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300MW机组锅炉风机调节方式

及运行分析

摘要

300MW发电机组是目前国内电力系统的主力机组，风机是电站锅炉的主要辅机之一，也是电站锅炉的主要耗电设备，现代电站锅炉风机的耗电约占电厂厂用电的25%~30%，因此，风机的节能降耗对提高火力发电厂的机组运行热经济性有着十分重要的意义。

对国内的300MW火电机组而言，普遍存在一次风机选型裕量过大，因此在实际运行中，一次风机的实际运行效率远小于风机的设计效率，影响了机组运行的经济性。

针对这一问题，通过对彭城电厂和张家口电厂等300MW系列机组风机运行状况的分析，找出由于一次风机选型不当，风机导流器开度太小，由此使风机的实际运行效率大大降低，从而降低了机组运行的经济性。

为了提高风机运行的经济性，可采取的解决方法。

通过查阅针对上述问题的资料，熟悉有关电厂的风烟系统图，了解有关电厂风机型号和有关设备配备情况，结合有关现场运行资料，分析其风机装置及其系统的优点和不足之处，对一次风机系统运行经济性方面存在的问题提出改进意见，采取理论分析以及经济比较来论证改进意见的可行性和经济性。

通过采用计算、绘图、分析的方法分析得出采用变速调节的运行方式比其他运行方式不仅大大减少了节流损失，而且在很大的工况范围内都能使风机保持较高的运行效率。

本论文的研究内容对国内300MW系列发电机组的节能增效有一定的参考作用。

关键词：

一次风机；送风机；引风机；节能；经济性

摘要I

Abstract错误！

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1.绪论错误！

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1.1研究背景及意义错误！

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1.２风机运行现状错误！

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1.３研究内容错误！

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2风烟系统概况及一次风机的经济性分析错误！

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2.1华能上安电厂4#锅炉及制粉系统概况错误！

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2.1.1锅炉机组概况错误！

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2.1.2该机组制粉系统概况错误！

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2.2达旗电厂锅炉及制粉系统概况错误！

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2.2.1锅炉机组概况错误！

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2.2.2该锅炉制粉系统概况错误！

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2.3运行方式及经济性比较错误！

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2.3.1一次风机调节原理错误！

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2.3.2改变一次风机运行方式的必要性错误！

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2.3.2.1A一次风机在工况一时的效率计算错误！

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2.3.2.2B一次风机在工况一时的效率计算错误！

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2.3.2.3A一次风机在工况二时的效率计算错误！

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2.3.2.4B一次风机在工况二时的效率计算错误！

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2.3.2.5小结错误！

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2.4改变一次风机运行方式及其经济性比较错误！

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2.4.1两台一次风机并联运行错误！

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2.4.1.1上安电厂#4锅炉额定负荷时一次风机性能曲线错误！

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2.4.1.2达旗电厂锅炉带330MW机组额定负荷时风机性能曲线错误！

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2.4.1.3锅炉带210MW到220MW时一次风机性能曲线错误！

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2.4.1.4数据分析错误！

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2.4.2采用单台风机运行错误！

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2.4.2.1锅炉带额定负荷时采用单台运行错误！

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2.4.2.2锅炉带210MW-220MW负荷时采用单台运行错误！

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2.4.3采用切割叶片改造风机的方法错误！

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2.4.3.1切割定律错误！

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2.4.3.2切割方式错误！

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2.4.3.3一次风机切割叶片后锅炉带额定负荷时的性能曲线错误！

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2.4.3.4小结错误！

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2.4.4采用变速运行方式错误！

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2.4.4.1风机变速调节的基本原理错误！

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2.4.4.2锅炉带额定负荷时采用变速运行方式错误！

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2.4.4.3锅炉带210MW-220MW时采用变速运行方式错误！

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2.4.4.4上安电厂一期两台机组一次风机的比较错误！

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2.4.4.5变速方法错误！

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2.4.4.6小结错误！

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2.4.5对一次风机进行重新选型错误！

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2.4.6小结错误！

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3.送风机和引风机的经济性分析错误！

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3.1送风机的经济性分析错误！

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3.2引风机的经济性分析错误！

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结论错误！

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参考文献错误！

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致谢错误！

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外文文献翻译原文错误！

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外文文献翻译译文错误！

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1．绪论

1．1研究背景及意义

火力发电厂既是电能生产企业，也是耗能大户，要提高发电厂综合效益，必须降低厂用电率和发电煤耗。

300MW发电机组是目前国内电力系统的主力机组，风机是电站锅炉的主要辅机之一，现代电站锅炉风机的耗电约占电厂厂用电的25%~30%，因此，风机的节能降耗对降低火力发电厂厂用电具有十分重要的意义。

对国内300MW的火电厂而言，普遍存在一次风机选型裕量过大，因此实际运行时，一次风机的实际运行效率远小于风机的设计效率，影响了机组运行的经济性。

为了提高风机运行的经济性，通过对风机的选型、调节方式和节能降耗的分析来找到可采取的解决方法。

由于电的能价比高，在资金有限的情况下，积极引进节电项目能创造更大的效益。

如大家所知，火力发电厂辅机出力随发电机负荷的大小而变化一次风机作为主要辅机，基本上都采用控制风机导流器的开度来调节，而作为电动机消耗的能量变化则不大，以至于造成很大一部分能量损耗。

改为变频调节后，通过改变电机转速控制风压，实现调整风量的需要，减少节流损失，最终达到节电目的。

1．2研究内容

通过对国内有关300MW机组火电厂一次风机运行数据的分析，找出由于一次风机选型不当，风机导流器开度太小，由此使风机的实际运行效率大大降低，从而降低了机组运行的经济性。

为了提高风机运行的经济性，可采取的解决方法。

2彭城电厂风烟系统概况及一次风机的经济性分析

2．1彭城发电厂锅炉及制粉系统的概况

2．1．1300MW锅炉机组概况：

东方锅炉厂生产的DG1025/18.2-Ⅱ4型亚临界、中间再热、自然循环燃煤汽包炉。

2．1．2制粉系统概况：

型式：

中速磨正压冷一次风直吹式

磨煤机：

5台ZGM95G型中速磨煤机，北京电力设备总厂生产。

磨煤机标准出力：

56.9t/h，最大出力：

47.9t/h（校合煤种），MCR出力：

36.17t/h（设计煤种），通风阻力：

6.38Kpa,入磨一次风量：

31000-53800nm3/h。

出力范围：

额定出力的40%-100%。

一次风量范围：

额定风量75%-100%。

此范围内一次风量与出力呈线性关系，磨煤机风煤质量比：

1.577KG/KG。

磨煤机调整方式：

通风量低于75%额定通风量时，采用逐台停用磨煤机方式，以适应锅炉负荷的要求。

通常情况下：

锅炉机组带150-180KW时，运行两台磨煤机，180-250MW时采用三台两台磨煤机运行，250-300MW时四台磨煤机运行。

根据实际运行数据，当燃煤低位热量在23MJ/KG时，一次风漏风系数<20%,

一台一次风机运行时能满足两台磨煤机运行所需的风量，特殊情况能保持三台磨煤机运行所需的风量。

最高可带250MW负荷。

2．1．3一次风机型号：

2008B/1104单吸离心式通风机，上海鼓风机厂生产叶轮直径：

1104mm；设计进风温度：

20℃；

最大工况：

流量66.581m³/s、全压16481Pa、转速1475r/min、全压效率82%、轴功率1215KW；

额定工况：

流量52.2m³/s、全压15657Pa、转速1475r/min、全压效率77.5%、轴功率1007KW。

驱动电机：

型号为YKK560-3-4，东方电机厂生产；额定电压6000V；转速1489r/min；额定功率1600KW。

电机额定电流192A。

2．1．4预热器：

三分仓，预热器的漏风率小于20%。

2．2一次风机改变速调节的必要性

2．2．1一次风机性能曲线

图2-12008B/1104单吸离心式一次风机的性能曲线

一次风机在叶轮进口前侧设置一组可调节转角的导流叶片，称为入口导流器，改变入口导流器的安装角，可以改变风机的性能曲线，从而改变工作点的位置，起到调节流量的目的。

图1所示从纵坐标出发的一组曲线就是在入口导流器调节时的风机性能曲线p-q。

说明：

图中纵坐标为叶轮全压升，横坐标是体积流量，从上到下是倒也开度为+15°、0°、-30°、-50°、-70°、-80°、-85°的P-QV性能曲线，从M点附近向外扩展的虚线为风机效率曲线。

M、E点是风机设计最大工况和额定工况的工作点。

叶片与气流方向一致时，开度为0度，导叶关小时，开度为负值。

风机最高效率为85%，当入口导叶从全开放向向关的方向关小时，风机工作点下移，风机效率下降，当制粉系统阻力增加时，工作点向左偏移，效率下降。

2．2．2一次风机运行特点

2．2．2．1运行功能：

一次风主要承担干燥燃料，输送每份，参与炉膛燃烧。

一次风率25%。

2．2．2．2一次风机宽裕容量：

1）设计时一次风机风压备用容量1.3，

2）风量备用容量1.5-1.7，

3）功率备用容量1.5-1.7，

4）最大运行方式功率备用容量>1.3。

例如：

根据制造厂日工的参数，按最大入磨一次风量计算，平时满负荷时4台磨运行，所需最大入磨风量为215200nm3/h，合59.8nm3/s，考虑预热器漏风率为30%，实际需要风量77.7NM3/S；锅炉厂家提供的MBC工况一次风量70.69m3/s，考虑预热器漏风率后一次风量为91.89m3/s，而两台风机铭牌最大总风量为133m3/s，是实际需要风量的1.45-1.7倍。

2．2．3两台一次风机并列运行工况

2．2．3．1并列运行主要特点是：

1）一次风机的性能曲线仅又入口导叶角度决定；

2）母管并列门打开时，出口全压基本一致；

3）总流量等于两台风机流量相加；

4）每台磨的风量由冷、热风门控制；

5）每台风机的流量主要由各自的入口导叶角度决定；

6）系统阻力由一次风流量、冷、热风门开度、磨的煤量及系统固有的阻力等决定。

2．2．3．2锅炉带300MW时一次风机性能曲线

1）两台一次风机入口导叶开度一致时

P,Pa

20000

Ⅰ+Ⅱ

15000ABM

Ⅲ

Ⅰ、Ⅱ

10000-63°

Ⅳ

204047.260809094.4qv,m3/s

图2-2两台一次风机并列运行锅炉带300MW时的性能曲线

图2-2中Ⅰ、Ⅱ曲线是A、B一次风机各自的性能曲线，由于风机型式、性能均相等，入口导叶都控制在-63°，故两条线重合，Ⅲ是并列运行后的性能曲线，是通过流量叠加后获得，Ⅳ是制粉系统带300MW时的管网阻力特性曲线，并列运行点M，流量为94.4m3/s，折合入磨一次风流量305t/h，风机全压15.05Kpa，单台一次风机轴功率994KW。

A、B点是A、B一次风机各自的工作点，这时是A、B一次风机的出口风压是一致的。

如果风机入口导叶不作调整，知识改变磨煤机的风门开度，如关小风门挡板，系统阻力增加，管网阻力特性曲线变陡，风机流量减少，母管压力增加，直到在一个新的工作点稳定工作。

2）一次风机入口导叶开度不一致时

P,Pa

20000

Ⅳ

15000ABM

10000Ⅲ-76°

ⅠⅡ-30°

5000

203040608094.4qv,m3/s

图2-3两台一次风机并列运行锅炉带300MW时的性能曲线

A、B一次风机入口导叶开度不一致，如图2-3同样是300MW负荷，性能曲线不一样，A一次风机入口导叶开度为-76°，B一次风机入口导叶开度为-30°，A一次风机轴功率为718KW，B一次风机轴功率为1280KW，总功率略有升高，所以一般将两台风机的入口导叶调节得基本相等较好。

2．2．3．3锅炉带150MW时的性能曲线

P,Pa

20000

15000

12000A、BM

10000ⅣⅢ

Ⅰ、Ⅱ

5000-86°

2030406080qv,m3/s

图2-4两台一次风机并列运行锅炉带150MW时的性能曲线

图2-4中Ⅰ、Ⅱ曲线是A、B一次风机各自的性能曲线，A、B一次风机入口导叶开度均为-86°，Ⅲ是并列运行后的性能曲线，Ⅳ是制粉系统带150MW时的管网阻力特性曲线，并列运行点M，总流量为52.4m3/s，折合入磨一次风流量176t/h，风机全压12.6KPa，一次风机轴功率为660KW。

2．2．3．4锅炉带210MW时的性能曲线

P,Pa

20000

Ⅰ+Ⅱ

15000A、BM

Ⅲ

10000Ⅰ、Ⅱ

-70°

5000Ⅳ

2030406080qv,m3/s

图2-5两台一次风机并列运行锅炉带210MW时的性能曲线

说明：

A、B一次风机入口导叶开度均为-65°，总流量为80m3/s，折合入磨一次风流量为215t/h，风机全压14.8Kpa，一次风机轴功率为858KW。

2.2．4一次风机试验数据

表2-12号炉一次风机改前的运行试验参数

名称

MCR工况

300MW工况

210MW工况

150MW工况

出口全压,Pa

16246

15040

14798

12721

出口风量,m3/s

Kg/s

66.06

82.32

47.2

59.07

40.2

50.54

26.2

32.7

全压效率,%

81.8

47.5

风机轴功,KW

1339

994.28

858.87

659.85

风机轴功率,KW

1339

994.28

858.87

659.85

电机输入功率,KW

1454.08

1078.97

932.04

716

风机有效功率,KW

1013.46

674.78

569.84

322.78

风机设备功率,KW

69.75

62.54

61.14

45.08

表2-1是#2炉一次风机在风机叶轮切割前，锅炉运行在MCR、300、210、150MW四个工况下的A侧一次风机的全压、风量、电机电流、轴功率等的一组试验数据。

试验数据分析：

1）锅炉在额定工况下运行时其出力约为其最大出力的72%，此时风机入口挡板开度为-63%，风机电流为129A，风机全压效率、设备效率均很低。

2）锅炉在2100MW、1500MW运行时其出力约为其最大出力的61%、39%，此时风机入口挡板开度为-70%、-83%，风机电流为116A、95.5A，设备效率只有61.4%、45.08%。

3）锅炉负荷下降，流量、全压下降、150MW时出口全压为12721Pa，可以进一步调低，但因为冷风木管容量较小，磨的冷风门开度已较大，裕度不大了。

300MW时，磨的冷风门开度较小，尚有一定的裕度。

由上可见一次风机运行效率很低，采用变速调节的方法，把富裕容量和调峰运行时多余的容量节约下来，确实十分必要。

2．2．5彭城发电厂发电负荷特性

汽轮发电机组投产以来，主要承担华东江苏电网的调峰任务，虽然近两年江苏省用电量上升势头较大，但峰谷差也在不断扩大，预见今后调峰任务仍然会十分繁重。

此外该电厂还受到50万伏线路口子限制等多方面的原因，发电设备利用小时、负荷率都比华东地区电厂平均水平低，由于机组经常在低于额定负荷运行，厂用辅机绝大部分无法随发电量减少而部分停用，发电量越少，厂用电率越高，锅炉、汽机辅机单耗增加，厂用电率上升，严重影响了电厂经济效益。

全年负荷经归算以及一次风机的耗电量水平列于表2-2：

表2-2#1机负荷特性及一次风机的耗电情况全年发电量161499万千瓦时

机组负荷

100%

90%

80%

70%

50%

全年

年运行小时

501

929

1396

2442

2440

7708

时段电量

15030

25083

33504

51282

36600

161499

一次风机平均单耗，kwh/t煤

19.82

20.74

22.66

23.66

26.29

23.26

一次风机耗电量，kwh

100万

174万

253万

405万

321万

1253万

一次风机耗电率，%

0.665

0.694

0.755

0.786

0.877

0.7758

从表2-2可见，机组在270MW以上运行的时间较少，只占全年运行小时的四分之一，210MW以下运行的时间较多，占全年运行小时的二分之一多，这段时间一次风机的效率较低，单耗较高，对厂用电率影响特别大。

2．3一次风机改变速调节的可行性

2．3．1变速调节的可行性

2．3．1．1转速变化对一次风机工作效率的影响

根据风机的相似定律，变速前后的流量、扬程、功率与转速的关系，为：

（3-1）

（3-2）

（3-3）

式中qv1、H1、P1——风机在n1转数时流量、全压、轴功率

qv2、H2、P2——风机在n2转数时流量、全压、轴功率

由式（3-1）、（3-2）、（3-3）可知，在两台风机相似工况条件下，风机的转速与流量成正比，与全压成平方比，与轴功率成立方比。

在一次风机运行中，一次风流量随锅炉负荷即磨煤机的出力经常进行调整，如将改变入口导叶开度调节方式改为调节电机的转速调节流量，可以节约大量的能量，其节电效果与转速降低呈立方的关系，但转速不能无限制下降，因为作为一次风必须保持稳定的母管风压，在300MW-150MW范围内，风压在12Kpa以上变化，而风量必须高于磨煤机额定风量的75%，方能保持磨煤机及制粉系统的正常运行。

（风机相似工况条件：

风机几何相似，转速相差小于20%的两个工况为相似工况，几何相似风机的性能曲线与同一管网阻力曲线的交点是相似工况点，可较准确地计算出并列运行点的参数。

）

2．3．1．2变速调节时风机的性能曲线

J/Kg21%42%

1286931.5%52.5%63%68.3%73.5%78.8%82%84%85.1%84%81.9%

10.5%n=100%

10400n=90%

7800

520n=80%

n=70%

n=60%

2600n=50%

n=40%

1020304050qv,m3/s

图2-61008B/1050一次风机不同转速的性能曲线

图中给出5个不同工况下运行点，其参数见表2-3。

表2-3风机工作参数表

一次风机

80%TB

60%TB

40%TB

70%压力

体积流量,m3/s

59.52

47.36

35.52

23.64

49.94

质量流量,Kg/s

71.34

57.07

42.8

28.49

49.94

比输传功,J/Kg

12868

8391.6

4792.6

2153.6

9035

风机总压升,Pa

16372.1

10477.4

5893.5

2619

11311.4

风机静压升,Pa

14335

9174.4

5160.6

2294.3

10313.8

用户压升,Pa

15665

10025.6

5639.4

2506.4

10965.5

出口动压,Pa

1330

851.2

478.8

212.1

651.7

其他损失,Pa

707.2

451.8

254.2

112.6

346

进口压力,Pa

进口温度,℃

进口密度,Kg/m3

1.205

压缩系数

0.947

0.965

0.98

0.998

0.962

全压效率,%

84.3

84.5

84.4

84.5

风机转速,r/min

1475

风机轴功率,KW

1088.8

566.7

243.1

72.2

533.6

续表2-3风机工作参数表

电机转速,r/min

1475

电机功率,KW

1250

由上表可见，当采用速度调节时，全压效率较高，但根据磨煤机的正常通风要求，低负荷时需保持在较高的一次风管压力数值，以便克服制粉系统阻力，并使一次风管风速达到22m/s左右。

现以2号工况为例：

两台风机转速1180r/min，风机出口风量为2×205t/h，入磨一次风量2×164t/h，按风煤比1.75计算，可满足锅炉在低限煤质时带300KW负荷的需要。

但是风机的总压升只有10025.6Pa，不足以克服系统阻力，所以风机的最低转速应大于1180r/min。

结论：

1）用转速调节在一定范围内可以满足锅炉燃烧的要求。

2）应确定各负荷段的转速范围，满足系统对风压、流量的需要。

3）由于转速与流量、全压的关系比较简单明确，对实现自动调节十分有利。

2．3．2风机采用变速调节的运行特性

P,Pa

14300Ⅰ

MⅠ+Ⅱ

11500ⅡBA

Ⅳ

1020304050607080qv,m3/s

图2-7不同转速同型号风机并列运行性能曲线

说明：

Ⅰ、Ⅱ为A风机P-qv性能曲线；Ⅰ+Ⅱ为A、B风机并列运行时P-qv性能曲线；Ⅳ为管路性能曲线。

并联运行后的的性能曲线Ⅰ+Ⅱ与管路特性曲线Ⅳ相交于M点，该点即是并联运行时的工作点，这时流量为qw，全压为PM,B、A点位B、A风机各自的流量分配点：

流量为qb、qa，全压为Pb、Pa。

2．3．2．1并联运行的特点是：

1）全压彼此相等，总流量为每台风机输送流量之和，即qM=qb+qa。

2）转速小的风机如B，风机输出流量较少。

3）关小磨煤机的入口风门，总流量减少，风机出口压力升高，B风机输出流量减少较明显，总流量进一步减少时甚至没有流量输出。

4）并联时应注意流量分配较均匀。

转速基本相等，并能根据风压自动地调整转速，满足锅炉燃烧需要。

2．3．2．2安全经济性分析

1）锅炉预热器通过一次风量相同，排烟温度相差较小，一次风热风温度一致，对提高锅炉热效率有利。

2）采用变频启动，两台电机同时受益，对减少电机绝缘老化，改善轴承温度等都有明显的效果。

3）由于两台风机转速相近，速度变化流量、风压变化趋势相同，运行人员便于控制。

4）容易实现自动控制。

由于两台风机性

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