寧新宇，王雙童

（國(guó)電科學(xué)技術(shù)研究院，江蘇 南京 210031）

0 概 述

目前，采用軸流式一次風(fēng)機(jī)已成為600MW超（超）臨界容量機(jī)組一次風(fēng)機(jī)的主要類(lèi)型［1，2］。當(dāng)前對(duì)于一次風(fēng)機(jī)的節(jié)能改造已有一定研究［3－6］，但是對(duì)于一次風(fēng)機(jī)選型方面的研究還不多見(jiàn)［7］，現(xiàn)以近年投產(chǎn)的600MW機(jī)組為研究對(duì)象，對(duì)其一次風(fēng)機(jī)的選型裕度狀況和節(jié)能改造進(jìn)行分析和研究，可為新建機(jī)組的輔機(jī)選型和已投產(chǎn)機(jī)組的節(jié)能降耗提供相關(guān)參考。

1 設(shè)備狀況

所選部分600MW超（超）臨界容量機(jī)組中的軸流式一次風(fēng)機(jī)，均為國(guó)內(nèi)外主要的設(shè)備廠家生產(chǎn)。一次風(fēng)機(jī)的全壓為9 869～19 858Pa，風(fēng)機(jī)最大流量為52.23～138.8m3／s，風(fēng)機(jī)的電機(jī)電壓基本為6 kV，少數(shù)風(fēng)機(jī)的電機(jī)電壓為3kV或10kV，電機(jī)功率在1 150～3 000kW，風(fēng)機(jī)的具體參數(shù)，如表1所示。

表1 600MW超（超）臨界機(jī)組動(dòng)葉可調(diào)軸流式一次風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)

2 選型分析和節(jié)能改造

2.1 選型分析

風(fēng)機(jī)選型偏大將造成電廠的初期投資額增大，同時(shí)，風(fēng)機(jī)將長(zhǎng)期偏離高效率區(qū)域運(yùn)行，風(fēng)機(jī)效率降低，風(fēng)機(jī)的電耗增加。所以，合理選擇風(fēng)機(jī)型式，對(duì)于節(jié)能降耗有著很重要的意義。依據(jù)《大中型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范》（2011版）中對(duì)風(fēng)機(jī)基本流量和基本阻力計(jì)算的原則，按照對(duì)流量裕量和壓頭裕量的規(guī)定，對(duì)所選機(jī)組的風(fēng)機(jī)參數(shù)進(jìn)行分析。有關(guān)風(fēng)機(jī)的基本流量、流量裕量和壓頭裕量的選擇原則，如表2所示。

根據(jù)各機(jī)組風(fēng)機(jī)設(shè)備的狀況，以設(shè)備的設(shè)計(jì)參數(shù)與鍋爐BMCR工況下的熱力計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比，分析一次風(fēng)機(jī)的流量裕度。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析，一次風(fēng)機(jī)選型的流量裕度范圍為41.9%～195.84%，平均值為103.24%（具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表3）。所選設(shè)備中，一次風(fēng)機(jī)流量裕度超過(guò)150%以上有4臺(tái)機(jī)組，占統(tǒng)計(jì)數(shù)量的13.33%；裕度在100%～150%的有11臺(tái)機(jī)組，占統(tǒng)計(jì)數(shù)量的36.67%；裕度在50%～100%的有7臺(tái)機(jī)組，占統(tǒng)計(jì)數(shù)量的23.33%；裕度在30%～50%的有8臺(tái)機(jī)組，占統(tǒng)計(jì)數(shù)量的26.67%，各機(jī)組的具體參數(shù)值，如表3、表4所示。依據(jù)規(guī)范，在所統(tǒng)計(jì)的32臺(tái)設(shè)備中，一次風(fēng)機(jī)普遍存選型偏大的問(wèn)題，其原因是在最初的設(shè)計(jì)選型階段，設(shè)備廠家和設(shè)計(jì)單位的修正系數(shù)相互疊加。

表2 規(guī)程對(duì)一次風(fēng)機(jī)流量和壓頭裕量的要求

對(duì)于壓力裕度，根據(jù)統(tǒng)計(jì)的部分?jǐn)?shù)據(jù)，其范圍在24%～54%，依據(jù)規(guī)范20%～30%的設(shè)計(jì)要求，依據(jù)相似原理［8］，從流量裕度的情況分析，這些設(shè)備的壓力裕度同樣偏大。

表4 一次風(fēng)機(jī)流量裕度分布情況

在對(duì)風(fēng)機(jī)裕度分析的基礎(chǔ)上，對(duì)一次風(fēng)機(jī)在滿(mǎn)負(fù)荷或接近滿(mǎn)負(fù)荷工況下時(shí)的實(shí)際運(yùn)行狀況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，并與設(shè)計(jì)值進(jìn)行了對(duì)比。從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，從一次風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行電流的大小和動(dòng)葉開(kāi)度的情況分析，與設(shè)計(jì)流量裕度的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)存在偏差。

在所選機(jī)組中，以河南民權(quán)1號(hào)、2號(hào)機(jī)組的風(fēng)機(jī)設(shè)備為例，其流量裕量為41.9%，當(dāng)1號(hào)、2號(hào)機(jī)組分別接近其最大出力負(fù)荷時(shí)，共有6臺(tái)磨煤機(jī)投運(yùn)，動(dòng)葉開(kāi)度分別為66.5%和62.0%，電機(jī)電流分別達(dá)到設(shè)計(jì)值的71.0%和66.8%，說(shuō)明2臺(tái)機(jī)組的一次風(fēng)機(jī)均具有一定裕度。對(duì)于600MW機(jī)組，在設(shè)計(jì)煤質(zhì)條件下，滿(mǎn)負(fù)荷時(shí)磨煤機(jī)臺(tái)數(shù)為5用1備。在實(shí)際情況下，由于機(jī)組摻燒經(jīng)濟(jì)煤質(zhì)，經(jīng)常投運(yùn)6臺(tái)磨煤機(jī)，具體運(yùn)行參數(shù)，如表5所示?，F(xiàn)以6臺(tái)磨煤機(jī)滿(mǎn)出力運(yùn)行進(jìn)行考慮，則制粉系統(tǒng)實(shí)際通風(fēng)量較設(shè)計(jì)狀況將增加約20%，依據(jù)規(guī)范中流量裕度推薦值為20%～30%，以及相關(guān)機(jī)組摻燒經(jīng)濟(jì)煤種的實(shí)際運(yùn)行狀況，一次風(fēng)機(jī)流量裕度的上限可放至40%。如果機(jī)組的燃用煤質(zhì)與設(shè)計(jì)燃煤的熱值較為接近，則可按照規(guī)范中推薦值，取30%左右的流量裕度［9］。

同比來(lái)看，安徽銅陵1號(hào)、2號(hào)機(jī)組的一次風(fēng)機(jī)流量裕量最大，其流量裕量為195.84%。當(dāng)2號(hào)機(jī)組接近最大出力時(shí)，在6臺(tái)磨煤機(jī)投運(yùn)的情況下，一次風(fēng)機(jī)的平均動(dòng)葉開(kāi)度為57.5%，風(fēng)機(jī)平均運(yùn)行電流為額定值的67.99%。對(duì)比分析后認(rèn)為，雖然安徽銅陵機(jī)組中風(fēng)機(jī)的流量裕度遠(yuǎn)大于河南民權(quán)機(jī)組中的風(fēng)機(jī)裕度，但在兩組設(shè)備滿(mǎn)負(fù)荷的情況下，實(shí)際運(yùn)行電流與額定值電流的比值相差不大，只是河南民權(quán)機(jī)組的比值相對(duì)高一些，這與兩者的流量裕度相比較很不相符，其原因是由于風(fēng)機(jī)與電機(jī)的功率匹配造成的，即安徽銅陵機(jī)組的一次風(fēng)機(jī)所配備的電機(jī)與設(shè)備本體容量相比明顯偏小。就風(fēng)機(jī)本身的運(yùn)行特性而言，將影響一次風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率和出力。這種影響在設(shè)備裕量較大的情況下不明顯，但是這種配備造成了初期投資的增大。

表5 一次風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行狀況與設(shè)計(jì)值對(duì)比

上述列舉的一次風(fēng)機(jī)均具有較大的電流裕度，其實(shí)際運(yùn)行電流與額定電流的比值在37.68%～75.00%。設(shè)備裕量較大影響了運(yùn)行效率，增加輔機(jī)設(shè)備的電耗量。總體而言，當(dāng)前對(duì)一次風(fēng)機(jī)的選型存在兩個(gè)問(wèn)題，一是與鍋爐的運(yùn)行需求相比較，存在選型偏大的問(wèn)題；二是風(fēng)機(jī)電機(jī)與風(fēng)機(jī)本身容量的匹配存在不相符的問(wèn)題。依據(jù)《大中型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范》（2011版），一次風(fēng)機(jī)的流量裕度應(yīng)控制在20%～30%，但考慮到當(dāng)前大部分機(jī)組均摻燒經(jīng)濟(jì)煤種，如果煤質(zhì)偏差較大，則應(yīng)以6臺(tái)磨煤機(jī)滿(mǎn)出力運(yùn)行考慮，一次風(fēng)機(jī)流量裕度上限可設(shè)置為40%，如果實(shí)際燃用煤質(zhì)與設(shè)計(jì)煤質(zhì)的偏差較小，則一次風(fēng)機(jī)流量裕度可選取在30%左右。實(shí)際選型時(shí)，應(yīng)充分了解廠家設(shè)備的特性，再考慮一定的溫度裕量，就可滿(mǎn)足機(jī)組運(yùn)行的需要，不能只追求較大的設(shè)備裕度，造成初期投資額的增大。

對(duì)于一次風(fēng)機(jī)的電機(jī)選型，根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，當(dāng)前一次風(fēng)機(jī)電機(jī)的平均額定功率為2 104kW，而平均流量裕度已高達(dá)103.24%；依據(jù)上述流量裕度的選型范圍，對(duì)于動(dòng)葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)，在風(fēng)機(jī)流量裕度合適的情況下，將電機(jī)功率控制在2 000kW左右。對(duì)于考慮進(jìn)行經(jīng)濟(jì)煤種摻燒的機(jī)組，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行校核，以選取容量合適的電機(jī)。

表6 600MW機(jī)組各風(fēng)機(jī)電耗情況對(duì)比

根據(jù)近年來(lái)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)［10］，對(duì)部分機(jī)組的一次風(fēng)機(jī)的電耗進(jìn)行分析。從數(shù)據(jù)來(lái)看，一次風(fēng)機(jī)的平均耗電率為0.49%，占全廠耗電率平均值為0.50%，其中河北龍山1號(hào)、2號(hào)機(jī)組的一次風(fēng)機(jī)耗電率占全廠比例最低，其值為0.35%，河南民權(quán)6號(hào)、7號(hào)機(jī)組為最高，其值為0.95%，此數(shù)據(jù)明顯高于平均值。分析其原因主要是由于制粉系統(tǒng)在選型時(shí)，設(shè)計(jì)煤質(zhì)可磨性系數(shù)選取偏大，導(dǎo)致實(shí)際煤質(zhì)與設(shè)計(jì)煤質(zhì)可磨性偏差很大，使磨煤機(jī)研磨能力明顯降低，為保證機(jī)組負(fù)荷，需提高制粉系統(tǒng)通風(fēng)量，與設(shè)計(jì)值相比，通風(fēng)量增大了約25%，導(dǎo)致一次風(fēng)機(jī)耗電率明顯偏高，因此，應(yīng)合理進(jìn)行磨煤機(jī)的選型，這將影響一次風(fēng)機(jī)裕度的選取。在不考慮河南民權(quán)電廠的運(yùn)行情況下，將表5和表6結(jié)合起來(lái)分析，可以看出耗電率高的風(fēng)機(jī)，其電機(jī)本身的額定功率相對(duì)也較高，所以在選型時(shí)應(yīng)合理的選取電機(jī)，這既可以節(jié)省初期投資，又可以降低電耗率。

2.2 節(jié)能改造

對(duì)于選型偏大的一次風(fēng)機(jī)，可考慮進(jìn)行電機(jī)變頻改造。從掌握資料分析，當(dāng)前部分600MW機(jī)組已進(jìn)行或正在調(diào)研對(duì)一次風(fēng)機(jī)的變頻改造，根據(jù)福建福州1號(hào)、2號(hào)機(jī)組對(duì)一次風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造的可行性報(bào)告，其投資回收時(shí)間約2年［11］，相應(yīng)的計(jì)算過(guò)程為：

（1）當(dāng)負(fù)荷為600MW時(shí)，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況估算，所需風(fēng)量近似為風(fēng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速下風(fēng)量的40.4%；當(dāng)負(fù)荷400MW時(shí)，風(fēng)量近似為35.7%。

則節(jié)約電功率：

節(jié)約電＝工頻運(yùn)行時(shí)耗電－變頻時(shí)計(jì)算功率－變頻器自身耗電－空調(diào)

其中，房間空調(diào)按照15kW估算，變頻器自身耗電按功耗的3%計(jì)算。

（2）負(fù)荷為600MW

P1＝P1工－P1變，在工頻運(yùn)行時(shí)，風(fēng)機(jī)電流為134A，功率因素取0.88，電機(jī)功率為2 240kW，計(jì)算可得P1為995.52kW。

（3）負(fù)荷為400MW

P2＝P2工－P2變，在工頻運(yùn)行時(shí)，風(fēng)機(jī)電流為115A，功率因素取0.88，計(jì)算可得P2為867.6kW。

每天按照三個(gè)發(fā)電負(fù)荷平均8h計(jì)算，每年按照300天估算，則每年節(jié)約電能6 707 484kW·h，以電價(jià)按0.423元計(jì)算，對(duì)機(jī)組中的2臺(tái)一次風(fēng)機(jī)計(jì)算，每年就可節(jié)約電費(fèi)567.45萬(wàn)元。以每臺(tái)機(jī)組總投資額為965萬(wàn)計(jì)算，則2年內(nèi)就能收回投資成本。同樣，湖北荊門(mén)的6號(hào)、7號(hào)機(jī)組也進(jìn)行了一次風(fēng)機(jī)的變頻改造，預(yù)計(jì)2年多就能收回成本［12］。

總體來(lái)看，對(duì)一次風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造的投資額度較高，成本回收時(shí)間在2～3年。對(duì)于風(fēng)機(jī)選型大，電機(jī)容量相對(duì)較高，負(fù)荷率相對(duì)較低的機(jī)組，建議進(jìn)行變頻改造。改造前，應(yīng)進(jìn)行調(diào)研和試驗(yàn)，尤其要重視一次風(fēng)機(jī)與風(fēng)道系統(tǒng)的匹配問(wèn)題。如果系統(tǒng)阻力與風(fēng)機(jī)特性不匹配，變頻改造后的風(fēng)機(jī)效率仍將不能提高，因?yàn)樽冾l調(diào)速并不能改變風(fēng)機(jī)的性能，還將增加變頻器自身帶來(lái)的電量損失，如果系統(tǒng)阻力特性曲線不通過(guò)風(fēng)機(jī)高效區(qū)，即使進(jìn)行變頻改造，風(fēng)機(jī)效率仍然不高，達(dá)不到理想的節(jié)能效果［13，14］。

3 結(jié) 語(yǔ)

（1）對(duì)于600MW機(jī)組一次風(fēng)機(jī)的選型，普遍存在對(duì)流量裕度選擇偏大的問(wèn)題，其平均流量裕度為103.24%。在摻燒經(jīng)濟(jì)煤種的情況下，一次風(fēng)機(jī)的流量裕度可控制在30%～40%，并考慮一定的溫度裕量，對(duì)于摻燒經(jīng)濟(jì)煤種的機(jī)組，裕度可選較高值，同時(shí)，還應(yīng)注意磨煤機(jī)出力變化對(duì)機(jī)組效率的影響。

（2）對(duì)于600MW機(jī)組一次風(fēng)機(jī)的選型，還存在風(fēng)機(jī)容量與電機(jī)容量不匹配的問(wèn)題。建議將600 MW容量機(jī)組一次風(fēng)機(jī)的電機(jī)容量控制在2 000 kW左右（針對(duì)動(dòng)葉可調(diào)一次風(fēng)機(jī)）。

（3）對(duì)于選型裕量較大、電機(jī)容量較高、負(fù)荷率較低的一次風(fēng)機(jī)，依據(jù)一次風(fēng)機(jī)與風(fēng)道的匹配性，在保證系統(tǒng)阻力特性曲線通過(guò)風(fēng)機(jī)高效區(qū)的情況下進(jìn)行變頻改造，以提高風(fēng)機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。