軸流一次風(fēng)機(jī)改造及經(jīng)濟(jì)效益分析

錢永貴

(淮滬煤電有限公司田集發(fā)電廠，安徽 淮南 232098)

軸流一次風(fēng)機(jī)改造及經(jīng)濟(jì)效益分析

錢永貴

(淮滬煤電有限公司田集發(fā)電廠，安徽 淮南 232098)

某電廠一次風(fēng)機(jī)容易發(fā)生失速、喘振現(xiàn)象，給機(jī)組安全運(yùn)行帶來一定隱患。為此，提出了一次風(fēng)機(jī)的改造方案，經(jīng)過對(duì)比選擇了最優(yōu)方案進(jìn)行改造實(shí)施。改造提高了一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行的安全性和運(yùn)行效率，取得一定的經(jīng)濟(jì)效益。

一次風(fēng)機(jī)；空預(yù)器；風(fēng)機(jī)失速；風(fēng)機(jī)性能曲線

0 引言

動(dòng)葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率高、能耗低、可靠性高，在電廠得到了廣泛的應(yīng)用。近年來，由于環(huán)保要求越來越高，火電機(jī)組基本上都安裝并運(yùn)行了脫硝設(shè)施。脫硝設(shè)施的運(yùn)行不可避免地帶來了NH4HSO4在空預(yù)器傳熱元件上的積聚，并使軸流風(fēng)機(jī)運(yùn)行管路阻力增加，從而導(dǎo)致風(fēng)機(jī)在某些運(yùn)行工況下進(jìn)入失速區(qū)運(yùn)行，嚴(yán)重影響風(fēng)機(jī)及機(jī)組的安全運(yùn)行。為了防止風(fēng)機(jī)進(jìn)入失速區(qū)運(yùn)行，電廠會(huì)根據(jù)空預(yù)器差壓以及不同的運(yùn)行工況，限制機(jī)組的運(yùn)行負(fù)荷。這不僅給電廠帶來了電量上的損失，而且使機(jī)組的可靠性受到電網(wǎng)的考核。為了解決該問題，必須對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行必要的改造。某電廠根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)2臺(tái)一次風(fēng)機(jī)進(jìn)行了改造論證并實(shí)施。改造后風(fēng)機(jī)運(yùn)行良好，為其他電廠軸流一次風(fēng)機(jī)的改造提供了參考。

1 設(shè)備概況

該電廠1，2號(hào)鍋爐是由上海鍋爐廠有限公司制造的超超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行螺旋管圈直流鍋爐，為單爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、四角切圓燃燒方式、Π型露天布置、固態(tài)排渣、全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)，型號(hào)為SG-1913/25.4-M967。

其中，1號(hào)鍋爐配備的2臺(tái)一次風(fēng)機(jī)均為豪頓華工程公司生產(chǎn)的ANT1904/1120N型動(dòng)葉可調(diào)軸流式一次風(fēng)機(jī)，其設(shè)計(jì)技術(shù)數(shù)據(jù)及性能參數(shù)如表1和表2所示。

表1 一次風(fēng)機(jī)技術(shù)及性能數(shù)據(jù)

2 運(yùn)行狀況分析

該電廠1號(hào)機(jī)組脫硝投運(yùn)之后，一次風(fēng)機(jī)在近幾年運(yùn)行時(shí)多次發(fā)生失速問題，尤其是在夏季發(fā)生較多。主要原因是風(fēng)機(jī)標(biāo)稱流量較大，而實(shí)際運(yùn)行流量較小，但運(yùn)行壓力與設(shè)計(jì)壓力相差不大。這樣，就使得風(fēng)機(jī)運(yùn)行點(diǎn)偏離了原設(shè)計(jì)工況，轉(zhuǎn)而運(yùn)行在風(fēng)機(jī)曲線的“馬鞍”部位，接近并達(dá)到失速曲線，這種情況特別是在空預(yù)器因脫硝投運(yùn)產(chǎn)生堵塞、環(huán)境溫度(進(jìn)口溫度)升高時(shí)表現(xiàn)更加明顯。同時(shí)，電廠準(zhǔn)備實(shí)施熱一次風(fēng)冷卻器科技項(xiàng)目，一次風(fēng)阻力還會(huì)增加200-400 Pa，這會(huì)加劇高負(fù)荷工況一次風(fēng)機(jī)進(jìn)入失速區(qū)運(yùn)行。

表2 一次風(fēng)機(jī)性能參數(shù)

表3是1號(hào)鍋爐2013-08-06一次風(fēng)機(jī)發(fā)生失速時(shí)的運(yùn)行參數(shù)(5臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行)。

表4是1號(hào)鍋爐一次風(fēng)機(jī)在不同運(yùn)行工況下的運(yùn)行參數(shù)。

在風(fēng)機(jī)曲線圖1上對(duì)應(yīng)的工況點(diǎn)分別為Design Duty，Duty1，Duty2，Duty3，可見前2個(gè)工況均運(yùn)行在失速線附近，稍有擾動(dòng)，一次風(fēng)機(jī)就可能會(huì)發(fā)生失速。

表3 一次風(fēng)機(jī)失速時(shí)運(yùn)行參數(shù)

表4 不同運(yùn)行工況一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)

圖1 一次風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行工況點(diǎn)

3 改造方案

3.1 改造方案1

更換為全新的型號(hào)為ANT-1680/1120N的風(fēng)機(jī)，更換后的風(fēng)機(jī)性能曲線以及工況點(diǎn)位置如圖2所示。由于新風(fēng)機(jī)外形尺寸、中心標(biāo)高的變化，相應(yīng)土建工程需要變化，地腳螺栓需要重做，進(jìn)出口風(fēng)道以及軟連接需要更換，電機(jī)可以保留。

3.2 改造方案2

對(duì)現(xiàn)有風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造，改造后的風(fēng)機(jī)型號(hào)ANT-1680/1120N，性能曲線以及工況點(diǎn)位置如圖2所示。本方案主要是通過改變?nèi)~輪外徑的方式來改變風(fēng)機(jī)的性能特性，以達(dá)到改造的目的；本方案中風(fēng)機(jī)其葉片及靜態(tài)件需要更換。

圖2 更換全新的風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況點(diǎn)

通過特殊設(shè)計(jì)，保留現(xiàn)有的風(fēng)機(jī)輪轂組件(平衡臂除外，襯套等小部件除外)；保留主軸承組件；保留電機(jī)和聯(lián)軸器；保留調(diào)節(jié)裝置(液壓缸、旋轉(zhuǎn)油封、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、液壓油站、測(cè)振測(cè)溫裝置等)；控制系統(tǒng)不變，保留失速報(bào)警等裝置。另外，通過特殊設(shè)計(jì)，使新設(shè)計(jì)的靜態(tài)件(進(jìn)氣箱、葉輪機(jī)殼、中間段、擴(kuò)散筒)與現(xiàn)有的土建相匹配，原有的土建和地腳螺栓不變，只需將中間段的二次灌漿層刨除，安裝后重新灌漿。轉(zhuǎn)子部件更換葉片、平衡(調(diào)節(jié))臂、葉根軸承等部件。

3.3 改造方案的比較

方案1和方案2的性能曲線基本一致，但方案1費(fèi)用高，且施工周期長，故采用方案2。

方案2既保證了改造后的風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)離失速區(qū)域，又保證了風(fēng)機(jī)在各種工況下安全穩(wěn)定運(yùn)行且保持高效率，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。改造后，風(fēng)機(jī)壓頭裕量約2 000 Pa，可以滿足增加一次風(fēng)換熱器、空預(yù)器堵塞等惡劣工況的需求。

4 改造實(shí)施與節(jié)能效果評(píng)估

2015年9月，在1號(hào)機(jī)組大修中實(shí)施了一次風(fēng)機(jī)改造，整個(gè)工期約60天。改造方式為：保持調(diào)節(jié)裝置、輪轂組件(不含葉柄軸和平衡臂)、液壓油站、液壓缸、旋轉(zhuǎn)油封等部件不變，基礎(chǔ)尺寸和接口不變，基礎(chǔ)保留不變，控制系統(tǒng)、失速裝置保持不變。將原來的葉輪機(jī)殼、中間段、擴(kuò)散筒、進(jìn)氣箱等靜態(tài)件換掉，更換葉片、平衡臂、葉柄軸等部件，靜態(tài)件做非標(biāo)設(shè)計(jì)。

2016年1月，西安熱工研究院對(duì)改造后的一次風(fēng)機(jī)進(jìn)行了性能試驗(yàn)，數(shù)據(jù)如表5所示。

通過對(duì)1號(hào)鍋爐一次風(fēng)機(jī)熱態(tài)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，得出以下結(jié)論。

(1) 兩側(cè)一次風(fēng)機(jī)各試驗(yàn)工況運(yùn)行點(diǎn)均遠(yuǎn)離理論失速線，表明風(fēng)機(jī)運(yùn)行在安全區(qū)域。

(2) A側(cè)一次風(fēng)機(jī)實(shí)測(cè)風(fēng)壓換算至BMCR工況時(shí)比設(shè)計(jì)值小23.3 %，與TB工況設(shè)計(jì)值比較，風(fēng)壓裕量為31.7 %；B側(cè)引風(fēng)機(jī)實(shí)測(cè)風(fēng)壓換算至BMCR工況時(shí)比設(shè)計(jì)值小8.6 %，與TB工況設(shè)計(jì)值比較，風(fēng)壓裕量為30.6 %。

(3) 3個(gè)不同試驗(yàn)工況下，兩側(cè)一次風(fēng)機(jī)效率均與對(duì)應(yīng)性能曲線效率設(shè)計(jì)值接近，偏差均在±5 %以內(nèi)(測(cè)量誤差范圍)，說明一次風(fēng)機(jī)效率滿足設(shè)計(jì)要求。

表5 一次風(fēng)機(jī)改造后性能參數(shù)

(4) 3個(gè)工況下兩側(cè)一次風(fēng)機(jī)效率與改造協(xié)議中的設(shè)計(jì)值相差不大，說明風(fēng)機(jī)管網(wǎng)匹配較為合理。

節(jié)能效果評(píng)估如表6所示。

表6 改造后節(jié)能效果評(píng)估

綜上所述，在上述3個(gè)工況下，每臺(tái)一次風(fēng)機(jī)電機(jī)功率分別減小38 kW，52 kW，26 kW。機(jī)組每年上述3個(gè)工況下的運(yùn)行時(shí)間分別按3 000 h，3 600 h，600 h計(jì)算，則每臺(tái)風(fēng)機(jī)每年節(jié)電32萬kWh，2臺(tái)一次風(fēng)機(jī)每年約節(jié)約電費(fèi)25.5萬元。

5 結(jié)束語

該電廠一次風(fēng)機(jī)改造費(fèi)用合理，施工工期滿足要求。一次風(fēng)機(jī)改造后運(yùn)行安全穩(wěn)定，特別是電廠增加了熱一次風(fēng)冷卻器科技項(xiàng)目后，風(fēng)機(jī)運(yùn)行壓頭裕量足夠，避免了一次風(fēng)機(jī)失速運(yùn)行，且一次風(fēng)機(jī)在各個(gè)負(fù)荷段運(yùn)行效率均較高(82 %-88 %)，改造取得了圓滿成功。

1 楊詩成，王喜魁．泵與風(fēng)機(jī)[M]．北京：中國電力出版社，2012.

世界首個(gè)應(yīng)用虛擬同步機(jī)工程并網(wǎng)投運(yùn)

2016-12-27T09:28，隨著最后一臺(tái)具有虛擬同步機(jī)功能光伏單元在國家風(fēng)光儲(chǔ)示范電站并網(wǎng)調(diào)試，標(biāo)志著世界首個(gè)光伏虛擬同步機(jī)示范工程投入實(shí)驗(yàn)運(yùn)行。

虛擬同步機(jī)發(fā)電技術(shù)是一種適用于新能源領(lǐng)域，能夠等效常規(guī)同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行特征的先進(jìn)技術(shù)。通過應(yīng)用這種先進(jìn)的控制技術(shù)，使風(fēng)機(jī)、光伏發(fā)電設(shè)備更加智能化，具備頻率自適應(yīng)能力，提供電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定支撐能力，讓新能源由“我行我素”的自轉(zhuǎn)變?yōu)椤皡f(xié)調(diào)統(tǒng)一”的“公轉(zhuǎn)”，實(shí)現(xiàn)清潔能源友好并網(wǎng)。

虛擬同步機(jī)示范工程是國網(wǎng)冀北電力有限公司打造全球能源互聯(lián)網(wǎng)張家口創(chuàng)新示范區(qū)十大工程之一，也是張北可再生能源示范工程重大科技創(chuàng)新的重要組成部分。本次并網(wǎng)運(yùn)行的虛擬同步機(jī)為24臺(tái)光伏虛擬同步機(jī)，5臺(tái)風(fēng)電虛擬同步機(jī)，總?cè)萘抗灿?jì)22 MW。該工程并網(wǎng)運(yùn)行后，將進(jìn)一步提高新能源發(fā)電的調(diào)頻、調(diào)壓能力，有效解決風(fēng)光新能源安全并網(wǎng)難題，提升冀北電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行水平，為新能源發(fā)電企業(yè)提供友好并網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)典范。

為確保工程質(zhì)量，在國網(wǎng)科技部整體統(tǒng)籌下，國網(wǎng)冀北電力公司高度重視，成立了上下協(xié)同、分工明確的聯(lián)合工作組織體系，全面協(xié)調(diào)參建單位資源配置，推動(dòng)自主技術(shù)、自主品牌、自主標(biāo)準(zhǔn)在項(xiàng)目落地生根。在施工建設(shè)過程中，國家風(fēng)光儲(chǔ)示范電站建設(shè)公司編制明確的時(shí)間表、路線圖，建立周總結(jié)、月協(xié)調(diào)的定期協(xié)商機(jī)制，對(duì)工程前期審核、項(xiàng)目進(jìn)度、安全質(zhì)量進(jìn)行層層把關(guān)。

據(jù)悉，國家風(fēng)光儲(chǔ)輸示范工程是世界上容量最大的虛擬同步機(jī)示范工程，主要改造已有光伏電站、風(fēng)電場，涉及風(fēng)機(jī)虛擬同步機(jī)435.5 MW、光伏虛擬同步機(jī)12 MW以及儲(chǔ)能虛擬同步機(jī)10 MW，使風(fēng)光電站整體具備火電機(jī)組接近的輸出外特性。

（來源：國家電網(wǎng)公司網(wǎng)站 2016-12-29）

2016-07-18。

錢永貴(1972-)，男，高級(jí)工程師，主要從事火電廠運(yùn)行管理工作，email：qyg9116@126.com。