火力发电厂风机节能途径的探讨

电力18讯：    
摘要:通过对现有火力发电厂风机运行效率低、能耗高的原因分析,提出了节能改造的途径.

关键词:通风机 运行 节能

　　1 火力发电厂风机运行效率低的主要原因分析

　　笔者经过多方面调查分析,认为锅炉通风系统的管网阻力设计计算与实际偏离太大,主要原因是空气流道侧往烟气道侧漏气,空气沿程流过对流过热器、省煤器、空气预热器时都有空气泄漏.虽然在计算空气量时也考虑到了漏气量,但是并没有考虑漏气对系统管网阻力的影响’因为气流总有向小阻力方向流动的特性,从而造成管网阻力达不到要求的压力,有点像电路短路,最后系统自动平衡出另一条管网阻力曲线.锅炉是一个十分复杂的管网系统,各处阻力难以计算,总阻力自然也很难计算.通常后果就是总阻力下降,使系统总的管网阻力曲线往大流量方向偏移,使运行工况远远偏离设计工况,造成流量大,全压下降,效率低,消耗功率增加,甚至超载运行,更甚者还引起锅炉的载荷下降。

　　送、引风机的流量和全压在整个设计过程中层层加码,《火力发电设备技术手册》中推荐的送、引风机的裕量系数:风量裕量系数为1.1,全压裕量系数为 1.2,电力设计院在系统设计中也加一点系数,风机制造厂设计选型时再加一点系数,最后送、引风机的裕量系数选到超过20%~30%是比较常见的.这在设计过程中就已使设计工况偏离了理论的运行工况,这种偏离也使运行工况远远偏离风机的最高效率点。

　　风机制造厂的设计选型问题:全国风机制造厂上千家,大中型制造厂也有几十家,但设计技术水平相差很大,生产的产品类型差别也很大;绝大部分制造厂都处于按系列规格性能参数选型销售,没有个性化设计能力和技术,这样就很难保证用户要求的额定工况点在最高效率点上或在高效率区域内.根据火力发电厂运行中工况点多,设计工况与实际运行工况偏差大的特性.笔者认为按风机性能要求最理想的风机应是动叶可调的轴流式通风机.它通过调节安装在转子上叶片的安装角, 可以获得很宽广的高效率区域,如果再加上调节转速,基本可保证运行工况在高效率区域内.只是具有个性化设计能力和生产动叶可调轴流通风机的厂家实在太少。

　　调节风机性能方式的选择:由于历史的原因和技术经济的限制,过去选择的大部分调节方式都不符合节能的要求,风机一般都采用调节门来调节流量和压力, 这种调节方式都会使能量浪费掉.节能最好的方式是变转速调节,变速调节的设备有:电磁调速离合器、液力耦合器、变频调速器、双速电机及汽轮机等。

　　2 火力发电厂现场风机运行和改造的实例

　　例 1 :某地发电厂,由于漏气因素和流量、全压裕量系数过大使风机运行工况远远偏离设计工况,运行效率低,功耗大。

　　该厂发电量为315MW,选用一台送风机,介质为空气,提供的额定工况参数为

　　进口容积流量 QV0 = 820000m3/h;进口压力 pj =81104 Pa ;进口温度 Tj =287 K ;全压 ptf =14985Pa 。

　　风机设计选型:型号为8-39×2№26 风机,其性能参数为

　　进口容积流量 QV0= 820000m3/h ;进口压力 pj =81104 Pa ;进口温度 Tj =287 K ;全压 ptf =15432Pa ;

　　由于电站装置系统中设计性能参数的裕量系数取值过大,以及漏气等因素,使送风机的运行效率很低,其正常运行工况的性能参数应为

　　进口容积流量 QV0 = 864000 m3/h ;进口压力 pj =81104 Pa ;进口温度 Tj =287 K ;全压 ptf =9200Pa 。

　　运行工况的流量是设计工况的1.0536倍,全压是设计工况的0.596倍.如果按照全压值富裕系数 1.2考虑 , 其全压的预期值应为12860Pa ,而运行工况的全压仅9200Pa, 可见运行工况的偏离主要是因漏气造成的.其耗电量接近电机的额定负荷 4500 kW .原设备上没有变转速调节设备,只能用调节门调节,调节门开度为30o,而图1上的K工况点,远远偏离高效率区域 C ,所以运行效率低、耗功大.分析这些运行参数,可以得到这样的几点结论: (1) 运行工况远远偏离了设计工况,管网阻力曲线远远小于用户预期的阻力曲线.因此,不得不关小调节门的开度,让管网阻力曲线与全压和流量曲线有一个交点,即运行工况点,调节门开度小,又在大流量区,其内效率肯定很低,估算运行效率为0.55;(2)偏离了装置的设计运行参数,使装置的运行效率不能达到预期设计值,风机的耗功高,使电机满负荷运行,很不经济,降低了装置的运行效率.

如果仅按个性化设计的要求来改造送风机,按实测参数来改造可得如下结果.

　　考虑多个运行工况的要求,适当提高全压,改造送风机的性能参数为

　　进口容积流量QV0 =866000m3/h ;进口压力pj =81104Pa ;进口温度Tj =287K ;全压 ptf = 10120 Pa .

　　现场改造通常要求电机、机壳、轴承不改动,仅改造转子和进口圈等零件,若按个性化设计来改造,其选型为6-48×2№26 ,其计算的性能参数为

　　进口容积流量QV0 =866000m3/h ;进口压力pj =81104Pa ;进口温度Tj =287K ;全压 ptf =10160Pa ;

　　从图1还可看出:个性化设计改造后风机性能曲线4的最佳效率点与改造设计工况点 B 重合,实测运行工况点 K 也落在最佳效率点附近,所以运行工况效率的提高得到了保证.

　　如果按内功率来计算节能, 个性化设计改造后的选型为6-48×2 №26,所需的内功率仅为2924kW ,比原装机组的内功率3878kW 每小时可节能954kW ,每年可节省835.704万kW•h 电,若每 kW•h 电价按 0.2元计算,那么一年可节省167.1408 万元.若按电机的实耗功率来比较,那经济效益会更高.可见,节能带来的经济效益是非常巨大的.

　　图 1 还示出了第二种改造方案,不改变风机转子,只增添变速设备,将风机的转速降到832 r/min ,风机的特性曲线变为5,运行工况点B和K都在高效率区域内,同样能达到节能的目的.

　　例 2 :某地石化总厂,一台燃油锅炉的送风机,选用汽轮机驱动.其型号为 G4-73 № 20 ,按设计要求性能为

　　进口容积流量QV0=177230 m3/h ;进口压力pj=101104 Pa ;进口温度Tj=287K;全压ptf =3211Pa ;

　　现场调查反映,该锅炉系统运行状态十分不好,不仅锅炉蒸汽产量达不到额定值,送风机压力也很小,升不上去,全压值 p tf=600Pa .送风机的耗功还很高,虽有汽轮机转速调节,降低转速当然可以降低功耗,但会使锅炉的蒸汽产量下降,不得不维持高转速、高功耗、低效率、低产量运行.分析原因是这个锅炉采用了新型改进锅炉,空气进炉膛的喷嘴面积过大,风速小,达不到设计风速,主要是预热器的漏气量很大,致使风机全压达不到额定值.从图2可看出:管网阻力值偏离设计值太大,即使有转速调节仍然不能使运行工况移到高效率区域内,以达到节能的目的.因为管网阻力曲线大部分都处于低效率区域内.对于这种锅炉的管网阻力系统要想改变运行工况的效率,只有改变管网阻力曲线,增加管网阻力,同时还要减少漏气.改造管网阻力,直到满足系统要求后,实测出新管网阻力曲线,再按照新的管网阻力参数去进行风机个性化设计,使送风机运行工况处在高效率区域内,实现经济运行。

　例 3 :徐州发电厂的改造实例

　　改造机组:200MW 一套,125MW 一套.

　　改造的主要设备:

　　(1)汽轮机,高、中、低缸通流部分,调速系统;

　　(2)发电机部分,氢气冷却系统,励磁系统;

　　(3)锅炉部分,采用德国罗德米勒公司的技术和设备,改造了670t/h 炉的空气预热器,降低漏风率;改造了高温过热器、高温再热器、省煤器等;

(4)辅机部分,送、引风机改为可调速机组,除尘器由水膜除尘改为电除尘;

　　(5)控制系统,基本上实现了微机程序控制.

　　改造后的突出效果:

　　(1)单台机组的发电出力提高10%,200MW机组变成220MW机组、125MW机组变成137.5MW 机组;

　　(2)供电煤耗下降了15~20g/kW•h ;

　　(3)发电厂用电率下降了0.5个百分点;

　　(4)空气预热器的平均漏气率由改造前的35%降低到10%左右;

　　(5)汽轮机效率提高,高、中、低压缸效率分别为85.4%、92.7%、87.81%,热耗为 8123kJ/kW•h .

　　从以上数据可见电厂增产节能的成果突出,节能的潜力还很大,从用电率反映出风机的节能取得了效果,但还没有达到最佳效果,还有潜力可挖.

　　3 火力发电厂风机提高运行效率途径的设想

　　(1)成立火力发电装备增产节能改造专家咨询中心,可以是常设机构,也可以是临时机构,但人员需相对固定,应由主机、辅机各种主要设备经验丰富的专家组成,至少应包括电站系统设计、锅炉系统设计、汽轮机、发电机、风机、水泵等专业的专家.国内发电装备发展历史长,各年代制造的都有,技术水平相差很大,改造任务量大、面广、涉及技术领域多,成立这个咨询中心可以做到少花钱,多办事,获得更高的节能效果。

　　(2)提高风机和水泵的管网系统阻力计算的可靠性,降低流量和压力的富裕系数,避免运行工况偏离设计额定工况,偏离最高效率区域;同时改造流程中的漏气问题,这些都会造成管网阻力曲线的改变,致使运行工况往大流量,低阻力方向偏移,远离高效率区域,造成高功耗、低效率运行.但改变这种状况很难.有专家提出采用正压通风系统。