某電廠煙風系統風機節能分析

干 雪，李驚濤

(華北電力大學能源動力與機械工程學院，北京 102206)

某電廠煙風系統風機節能分析

干 雪，李驚濤

(華北電力大學能源動力與機械工程學院，北京 102206)

電站鍋爐煙風系統的電耗占電廠用電的三分之一左右，降低煙風系統能耗，對提高鍋爐運行經濟性具有重要意義。以某電廠1號機組電站鍋爐的煙風系統為研究對象，通過對機組的煙風系統流量、煙風系統阻力、風機運行效率等進行分析，通過計算各個因素對風機能耗影響量，得到風機能耗損失分布及主要原因，并提出切實可行的節能措施，以及當前條件下的風機耗電率目標值。

煙風系統；送風機；一次風機；引風機

我國的二次能源結構中，火電廠的能源消耗約占74%。在火力發電廠中，煙風系統中的風機是最主要的耗電設備之一，加上這些設備存在著“大馬拉小車”的現象，同時由于這些設備長期連續運行并常常處于低負荷及變負荷運行狀態，運行工況點偏離高效點，運行效率降低，大量的能源在終端利用中被白白地浪費掉了。因此，對電廠煙風系統中風機進行節能研究有著重要的意義。

1 煙風系統主要設計參數

某電廠1號機組送風機、一次風機、引風機和增壓風機設備規范如表1所示。

2 煙風系統能耗診斷方法

鍋爐風機的能耗取決于鍋爐風煙系統中流量、阻力特性和風機運行效率等。因此，鍋爐風機能耗需從3個方面進行分析。

表1 某電廠1號機組的主要設計參數

(1)在保證鍋爐燃燒需要的前提下盡可能降低煙風系統的流量。在保證鍋爐燃燒需要的前提下，使鍋爐運行在最佳氧量，避免過大的過剩空氣系數；減小空氣預熱器的漏風率；減小煙風管道漏風量(包括各種密封不嚴的孔洞和人孔門及膨脹節等)；減小隔斷風門漏風量(如熱風再循環門、磨煤機出口隔離門、脫硫系統旁路風門等)；避免一次風率偏大等。

(2)盡可能降低煙風系統的阻力。煙風系統阻力包括系統內各設備(特別是空氣預熱器、暖風器、SCR和除霧器等)因各種原因而造成的阻力過分增加；管道布置不當造成局部阻力過大；還有各種風門(如磨煤機入口熱風門等)開度過小造成的節流損失；過高的一次風壓力等。

(3)在煙風系統流量和阻力達到最佳水平的基礎上，選擇與風煙系統相匹配的風機及調節裝置，提高風機的實際運行效率。對于已經運行的風機來說，可通過風機改造或者電機改造來提高風機與其相應的風煙系統的匹配程度。

本文風機部分參考《電站鍋爐風機現場性能試驗》DL/T469—2004、《大中型火力發電廠設計規范》GB 50300—2011、《火力發電廠燃燒系統設計計算技術規程》DL/T 5240—2010等標準，結合煙風系統運行參數、機組煤耗核定結果、燃炭工業分析結果，計算的煙風系統流量，以及現場靜壓測點位置，煙風管道尺寸、布置，風機特性參數(曲線)等資料，根據影響風機能耗的3個因素，對該電廠1號機組風機進行能耗分析。

為分析研究該機組風機實際運行狀況以及煙風系統阻力狀況，從數據庫中導出近期煙風系統的主要運行參數，作為分析風機運行狀況的主要依據。1號機組數據采集范圍為2015年6月1日至7月1日。

3 風機耗電率

針對機組的實際情況，對煙風系統流量、煙風系統阻力和風機運行效率等進行分析，定量計算各個因素對風機能耗的影響量，得到風機能耗損失分布及主要原因，并提出切實可行的節能措施，以及當前條件下的風機耗電率目標值。

該電廠1號機組送風機、一次風機、引風機、增壓風機實測的耗電率統計如表2所示。

由表2可知，較同容量、同類型機組風機耗電率來說，目前該電廠1號機組各風機耗電率分析如下。

(1)送風機耗電率偏高，主要原因是送風機運行效率偏低。

表2 某電廠1號機組風機耗電率統計表 %

(2)一次風機耗電率偏高，主要原因是一次風機是雙吸離心式風機，雖然經過變頻改造，但是實際運行中風機效率依然偏低，同時一次風量偏高。

(3)引風機耗電率正常，主要原因是引風機為動葉可調軸流風機，實際運行效率偏高。

(4)增壓風機耗電率正常，主要原因是高中負荷下啟動增壓風機，增壓風機實際效率正常，需要說明的是，選用的耗電率為增壓風機投運時的耗電率。

針對該電廠1號機組的實際情況，對鍋爐的煙風系統流量、煙風系統阻力和風機運行效率進行分析，定量計算各個因素對風機能耗影響量，得到風機能耗損失分布及主要原因。

4 煙風系統流量

為分析研究機組風機實際運行狀況，需要得到整個煙風系統的介質流量，根據典型工況所燃用的煤炭工業分析結果，結合空預器漏風率、風煤比等參數，計算得到一、二次風量和煙氣量，為風機能耗研究提供依據。根據2015年6月數據采樣期間機組煤質和運行參數，計算得到鍋爐煙氣流量、一次風流量、二次風流量和機組負荷的關系如圖1—圖3所示。

圖1 該電廠1號機組理論鍋爐煙氣流量

圖2 該電廠1號機組理論一次風流量

圖3 該電廠1號機組理論二次風流量

5 風機運行效率分析

5.1 一次風機

該電廠1號機組一次風機為單級雙吸離心式風機。根據一次風機運行參數和一次風機特性曲線，參考估算的一次風機流量，可以估計一次風機的效率，如圖4所示。

圖4 該電廠1號機組一次風機運行點

由圖4可知，1號機組一次風機經過變頻改造后，在高中低負荷工況下，一次風機效率分別約為80%、75%、65%。目前新型動葉可調節軸流式一次風機在各負荷工況下效率均高于80%，與之相比，1號機組一次風機運行效率相對偏低。

為驗證對風機效率計算結果的正確性，將核算風機做功得到的耗電率與風機統計廠用耗電率進行比較，結果如表3所示。從表中3可以看出，核算的風機耗電率與統計耗電率較為接近，認為核算的風機效率計算結果準確，可以作為風機診斷的依據。需要說明的是核算過程是選取機組負荷率為1號機組75%的工況，其中一次風機出口壓力、一次風機風量、風機效率是根據圖4中一次風機的運行點得到的。

表3 風機統計耗電率與核算耗電率對比

5.2 送風機

該電廠1號機組送風機為動葉可調軸流風機。根據送風機運行參數和送風機特性曲線，參考估算的送風機流量，可以估計送風機的效率，如圖5所示。

圖5 該電廠1號機組送風機運行點

由圖5可知，1號機組在高中負荷工況下，送風機效率分別約為60%、40%，在低負荷工況下，送風機效率低于30%。由此可以看出，總體上送風機效率偏低，送風機選型偏大，與二次風系統匹配程度較差。

為了驗證對風機效率計算結果的正確性，將核算風機做功得到的耗電率與風機廠用耗電率進行比較，結果如表4所示。從表4中可以看出，核算的風機耗電率與試驗測得的風機耗電率接近，認為風機的計算結果準確，可以作為風機診斷的依據。需要說明的是，核算過程是選取機組負荷率為1號機組75%的工況，其中送風機出口壓力、送風機風量、風機效率是根據圖5送風機的運行點得到的。

表4 風機統計耗電率與核算耗電率對比

5.3 引風機

該電廠1號機組引風機為動葉可調軸流風機。根據引風機運行參數和引風機特性曲線，參考估算的煙氣流量，可以估計引風機的效率，如圖6所示。

圖6 該電廠1號機組引風機運行點

由圖6可知，1號機組在高中低負荷工況下，引風機效率分別約為85%、75%、60%，引風機運行效率較高，但存在高負荷工況下，引風機壓頭裕量較小的情況。

為了驗證對風機效率計算結果的正確性，將核算風機做功得到的耗電率與風機統計廠用耗電率進行比較，結果如表5所示。從表5中可以看出核算的風機耗電率與統計耗電率較為接近，認為核算的風機效率計算結果準確，可以作為風機診斷的依據。需要說明的是核算過程是選取機組負荷率為1號機組75%的工況，其中引風機壓頭、風機煙氣量、風機效率是根據圖6引風機的運行點得到的。

表5 風機統計耗電率與核算耗電率對比

5.4 增壓風機

該電廠1號鍋爐增壓風機為靜葉可調軸流風機。根據增壓風機運行參數和增壓風機特性曲線，參考估算的煙氣流量，可以估算增壓風機的效率，如圖7所示。

圖7 該電廠1號機組增壓風機運行點

由圖7可知，1號機組在300 MW負荷工況下，增壓風機效率約為80%，在200 MW負荷工況下，增壓風機效率約為50%，總體上增壓風機與煙氣脫硫系統匹配較好，增壓風機運行效率較高。

為了驗證對風機效率結果的正確性，將核算風機做功得到的耗電率與風機統計廠用耗電率進行比較，結果如表6所示。從表6中可以看出核算的風機耗電率與統計耗電率非常接近，認為核算的風機效率計算準確，可以作為風機診斷的依據。需要說明的是核算過程是選取機組負荷率為1號機組75%的工況，其中增壓風機壓頭、風機煙氣量、風機效率是根據圖7增壓風機的運行點得到的。

表6 風機統計耗電率與核算耗電率對比

目前1號機組在200 MW以上負荷工況下，由于引風機壓頭裕量較小，不足以克服脫硫系統阻力，啟動增壓風機，利用增壓風機的壓頭克服脫硫系統阻力。從1號機組煙道布置情況來看，從引風機至增壓風機的煙道布置比較復雜，彎道較多，煙氣阻力較大。從增壓風機經過GGH至脫硫塔以及從脫硫塔經過GGH至煙囪兩端煙道布置也由于場地限制較為局促，煙氣系統阻力較大。

針對目前的情況，建議電廠在后期根據鍋爐環保改造整體規劃，如在提高排放標準和增加節能設備的情況下，著眼于鍋爐整體煙氣系統，考慮將引風機和增壓風機進行引、增合一改造的可行性和必要性。若進行引、增合一改造建議采用雙級動葉可調軸流風機，選擇裕量合適的新風機可使風機在高中低負荷工況下均運行在高效區，提高風機與煙氣系統的匹配程度，降低風機耗電率，引、增合一改造后即使有一臺風機故障停運，單臺引風機仍可帶60%以上負荷運行，提高機組運行安全性。同時可以對引風機至脫硫塔之間的煙道進行重新布置，減少煙道長度，減少彎頭的布置，可降低脫硫系統入口煙道阻力。

目前高負荷工況由于引風機出力偏低，裕量較小，導致機組運行氧量偏低，通過引、增合一改造選擇合適裕量的風機，可解決引風機出力偏低的問題，提高爐內運行氧量，避免不完全燃燒情況的發生。

6 結語

(1)較同容量、同類型機組風機耗電率來說，目前該電廠1號機組一次風機和送風機耗電率偏高，引風機和增壓風機耗電率均處于正常水平。

(2)送風機耗電率偏高，原因是送風機運行效率偏低。

(3)一次風機耗電率偏高，原因是一次風機為雙吸離心式風機，雖然經過變頻改造，但是實際運行中風機效率依然偏低，同時鍋爐實際燃用煤質水分含量較大，熱值較低，入爐煤量增加，在磨煤機中磨制和干燥所需風量增大。

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(本文編輯：趙艷粉)

Fan Energy-Saving Study of Air and Flue Gas System in a Power Plant

GAN Xue，LI Jingtao

(School of Energy Power and Mechanical Engineering, North China Electric Power University, Beijing 102206, China)

The power consumption of the air and flue gas system is about 30% of the auxiliary power in thermal power plant. To reduce the energy consumption of the air and flue gas system is significant for improving the economical efficiency of boiler. The energy consumption of the air and flue gas system is analyzed on No.1 unit of a power plant. By analyzing the unit air-flue gas system flow, resistance and fan operation efficiency, quantitative calculation was conducted of the factors affecting the fan energy consumption, and the fan energy loss distribution and the main reasons were determined. Finally, it puts forward the feasible energy saving measures and the fan power consumption rate target under the current condition.

air and flue gas system; blower; primary air fan (PAF); induced draft fan (IDF)

10.11973/dlyny201702022

干 雪(1993—)，碩士，主要從事循環流什床方向研究。

TK229.66

A

2095-1256(2017)02-0191-05

2016-12-13