600 MW機組超低負荷調峰中三大風機運行穩定性分析

陳曉文， 趙興春， 黃 成， 鄭冠捷， 劉立成， 王 鋒

(1. 黃河上游水電開發有限責任公司， 西寧 810000； 2. 西北電力設計院， 西安 710075； 3. 華電江蘇能源有限公司句容發電廠， 江蘇鎮江 212400)

600 MW機組超低負荷調峰中三大風機運行穩定性分析

陳曉文1， 趙興春2， 黃 成3， 鄭冠捷2， 劉立成2， 王 鋒2

(1. 黃河上游水電開發有限責任公司， 西寧 810000； 2. 西北電力設計院， 西安 710075； 3. 華電江蘇能源有限公司句容發電廠， 江蘇鎮江 212400)

為了滿足機組超低負荷調峰的新要求，以某600 MW機組為基礎，對三大風機在15%THA和20%THA負荷下的穩定性進行分析。結果表明：送風機和引風機在各種運行組合條件下，均在穩定區域;當運行2臺磨煤機時,一次風機可以穩定運行;當僅投運單臺磨煤機時，一次風機運行在失速點附近，存在不穩定性。

火電廠； 超低負荷； 風機； 調峰

隨著風電在“三北”地區并網規模的不斷擴大，冬季供暖期負荷低谷時段的“棄風”現象越來越嚴重[1-2]，其主要原因在于這些地區電網中占主體地位的大量熱電機組因供熱而無法調峰，導致夜間低谷時段系統強迫出力過高，風電上網空間不足[3]。為了緩解此類現象，2016年6月國家能源局發布了《關于下達火電靈活性改造試點項目的通知》，要求部分電廠進行靈活性改造，以滿足深度調峰要求。鍋爐本體及其輔助設備在超低負荷下的安全穩定性是靈活性改造的關鍵所在。筆者以某600 MW機組為研究對象，對三大風機在超低負荷下的穩定性進行分析。

1 機組概況

研究風機在超低負荷下的穩定性，主要是分析機組在超低負荷下所需流量和壓頭與風機特性的匹配性。風機流量主要與煤質條件和鍋爐負荷有關；風機壓頭與煙風制粉系統各個設備均有一定關系。

1.1鍋爐

該鍋爐為高效超超臨界直流爐、單爐膛、一次中間再熱、平衡通風、緊身封閉布置、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構、前后墻對沖燃燒方式，旋流燃燒器、П形燃煤鍋爐。

鍋爐主要參數見表1。

表1 鍋爐主要參數

1.2煙風制粉系統

制粉系統采用中速磨煤機冷一次風機正壓直吹式系統設計，每臺鍋爐配備6臺磨煤機。燃燒設計煤時，5臺磨煤機運行能滿足鍋爐最大連續出力時對燃煤量的要求的120%，另外1臺備用。

煙風系統采用平衡通風設計，三大風機均采用動葉可調軸流風機，雙列布置，其參數見表2。

表2 三大風機參數

2 送風機和一次風機穩定性分析

2.1超低負荷條件下一、二次風量分析

在特定的負荷條件下，進入爐膛總風量大致相同，但一次風率隨磨煤機的投運臺數有較大變化，在15%THA和20%THA條件下，磨煤機可能投運1臺，也可能投運2臺。在超低負荷條件下，鍋爐穩燃尤為重要，對于單個燃燒器來說，需要獲得高煤粉濃度、高氧量、高回吸煙氣溫度更有利于穩燃，此時單磨煤機運行更有利。但對于鍋爐整體來說，雙層燃燒器相互扶持更有利于穩燃，且1臺磨煤機跳磨時不會造成非停事故。表3為單、雙磨煤機運行時的風量計算結果。

表3 超低負荷下為單、雙磨煤機運行時風機風量計算結果

2.2超低負荷條件下一、二次風壓頭分析

2.2.1 送風機壓頭

送風機需要克服的阻力主要有：風道阻力、暖風器阻力、空氣預熱器本體阻力、燃燒器阻力等。風道和暖風器的阻力與流量平方成正比，但燃燒器在低負荷工況會相應減少其投運數量，且燃燒器必須保證一定的射流速度，所以其阻力變化不大。空氣預熱器本身阻力與風量平方成正比，但由于空氣預熱器低負荷易堵灰，堵灰后阻力會大幅上升，由于目前超低負荷工況下空氣預熱器吹灰壓差設定值與正常工況一樣，所以在超低負荷工況下，空氣預熱器阻力也有達到滿負荷工況阻力的可能性。

在超低負荷下煙風系統單列運行也是有可能的，煙風系統單列運行對阻力也有直接影響。具體阻力分析數據見表4。

表4 送風機超低負荷阻力分析數據 Pa

2.2.2 一次風機壓頭

一次風機需要克服的阻力主要有：風道阻力、暖風器阻力、空氣預熱器本體阻力、燃燒器阻力、送粉管道阻力、磨煤機阻力等。一次風道母管、暖風器、燃燒器、空氣預熱器阻力在低負荷情況與第2.2.1節中描述的送風機側阻力變化原理相同，不再重復描述。

至磨煤機的一次風支管、送粉管道阻力與磨煤機投運臺數及粉量、風量有關。磨煤機本體阻力與負荷沒有直接比例關系。磨煤機阻力與負荷關系曲線見圖1[4]。一次風機超低負荷下具體阻力分析數據見表5。

1—通風量隨出力變化；2—30%擋板開度下的阻力變化。

表5 一次風機超低負荷阻力分析數據 Pa

2.3超低負荷條件下送、一次風機穩定性分析

風機的穩定性主要取決于運行點所需的風量和壓頭與風機本身特性的匹配性，具體表現為運行點是否在風機性能曲線的穩定區域內。

風機性能曲線上以比功Y來表征壓頭。

(1)

經過流量和壓頭折算，超低負荷點在風機特性曲線上的位置見圖2。

圖2 超低負荷點在風機特性曲線上的位置

從圖2可見：15%THA和20%THA工況下，不管單、雙磨煤機運行還是風機單雙列運行，送風機均可運行在穩定區域，可以安全運行。

單磨煤機運行時，由于磨煤機本體和送粉管道阻力過大，導致運行點在失速點附近，最大阻力點均已經在失速區域，運行不安全，實際運行時應避免該工況出現；但雙磨煤機運行時，一次風機均可運行在穩定區域，所以運行是穩定的。

3 引風機穩定性分析

3.1超低負荷條件下引風機風量分析

引風機風量僅與負荷及煤質條件有關，低溫省煤器投運會影響風機體積流量，經過核算，超低負荷下引風機風量見表6。

表6 超低負荷下引風機風量分析

3.2超低負荷條件下引風機風壓頭分析

引風機需要克服的阻力主要有：煙道阻力、脫硝島阻力、空氣預熱器本體阻力、除塵器阻力、低溫省煤器阻力、脫硫島阻力等。

煙道、除塵器阻力與流量平方成正比；低溫省煤器阻力、空氣預熱器、脫硝島存在堵灰情況，因此其低負荷最大阻力取BMCR工況阻力；鍋爐本體對流受熱面也會積灰，但其積灰引起的阻力變化要比脫硝島和空氣預熱器積灰引起的阻力變化小得多，因此忽略不計。

脫硫塔阻力主要是由于噴淋層造成的，脫硫系統阻力跟噴淋層的投入數量有直接關系，研究工程采用石膏濕法雙塔雙循環脫硫裝置，共5層噴淋。為了確保環保指標，在超低負荷工況下一般投運2層噴淋層，所以低負荷工況下脫硫阻力按0.4倍BMCR工況下阻力計算。具體阻力分析數據見表7。

表7 引風機超低負荷阻力分析數據表 Pa

3.3超低負荷條件下引風機穩定性分析

經過流量和壓頭折算，超低負荷點在引風機特性曲線上的位置見圖3。

圖3 超低負荷點在引風機特性曲線上的位置

從圖3可見：15%THA和20%THA工況下，風機單、雙列運行，低溫省煤器投運或解列工況，引風機工況點均在穩定區域，可以安全穩定運行。

4 結語

(1) 600 MW機組動葉可調軸流式送風機在15%THA、20%THA工況下，單列運行、雙列運行均在穩定區域，可以安全運行。

(2) 600 MW機組動葉可調軸流式一次風機在15%THA、20%THA工況下，當2臺磨煤機運行時，風機可安全運行；當單臺磨煤機運行時，風機單列、雙列運行均在失速點附近，運行不安全，建議在超低負荷時避免該組合出現。

(3) 600 MW機組動葉可調軸流式引風機在15%THA、20%THA工況下，單列運行、雙列運行均在穩定區域，可以安全運行；低溫省煤器是否投運對超低負荷下引風機穩定性影響不大。

[1] 國家電力監管委員會. 風電、光伏發電情況監管報告[R]. 北京: 國家電力監管委員, 2011.

[2] 國家電力監管委員會. 重點區域風電消納監管報告[R]. 北京: 國家電力監管委員會, 2012.

[3] 朱凌志, 陳寧, 韓華玲. 風電消納關鍵問題及應對措施分析[J]. 電力系統自動化, 2011, 35(22): 29-34.

[4] 中國電力企業聯合會. 火力發電廠制粉系統設計計算技術規定: DL/T 5145—2012[S]. 北京: 中國電力出版社, 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

陳曉文(1970—)，男，高級工程師，從事電廠熱力系統經濟性分析計算、環保節能分析。E-mail: cxwdx1@163.com

TK223.26

A

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