本文中，選取近年來不同區(qū)域已投產的部分600 MW機組，依據統(tǒng)計數據、設備的選型裕度、實際運行狀況，對設備選型進行了深入分析和研究，得到相關結論，同時分析了有關電廠引風機節(jié)能改造的實際狀況，這些均可為新建機組的設備選型和已投產設備的節(jié)能改造提供相關參考。

1 設備概述

對于選取的部分600 MW容量機組引風機，從統(tǒng)計來看，設備廠家主要包括成都電力機械廠(簡稱成電)、上海鼓風機廠(簡稱上鼓)、ABB公司、Novenco公司等，型式主要為靜葉可調軸流式，部分為動葉可調軸流式，少量為雙吸單速離心式、雙吸雙速離心式，引風機全壓在3 500～6 600 Pa之間，最大流量在400～520 m3/s之間，風機電機電壓基本上為6 kV，少量為10 kV，功率在2 300～6 000 kW之間，具體參數見表1。

2 選型分析與節(jié)能改造

2.1 選型分析

引風機選型偏大將造成電廠初投資增大，運行效率偏低、電耗偏高，所以合理的風機選型有著重要意義。依據《大中型火力發(fā)電廠設計規(guī)范》(2011版)(簡稱《大火規(guī)》)相關規(guī)定，對所選機組的風機進行分析。相關要求見表2。

表2 2011版規(guī)程引風機流量和壓頭裕量基本要求

表1 600 MW機組引風機主要性能參數

根據上述機組的設備狀況，就設備的設計參數與鍋爐BMCR工況下的熱力計算值進行對比，對流量裕度進行分析。從統(tǒng)計結果來看，引風機平均流量裕度為17.07%，其中裕度大于30%的有0臺，主要分布在10%～30%之間，具體數據參見表3、表4。對于壓力裕度，從統(tǒng)計的部分數據來看，其范圍在23.35%～46.11%之間，平均值為33.13%。

根據《大火規(guī)》不低于10%流量裕量設計要求，在統(tǒng)計的32臺機組中，有30臺機組達到設計要求，比例達到93.75%，但部分機組還是存在裕度偏大問題，具體參見下文；依據《大火規(guī)》不低于20%壓力裕量的設計要求，設備選型壓力裕度均達到設計要求。

表3 引風機選型參數與熱力計算值對比

注：“-”表示數據缺乏，下同。

表4 引風機流量裕度分布情況

依據上述統(tǒng)計結果，對引風機的實際運行狀況與設計狀況進行對比。從表5和表6的結果來看，所列舉的引風機滿負荷下運行電流與設計電流的比值范圍為39.24%～74.21%。為進一步分析其實際運行狀況，以流量裕度較小的河北龍山#2機組、河南民權#2機組和江西黃金埠#1機組的引風機為例，這三臺機組引風機的流量裕量分別為16.66%、14.03%、14.45%；在滿負荷下，相應的運行電流與額定值的比值分別為68.50%、58.25%、64.88%，說明設備還具有較大的電流裕度，相應的靜葉開度分別為81.0%、75.0%、88.2%；依據《大火規(guī)》引風機的流量裕度不低于10%，從實際運行來看，流量裕度在10%～15%即可滿足運行要求，廠家可根據實際情況進行選取。當前引風機選型偏大的問題，其原因主要是在最初的設計選型階段，設備廠家和設計單位修正系數疊加的結果。

表5 引風機選型參數與熱力計算值對比

注：“*”表示風機進行了變頻改造。

表6 風機選型流量裕度與匹配電機數據對比

結合表5、表6還可以看出，引風機的電流裕度與流量裕度存在不匹配的問題，如遼寧莊河引風機的流量裕度為22.27%，其滿負荷下實際運行電流與額定值的比值約為72.7%，而河南民權引風機的流量裕度為14.03%，其滿負荷下運行電流與額定值的比值約為58.25%，對比來看，按照風機流量、功率與轉速的對應關系來看，引風機本身容量與所配電機存在不匹配的問題。根據相似原理[11]，對于同一設備，假定工質一致，風機流量(Q)與轉速(n)成正比，功率(P)與轉速(n)的立方成正比，且在電壓(U)一定，功率因素cos(φ)變化不大[12]的情況下，功率(P)與電流(I)成正比，具體如下

Q1/Q2=n1/n2

(1)

P1/P2=(n1/n2)3

(2)

P=(3)1/2·UIcos(φ)

(3)

結合式(1)、式(2)、式(3)，可得

I1=I2·(Q1/Q2)3

(4)

因此對計算的風機電流與額定值進行對比，根據已有數據，對于未進行變頻改造的引風機，從計算結果來看，計算值與設計值比值的平均值為1.09，且大部分機組的比值大于1，說明引風機存在“小馬拉大車”的問題，也印證了前述中的推論。從計算結果來看，只有黑龍江雙鴨山#6機組和江西黃金埠#1機組的引風機容量與電機容量匹配較好，遼寧莊河的匹配最差，這造成初投資的增大，影響設備的運行效率。具體數據參見表7。

表7 計算電機功率對比分析

表8 600 MW機組各風機電耗情況對比(%)

注：“*”表示風機進行了變頻改造。

根據統(tǒng)計數據，當前引風機電機的平均額定功率為3 437 kW，平均流量裕度為17.07%；根據前述的相關推導，以引風機電機容量匹配較好，流量裕度偏差最小的江西黃金埠#1機組為例，依據相似原理，以15%的流量裕度進行估算，結合已有的數據，對于600 MW容量機組，選用靜葉可調引風機時，在風機流量裕度合適的情況下，電機功率可以控制在2 800 kW以內。

根據上述機組近幾年的統(tǒng)計數據[3]，引風機的平均耗電率為0.68%，占全廠的為0.68%，其中山東費縣#1/#2機組和湖北荊門#6/#7機組的引風機耗電率占全廠比例最低，其值為0.52%，湖南益陽#3/#4機組的最高，其值為0.89%。將表6和表8結合起來分析，可以看出耗電率高的風機，其電機本身的額定功率相對也較高。根據前述數據，江西黃金埠引風機的耗電率也相對較低，與進行了變頻改造的湖北荊門相接近，這說明風機合理選型能夠降低耗電率，還說明變頻改造也能夠有效降低耗電率，與相關文獻的結論一致[14-17]。

2.2 節(jié)能改造

對于引風機選型偏大的問題，相關機組主要進行變頻改造，改造后運行的經濟性較改造前有明顯提高[14-16]，以安徽銅陵的#2機組成電生產的型號為(AN+X33e6(V13+4°))的引風機為例，為提高設備運行效率，改造后節(jié)能效果明顯，引風機單耗由0.78%降至0.63%，日均節(jié)約電量15 000 kW·h，大概4年收回投產成本；同時改造后調節(jié)控制方式由靜葉調節(jié)改為變頻自動調節(jié)，此調節(jié)方式精度高、平穩(wěn)，電機啟動沖擊電流小[18]。對于變頻后的引風機，還應進行優(yōu)化調整試驗，即進行變頻器電機轉速與葉片開度之間的配合，這樣可提高設備的運行效率，降低廠用電率[19]。

當前由于新污染物排放標準的實施，各火力發(fā)電機組需要增加脫硝裝置，導致部分機組需要進行引風機的改造，因此，脫硫增壓風機和引風機二合一的改造成為一種趨勢，以黑龍江雙鴨山型號為AN37E6的引風機為例[20]，進行二合一改造，在75%BMCR負荷下，引風機電耗約只有原增壓風機和引風機電耗之和的76%，節(jié)能效果顯著。

3 結論

(1)600 MW機組引風機選型存在偏大、電機與風機不匹配的問題;

(2)建議600 MW機組引風機的流量裕度可控制在10%～15%范圍內，并考慮一定的溫度裕量;

(3)對于600 MW機組，靜葉可調軸流引風機的匹配電機容量可控制在2 800 kW以內;

(4)建議對選型裕量較大，機組負荷率較低的引風機進行變頻改造，可提高其經濟性；變頻后的設備應進行變頻轉速與葉片開度的優(yōu)化試驗；此外，對于因脫硝改造導致引風機出力不足的機組，可考慮進行引增合一改造。

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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修訂稿日期2013-10-13

寧新宇(1981～)，男，碩士，工程師，研究方向為電廠鍋爐主輔機節(jié)能技術，鍋爐煤粉燃燒和制粉系統(tǒng)優(yōu)化。

TK223.26

A

1002-6339 (2014) 03-0354-05