火電機組單側風機運行過程中的負荷率的研究

彭強

摘要：隨著電力體制改革的不斷加深，市場競爭不斷加劇，火電廠正在不斷探索更加經濟的運行方式。而風煙系統是火電廠中電耗最高的輔機系統，引風機是廠內電耗最高的輔機設備，所以降低風機電耗能顯著降低整體廠用電耗，對提升機組整體的經濟性有明顯幫助，值得我們去做深入的探索研究。

關鍵詞：火電廠；經濟運行；風煙系統；單側風機

現階段，大型火電廠普遍采用了動葉可調式風機，機組在變工況運行時，通過調節風機動葉角度來降低風機出力，從而同時起到風量調節和節電的目的；除此之外，有的火電廠采用了風機變頻器，通過調節頻率來降低風機出力和電耗。目前有一些電廠在風機的運行方式上也在開展節能探索，最常見的是在機組的啟動階段或低負荷運行時采用單側風機運行。

一、風煙系統經濟性的現狀分析

1、動葉調節

動葉可調軸流風機在大型火電機組中使用非常多，其調節范圍大，調節性能好，而且在變工況運行時還具有較好的節能效果。

但對于引風機來說，其介質為煙氣，必須要考慮葉片磨損的問題。若引風機選用動葉調節式軸流風機，將導致其動葉磨損問題突出，而且動葉磨損后的維護成本很高。所以很多大型火電機組的引風機仍采用了靜葉調節式軸流風機，而靜葉調節在變工況下運行的經濟性又不夠好。

另外，動葉調節式軸流風機在低負荷運行時，風機效率下降依然明顯，節能效果也很有限，尤其是機組需要長期低負荷運行，那么節能效果就不夠理想，還有進一步的節能空間。

2、變頻調節

若采用變頻調節，在變工況運行時改變風機轉速，能夠改變風機的性能曲線，所以可以使風機在全負荷段都保持高效率運行。近些年很多電廠已經開始采用風機變頻調節或進行變頻改造，但同時也暴露出一些問題。

例如廣東某電廠為了節能對引風機進行變頻改造，卻在改造后的試驗過程中發生了電動機軸斷裂事故。事后相關研究單位進行了研究分析，確定其主要原因為轉動設備轉速進入軸系的固有頻率區引起共振現象，導致軸系在短短數天內就發生斷裂事故。

為了解決這一問題，必須先測定軸系的固有頻率，運行過程中應避開此頻率，以免產生共振，其原理類似于鍋爐給水調節時給水泵轉速必須避開其臨界轉速區。也就是說變頻調節必須限定其變頻區間，才能保證其安全性。

二、機組低負荷單側風機運行分析

雖然單側風機運行這一節能策略已被提出多年，有些電廠也做了很多探索和實驗，卻一直無法被采納和推廣，除了技術上的原因以外，與現階段火電企業的管理思路也有很大關系。

1、經濟性分析

從理論上來講，若機組處于50%及以下的低負荷工況，風機出力很低，無論采用何種調節方式，效率都會明顯下降，此時采用單側風機運行，的確可以提高風機效率。但是還必須考慮整個系統的運行方式，比如風道是否發生改變，阻力是否增加，排煙溫度是否提高，鍋爐整體熱效率如何變化等，這都需要具體的實驗才能得出結論。

很多電廠已經做過這樣的實驗，但實驗數據得出的結論各異，有的電廠做單側風機運行實驗時，風機節能效果非常明顯，而有的電廠實驗時，根本不節能甚至還會增加能耗。導致結果不同的原因很多，而且有些實驗數據的真實性也讓人感到懷疑。比如有的電廠為了美化節能優化的實驗成果，可能會擅自修改實驗數據，致使節能效果突出；而有的電廠會因保守起見，在整個系統的運行方式沒有選擇最優方案，導致達不到節能效果。

為了保證數據的真實性，本文不采用節能優化實驗報告的數據，現采用某電廠600MW機組電能日報表的數據作為例案的分析依據。對比送、引風機單側運行時與同負荷下雙側運行時電能日報表，可以初步分析單側送、引風機運行對能耗的影響。通過數據分析可知，單側送、引風機運行時，送、引風機的電耗基本不變，而雙側運行的一次風機電耗卻增大了近50%。

這就等于整個風道都只有半側運行，在風量相同的情況下，風道里的風速就提高了一倍，根據阻力與速度的平反成正比，可以得知此運行方式下，風道阻力會大大的增加，這就是為什么一次風機電耗會增大近50%。而阻力增大后送、引風機的電耗基本不變，這就能看出風機在高效區運行時節能效果明顯。

所以，有些電廠實驗結果為單側風機運行不節能，很可能是運行方式不合理導致，比如只投運單側風道使風道阻力增加、只投運單側空預器換熱導致排煙溫度升高等。只要采用合理的運行方式，單側風機運行的節能效果一定顯而易見。

2、安全可靠性分析

單側風機運行時，鍋爐汽溫、受熱面壁溫等極易產生偏差，時間過長可能造成大面積結焦、傳熱惡化等嚴重后果。這主要是因為單側風機運行時，兩側風道阻力不同，導致鍋爐兩側進風量偏差較大，爐膛火焰中心以及煙氣流場容易發生偏斜。其實雙側風機運行時同樣也會產生類似問題，我們通過兩側風機的動葉開度進行平衡調整就能夠解決。單側風機運行時，動葉只能調節出力，不能再進行平衡調整，所以要采用其他的調整方法，最簡單的就是風道節流，即阻力偏小一側的風道進行擋板節流調節，將該側擋板關小直至兩側風量相等，這樣就能解決風量的偏差問題了。

最重要的是風機可靠性的問題，若采用單側風機運行，一旦運行風機跳閘，整臺機組就會發生跳閘。但如果風機故障被提前發現，提前啟動備用風機就不會有問題。大多數風機故障都是有征兆的，比如軸承振動或溫度持續上升，都不是突然發生的，而是經過一段時間才會到達跳閘值，這段時間足夠啟動備用風機，不會導致事故的擴大。實際上風機毫無征兆直接跳閘的情況是十分少見的。

更大的風險是在風機單、雙側運行的切換操作上。尤其是一次風機的并、退操作，一次風壓對制粉系統影響大，保護延時短，稍有疏忽就會造成嚴重的事故。隨著自動控制技術的發展，解決這一問題也不是難題了，可以結合成功的操作經驗，設定程控切換的程序，實現自動切換，減小運行人員操作風險，防止因人為操作原因導致事故發生。

3、適用性分析

只有在機組低負荷工況下才能采用單側風機運行，而且風機出力還要留有必要的余量。由于風機并、退操作風險高，另外大型風機頻繁啟停會損害設備壽命。所以，對于負荷升降頻繁的火電廠不適合采用這種方式節能，變頻調節才是更好的選擇。

而在四川、云南、廣西等水電資源豐富的地區，火電負荷率不高，尤其是在豐水期，機組長期處于低負荷運行，而且負荷曲線穩定。這些地區的火電廠若增加風機變頻器，節能效果有限還增加了投資。可以在豐水期低負荷時段采用單側風機運行的方式，不用增加投資，節能效果還好。

三、結論

現階段火電廠普遍采用的動葉調節、風機變頻等節能技術，在機組長期低負荷運行時節能效果有限，還有進一步探索的空間。對于水電資源豐富的地區，火電機組在豐水期長期處于低負荷運行，可以考慮采用單側風機運行的節能方式，其節能效果明顯，又不用增加投資。

參考文獻

[1]張磊，張俊杰，葛鴻昌，李英，杜晉峰，秦志文.某型引風機變頻改造后電機斷軸原因分析[J].華北電力技術，2013（12）：50-52

（作者單位：大唐三門峽發電有限責任公司）