锅炉引风机和脱硫增压风机合并研究.docx
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锅炉引风机和脱硫增压风机合并研究
锅炉引风机和脱硫增压风机合并研究
孙灏、李奕
（神华国华（北京）电力研究院有限公司，北京100069）
THERESEARCHOFTHEINTEGRATIONMODE
OFTHEINDUCEDDRAFTFANANDTHEBOOSTERFAN
HaoSun,YiLi
（SHENHUAGUOHUA（BEIJING）ELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTECO.LTD,BEIJING100069）
摘要：
本文以600MW和1000MW级大型火电机组为例，讨论了合并锅炉引风机和增压风机为联合引风机的可行性。
通过对比，分析了联合引风机方案和分别锅炉引风机脱硫增压风机方案的投资额和运行成本差异。
通过技术、经济的分析，得出联合引风机可行的结论。
关键词：
引风机、增压风机、合并方案、湿法脱硫
Abstract:
Thefeasibilityofintegratingtheinduceddraftfanandthefluegasdesulphurizationboosterfaninthe600MWand1000MWlargecoalfiredunitisanalyzed.Accordingtothecompare,theinvestmentandopeeratingexpensebetweentheintegrationmodeandtheseparatelyoperatingmodeareanalyed.Theintegrationmodeisfinallyprovedfeasiblethroughtechnicalandeconomicanalysis.
Keywords:
induceddraftfan;boosterfan;integrationmode;wetfluegasdesulphurizationsystem
1、概述
通常，在火电厂烟气系统中设置引风机用来将锅炉燃烧产生的烟气抽出，通过烟囱排放到大气中。
由于锅炉尾部出口烟气温度高、含尘量大，虽经电除尘器除尘，但引风机输送介质仍为高温含尘的烟气，引风机的压头用来克服从锅炉到烟囱出口的全部烟气阻力。
随着我国建设绿色环保电力的要求，新建大型电厂需要同步建设烟气脱硫装置，其他未设置脱硫装置的电厂需进行技术改造加装脱硫装置。
在设置有脱硫装置的电厂中，烟气通过烟气脱硫装置进行脱硫净化后才能排放到大气中。
在烟气脱硫系统单独设计、招标的电厂，引风机的选型中一般未考虑脱硫系统的阻力，则需要在脱硫系统中增设脱硫增压风机以排放烟气，增压风机的压头用来克服脱硫系统的阻力，其阻力包括脱硫烟道的阻力、脱硫吸收塔的阻力和烟囱内的排烟阻力，若系统设置有GGH还包括GGH的阻力。
对于同步建设烟气脱硫装置的发电工程，应把主体发电工程的烟气部分和烟气脱硫部分统筹规划整体设计，设置单一的风机排放烟气，达到运行可靠、调节快捷和经济安全的最终目的。
2、设计方案说明
2.1分设引风机、增压风机的设置方案
分设引风机、增压风机是烟气脱硫系统（FGD）单独设计和招标的项目中通常会采用的常规设计方案。
在这种方案中，引风机和增压风机分别设置并相互独立选型设计，二者以FGD入口为界，引风机考虑分界线前锅炉尾部和电除尘器的烟气阻力，增压风机考虑分界线后烟道、吸收塔以及烟囱内的烟气阻力。
图1增压风机布置位置
脱硫系统设置增压风机通常有4种位置布置（带GGH的脱硫岛系统），如图1所示，不带GGH的脱硫系统仅2种布置（A和D）。
为避免风机设备可能面临的腐蚀以及吸收塔内负压对脱硫效率的不利影响，A处是增压风机设置位置的理想选择，实际上国内脱硫工程的增压风机通常都是布置于A位置。
国内600MW级机组，有一套机组设置1台增压风机的，也有设置2台增压风机的。
1000MW级机组一套机组都设置2台增压风机。
600MW机组一台炉设置1台增压风机，如国华台山电厂、定洲电厂。
增压风机的风量相当于2台引风机风量，增压风机的压头相较于引风机要小，其制造难度相对要大，通常该风机为动叶可调风机。
目前对于600MW机组的增压风机大多采用一台炉设置1台增压风机，以节省投资和占地。
具体设置方案I如图2。
600MW机组一台炉设置2台增压风机，如江苏利港、常熟电厂；1000MW机组一台炉通常设置2台增压风机，如国电泰州、国华宁海。
设置2台增压风机时，增压风机的风量相当于引风机风量，其性质与引风机类似，从国内各风机厂生产情况来看，在技术上和制造能力上增压风机国产化都是可行的。
具体设置方案II如图3。
2.2增压风机与引风机合并设置
对于脱硫装置和主体发电工程同步建设的电厂，可不必人为地把烟气流程分为主体发电工程部分和烟气脱硫部分，而应统一考虑锅炉尾部、电除尘器、烟道、吸收塔和烟囱内的全部阻力设置联合引风机。
具体设置方案如图4。
3、技术方案比较和适用条件
3.1系统的简洁可靠性
对于新建电厂项目，如果采用分设方案I，则需要2台引风机和1台增压风机，共3台风机；如果采用分设方案II，则需要2台引风机和2台增压风机，共4台风机；如果采用联合风机的方案，则只需要2台联合引风机，比分设方案I少1台风机，比分设方案II少2台风机。
从系统设置配置上看，联合引风机的方案风机台数节约，系统简单故障点少。
3.2系统调节性能
目前大型火电厂均配有脱硫装置，锅炉尾部烟气排放系统与烟气脱硫系统形成一个紧密相关的整体。
当机组负荷变化时，烟气量和系统阻力发生变化，引风机或者增压风机需做相应的调节。
对于引风机和增压风机分设的方案，在机组负荷变化时，需同时调节串连的两种风机，调节比较复杂。
如果引风机和增压风机合并，调节对象单一，烟气系统响应负荷变化较分设方案迅速、准确。
3.3联合引风机的压力选型设计条件
根据《火力发电厂设计技术规程》的规定，锅炉烟气系统的基本风量为锅炉燃用设计煤种在最大连续蒸发量（BMCR）时的烟气量、空气预热器中漏入烟气侧的风量以及烟道系统漏风量之和。
对于引风机和增压风机合并技术，联合引风机在选型设计时基本风压应按脱硫工况下从锅炉炉膛至烟囱出口的系统管道阻力、设备阻力、动压头损失和烟囱自拔力、脱硫系统的管道和设备阻力之和选取。
对于有SCR脱硝装置的锅炉，联合引风机在选型设计时还应把脱硝系统的阻力加入总阻力中，予以全面考虑。
由于联合引风机的设计压头通常都比较高，而锅炉的负荷变化范围大，脱硫系统有可能因故障发生解列的情况，因此在联合风机选型设计时应特别注意风机性能曲线对可能的负荷变化、工况变化的适应程度，以使联合风机能够稳定高效地连续运行。
3.4600MW级机组分设与合并方案的风机选型参数对比
表1600MW机组分设方案的引风机风量和静压升
序号
项目
单位
TB工况
BMCR工况
1
风机入口流量
Nm3/s
318.6
289.6
2
风机入口温度
℃
130
120
3
风机入口流量
m3/s
470.3
417.0
4
风机静压升
Pa
6331
5276
5
风机效率
静调
%
83.0
83.7
动调
%
85.8
88.0
表2600MW机组分设方案的脱硫增压风机风量和静压升
序号
项目
单位
TB工况
BMCR工况
1
风机入口流量
Nm3/s
318.6
289.6
2
风机入口温度
℃
130
120
3
风机入口流量
m3/s
470.3
417.0
4
风机静压升
Pa
2316
1930
5
风机效率
静调
%
83.0
82.2
动调
%
86.0
87.3
表3600MW机组合一方案引风机风量和静压升
序号
项目
单位
TB工况
BMCR
带脱硫工况
BMCR
脱硫解列工况
1
风机入口流量
Nm3/s
318.6
289.6
289.6
2
风机入口温度
℃
130
120
120
3
风机入口流量
m3/s
470.3
417.0
417.0
4
风机静压升
Pa
8275
6896
5276
5
风机效率（动调）
%
86
88
75
3.51000MW机组分设与合并方案的风机选型参数对比（以下对比数据是基于相同锅炉和脱硫吸收塔但不同电厂的实际使用设备的数据）
表4T电厂1000MW机组分设方案的引风机风量和静压升
序号
项目
单位
TB工况
BMCR工况
1
风机入口温度
℃
123.1
113.1
2
风机入口流量
m3/s
821
696
3
风机静压升
Pa
6302.7
5030.6
4
风机效率
静调
%
85.8
86.9
表5T电厂1000MW机组分设方案的脱硫增压风机风量和静压升
序号
项目
单位
TB工况
BMCR工况
1
风机入口温度
℃
127.9
117.9
2
风机入口流量
m3/s
821
698
3
风机静压升
Pa
2670
2225
4
风机效率
静调
%
84.01
85.38
表6X电厂1000MW机组合一方案引风机风量和静压升
序号
项目
单位
TB工况
BMCR
带脱硫工况
1
风机入口温度
℃
134
124
2
风机入口流量
m3/s
813.6
694.6
3
风机静压升
Pa
8763
6901
4
风机效率（动调）
%
86.9
85.2
4、经济效益分析
4.1600MW级机组不同设置方案设备初投资分析
对于600MW机组，采用联合引风机方案比分设引风机、增压风机（设2台）方案每台机组可减少2台风机。
据调查，600MW引风机（含电机）投资成本对比如表7。
下表的风机的价格基础以液压缸和油站（动调风机）、风机和电机轴承采用进口设备，分转子进口和转子国产两种情况。
表7600MW机组风机设置方案经济性分析（单位：
万元）
合一技术
分设方案
差价
双级动调轴流引风机
单级动调轴流引风机
单级动调轴流增压风机
单台合计
两台合计
进口转子
760
进口转子
580
进口转子
565
1145
770
国产转子
415
国产转子
315
国产转子
300
615
400
单级静调轴流引风机
单级静调轴流增压风机
进口转子
530
进口转子
525
1055
590
国产转子
260
国产转子
255
515
200
双级动调风机由于增加了一级叶轮且液压缸、油站较单级风机大，风机本体费用比单级动调风机分别增加60万元/台（国产转子）和140万元/台（进口转子）。
同时由于合并方案的引风机轴功率增加，电机费用比分设方案的引风机电机增加40万元/台。
由上述对比可知，对于600MW机组，如分设方案的引风机和脱硫增压风机都采用动调风机，分设方案比合并方案每台机组高400万元～770万元；如分设方案的引风机和脱硫增压风机都采用静调风机，分设方案比合并方案每台机组高200万元～590万元。
如果考虑计入征地费用、土建结构、脱硫烟道材料、防腐材料的变化，风机分设方案比合并方案初投资总额要再增加50万元。
由于引风机与脱硫增压风机合并，引风机需要采用较高的压头，为防止炉膛内爆，需要提高炉膛设计压力，有可能相对增加锅炉造价。
4.21000MW级机组不同设置方案设备初投资分析
对于1000MW机组，采用联合引风机方案比分设引风机、增压风机方案每台机组可减少2台风机。
据上海鼓风机厂2007年的市场资料显示，1000MW引风机（含电机）投资成本对比如表4。
下表的风机的价格基础以液压缸和油站（动调风机）、风机和电机轴承采用进口设备，分转子进口和转子国产两种情况。
表71000MW机组风机设置方案经济性分析（单位：
万元）
合并方案
分设方案
差价
双级动调轴流引风机
单级动调轴流引风机
单级动调轴流增压风机
合计
两台合计
进口转子
1100
进口转子
640
进口转子
620
1260
320
国产转子
620
国产转子
430
国产转子
410
840
400
单级静调轴流引风机
单级静调轴流增压风机
进口转子
540
进口转子
540
1080
-40
国产转子
300
国产转子
300
600
-40
由表7可知，如分设模式的引风机和脱硫增压风机都采用动调风机，分设模式两台风机价格之和比合并模式的单台风机高160～220万元；如都采用静调风机，分设模式比合并模式低20万元。
由上述对比可知，对于1000MW机组，如分设方案的引风机和脱硫增压风机都采用动调风机，分设方案比合并方案每台机组高320万元～400万元；如都采用静调风机，分设方案比合并方案每台机组低40万元。
对于联合风机转子型式，由于最近几年装备制造业的迅猛发展，目前对于上面提到的几种选型参数，国内已经有风机厂家可以生产单级动调轴流联合引风机。
单级风机的价格比双级风机的价格又有一定程度的下降。
由上面的分析可以得出，通常联合引风机的方案和分设风机的方案相比在初投资上能节省比较可观的费用，在选型风机的型式差异较大时合并方案与分设方案仍能基本持平。
4.3600MW级机组不同设置方案运行费用分析
600MW机组引风机和增压风机不同设置方案的电耗见表8。
表8600MW级机组风机在不同负荷时电耗分析
序
号
项目名称
单位
分设方案I
合并方案
增压风机
引风机
1
机组100%负荷
锅炉90%MCR
风机效率
%
88
85
87
风机轴功率
kW
2491
2676
3866
2
机组75%负荷
锅炉67.5%MCR
风机效率
%
79
80.7
78.6
风机轴功率
kW
1762
1973
2785
3
机组55%负荷
锅炉50.5%MCR
风机效率
%
74
75
71.8
风机轴功率
kW
1394
1558
2018
4
机组35%负荷
锅炉33.5%MCR
风机效率
%
55
55
52
风机轴功率
kW
1294
1390
2008
5
风机年耗电量
万kW.h
1393
1519
2158
根据上表的数据按厂用电计算运行费用，取电价为0.19元/kW.h。
则每台炉分设方案每年运行费用0.19×（1393+2×1519）＝842万元；合并方案每年运行费用0.19×2×2158＝820万元，节约22万元。
4.31000MW级机组不同设置方案运行费用分析
1000MW机组引风机和增压风机不同设置方案的电耗见表9。
表91000MW级机组风机在不同负荷时电耗分析
项目
单位
X电厂合并方案
T电厂分设方案
联合引风机
引风机
增压风机
100%负荷运行时间
h
2100
2100
2100
100%负荷风机功率
kW
5526
3963
1805
100%负荷风机电耗
kW·h
11604600
8322300
3790500
75%负荷运行时间
h
2800
2800
2800
75%负荷风机功率
kW
2712
2241
1258
75%负荷风机电耗
kW·h
7593600
6274800
3522400
50%负荷运行时间
h
2600
2600
2600
50%负荷风机功率
kW
1541
1384
706.5
50%负荷风机电耗
kW·h
4006600
3598400
1836900
风机的年运行电耗
kW·h
23204800
18195500
9149800
风机台数
2
2
2
年电耗
kW·h
46409600
54690600
年电耗差
kW·h
基准
8281000
根据上表的数据按厂用电计算运行费用，取电价为0.19元/kW.h。
则每台炉分设风机方案每年运行耗电费用0.19×54690600＝1039万元；合并风机方案每年运行耗电费用0.19×46409600＝882万元，节约157万元。
上述对比是基于两家不同电厂的1000MW级机组的设计选型参数所做的比较。
5、结论
5.1采用引风机和脱硫增压风机合并设置方案，技术上可行而且经济，新建大型火电厂宜优先考虑设置联合引风机的方案。
5.2采用引风机与脱硫增压风机合并设置方案，不仅节省设备初投资节约脱硫岛吸收区占地，而且节电效果明显，运行维护费用较低，符合基建原则。
5.3采用引风机和脱硫增压风机合并设置方案，调节对象单一，烟气系统响应负荷变化较分设方案迅速、准确，运行可靠。
5.4采用引风机与脱硫增压风机合并设置方案，联合引风机压头较高，有些厂家往往需要两级叶轮。
国产引风机在这方面的业绩还不太多。
对于1000MW级机组，联合引风机的关键部件宜采用进口。
5.5在FGD停运和低负荷时，联合引风机的运行效率不高。
因此，在联合引风机的选型上宜优先采用动叶可调轴流式风机以提高在FGD解列时和机组部分负荷下的风机效率，提高风机跟踪负荷的灵敏性。
参考文献
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火电厂湿法烟气脱硫技术手册。
中国电力出版社
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引风机和增压风机合二为一模式的探讨。
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电力技术经济，Vol.19No.3Jun.2007
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科技情报开发与经济，2007年第17卷第36期
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1000MW机组引风机与增压风机合并设置的应用。
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烟气脱硫增压风机的选型。
山东电力技术，2005年第5期
升级会员 