300MW以上火电机组风机选型优化研究
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摘 要：目前，我国已投运的大型火电站中经常反应风机裕量选择过大，风机在低效区运行，经济性差，可靠性低。究其原因，最主要的是所选风机的特性是否与其工作的管网系统阻力特性相匹配。因此，风机与锅炉烟风系统匹配极为重要。本文主要就风机参数选择进行设计优化。
关键词：300MW;火电机组;风机
中图分类号：TH43 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）24-0000-00
随着火电厂往大容量高参数形势发展，在火电厂烟风系统设计中，对风机运行经济性和可靠性的要求越来越高，而风机的选型设计参数是否合理成为了烟风系统设计的重中之重，选择风机时，并不宜选择裕量过大的风机，否则无法保障风机的稳定高效，极易造成风机在运行过程中长期脱离高效区，甚至可能导致轴流风机失速（喘振）等各种问题而影响到风机运行的稳定性，从而威胁火力发电机组的安全经济和高效。同时，如果选择裕量过小的风机类型，则容易造成辅机限制主机出力的情况，同样影响活力发电机组的经济高效运行。
1 研究背景
目前，国内火力发电机组的风机选型参数的基本原则是按照GB50660-2011《大中型火力发电厂设计规范》，其中，设计单位在进行烟风系统设计时，无法明确锅炉本体的烟风量以及烟风系统阻力，则需要设备厂商进行确定，而风机以及其他辅机设备的出力大小、系统阻力大小、是否存在漏风及漏风程度等由辅机设备厂商进行明确，设计单位再根据主辅机厂所明确的各项参数指标，在充分研究烟风系统本身的各项阻力标准，详细的管路走向，存在的阻力参数等内容，再计算出风机在火电厂各项运行工况下的基本指标和各项参数，将完善后的指标对比后提供给辅机设备商进行基础选择。在设计的正常情况下，需要提供给辅机设备厂商如下几个如下几个工况下的基础指标：TB、BMCR 、BRL和低负荷工况，但由于工作衔接和内容有效性等问题，主机和辅机设备厂商无法准确提供低负荷工况时的设备阻力情况、设备基础参数等指标数值时，极易造成风机按照原定的参数选型失误。
为了节能降耗，保证风机安全、经济、稳定地运行，必须对各个环节严格把关，逐步落实锅炉厂和辅机制造厂各部分的阻力值及漏风系数，并要求锅炉厂和辅机制造厂提供给设计院的各个工况下的阻力值不含裕量。设计院将锅炉厂、辅机制造厂和设计院三方的阻力值叠加，统一考虑裕量。
2优化过程
2.1 锅炉厂及辅机厂优化内容
（1）在锅炉招标时要求锅炉厂采取措施提高锅炉效率。
（2）在锅炉招标时锅炉厂采取措施降低燃烧器一次风侧和二次风侧的阻力，并提供了各个工况下阻力值。
（3）在锅炉招标时锅炉厂采取措施降低空预器的漏风率，保证空预器在机组额定出力时的漏风率1年内不超过4%，1年后不超过5%。
（4）在锅炉招标时锅炉厂优化吹灰系统，避免因积灰增加而增大受热面的阻力，保证各工况下锅炉本体阻力在设计范围内。
（5）严格控制各辅机的阻力值。已往电除尘器和磨煤机厂家仅提供一个最大阻力值，致使低负荷时风机的特性与其工作的管网系统阻力特性不匹配，风机在低效区运行，不经济。辅机招标时严格要求辅机厂提供各种工况下的阻力值，以保证风机高效运行。
（6）严格控制电除尘器和烟道的漏风率。要求电除尘器厂保证漏风率小于1%，并加强现场施工管理，保证烟风道的施工质量，控制烟风道的漏风率。
2.2 设计选型优化内容
（1）根據当地的平均相对湿度、气压及气温选取当地湿空气标准状况下的密度，使风机入口的体积流量更接近实际值。
（2）300MW等级机组一次风机压头较高风量较低，选用动调风机压头和风量不易匹配，故工程中一次风机优先选用离心式加变频控制的方式。
（3）计算了从BMCR～30%额定工况的风机选型参数，使风机选型更准确。
（4）风道在烟风系统运行时流量测量过程中，一般可充分要求使用插入式的巴氏流量测量装置，这样可以暂时不考虑其对阻力的影响。
（5）合理选择管道截面尺寸，选取合适的流速，减小局部阻力和沿程摩擦阻力。
（6）在空间允许的情况下，烟风道布置尽量采用缓转弯头，尽量消除直角。当进行烟风道变更方向时采用内弯的弯头进行收缩，需要扩散并急弯时宜在面积固定相等时进行设计。
（7）烟风道详图设计中合理设计内撑杆型式，保证安全运行前提下尽量不设置内撑杆，以减小阻力。
（8）冷风道和热风道均存在一次风过程，在设计过程中应按照要求采用圆形管道便于减少阻力，同时风道加固系统较少时可不预设内撑固定物，以减少阻力。
（9）烟风道详图设计中合理设计导流板、导向叶片，与内撑杆协调布置，减小阻力。
（10）电除尘器前后烟道优化布置，与电除尘器厂紧密配合，通过气流分布模型试验，使烟气流场分布均匀，提高电除尘器收尘效果，减小阻力。
（11）明确设备制造厂设计供货范围内的阻力均由厂家考虑，并提供气压修正后的阻力值，避免重复修正。
3 裕量选取的依据
风机选型设计参数（TB工况参数）是在锅炉最大连续出力（BMCR工况）时所需风（烟）量及系统总阻力的基础上再加一定裕量确定的。其中裕量的选取可根据大火规，具体裕量选取描述如下：
（1）《火力发电厂设计技术规程》（DL 5000-2000），以下简称“现行版大火规”。三分仓空气预热器正压直吹式制粉系统一次风机、送风机、引风机裕量选取描述如下：
1）一次风机裕量的选取。风量裕量宜不小于35%，另加温度裕量，可按“夏季通风室外计算温度”来确定;风机的压头裕量宜为30%。 2）送风机裕量的选取。风量裕量不低于5%，另加温度裕量，可按“夏季通风室外计算温度”来确定;送风机的压头裕量不低于10%。
3）引风机裕量的选取。风量裕量不低于10%，另加不低于10℃的温度裕量;引风机的压头裕量不低于20%。
（2）《大中型火力发电厂设计规范》（报批稿）以下简称“新版大火规”。三分仓空气预热器正压直吹式制粉系统一次风机、送风机、引风机裕量选取描述如下：
1） 一次风机裕量的选取。风机的风量裕量宜为20%～30%，另加温度裕量（可按“夏季通风室外计算温度”来确定）;风机的压头裕量宜为20%～30%。
2）送风机裕量的选取。风机的风量裕量不低于5%，另加温度裕量（可按“夏季通风室外计算温度”来确定）;风机的压头裕量不低于15%。
3）引风机裕量的选取。风机的风量裕量不低于10%，另加10℃～15℃的温度裕量;风机的压头裕量不低于20%。
（3）中国华能集团公司火电工程设计导则《火电工程设计导则》第一部分（2010版）。三分仓空气预热器正压直吹式制粉系统一次风机、送风机、引风机裕量选取描述如下：
1）一次风机裕量的选取。对于锅炉采用三分仓空气预热器正压直吹式制粉系统的冷一次风机，风机风量裕量宜选取10%～20%，另加温度裕量，可按“夏季通风室外计算温度”来确定，对于空冷机组宜取下限值;风机压力裕量宜为20%。
对300MW以上容量机组，每台锅炉配置2台动叶可调轴流式一次风机。
2）送风机裕量的选取。对于锅炉采用三分仓空气预热器时，送风机风量裕量宜选取5%～10%，另加温度裕量，可按“夏季通风室外计算温度”来确定，对于空冷机组宜取下限值;送风机压力裕量按风量裕量的平方选取，即10%～20%，对于空冷机组宜取下限值。
对300MW以上容量机组，每台锅炉配置2台动叶可调轴流式送次风机。
3）吸风机裕量的选取。锅炉吸风机烟气量裕量为10%，另加12℃～15℃的温度裕量;风机压力裕量为20%。
对300MW及以上容量机组，每台锅炉配置2台静叶或动叶可调轴流式吸风机。
4 结论
现行版大火规和新版大火规及中国华能集团公司火电工程设计导则《火电工程设计导则》第一部分（2010版）在一次风机风量和压头裕量的规定差异较大，新版大火规尚未正式实施，但是通过上述各项的详细对比后发现，新版大火规以及华能公司的上述设计规定均无法有效避免因风机参数设定不合理，进行大裕量的風机选择后，导致的风机运行长期脱离高效区的问题。
5 完善过程及结论
风机选型优化主要是落实基准数据的准确性，严格按照外部资料和原始数据计算，确保每个数据的选取均有据可依。因《火力发电厂制粉系统设计计算技术规定》提供的阻力系数选择图表有一定的局限性，建议对已投运电厂阻力件的阻力值进行实测（同类机组至少三个电厂），根据实测值进行分析对比，并对计算值进行修正。
从风机选型数据进行分析，找出影响风机选型风量和压头的主要因素。阻力计算中设计院的烟风道阻力值只占了小部分，主要是锅炉本体、磨煤机、电除尘器、脱硝装置和脱硫装置等的设备阻力值。因此，设备制造厂所提供的阻力值的准确性直接影响风机压头的选取。烟风量计算中空预器和电除尘器的漏风量占据的比例较大，严格控制设备的设计制造质量，加强现场施工管理，使每一个环节都能达到设计值。
参考文献
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[4] 陈晓文，赵兴春，黄成，等.600MW机组超低负荷调峰中三大风机运行稳定性分析[J].发电设备，2017，31（6）：459.
收稿日期：2019-10-26
作者简介：廖翀（1988—），男，江西吉安人，研究生，电力工程师，研究方向：火电厂热机。
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