華能沁北電廠增壓風機入口負壓設定值對機組節能運行的影響

吳偉，程世軍，王東振

(華能沁北發電有限責任公司，河南省濟源市 454662)

0 引言

火力發電廠生產工藝環節多，節能降耗的潛力巨大，目前發電廠節能降耗技術已經逐漸成熟，如少油點火技術、采用變頻電機運行技術以及采用超臨界等高參數運行技術等［1］。近年來隨著煙氣脫硫系統的投入運行，在生產過程中通過運行調整也可以明顯達到節能降耗的目的，特別是設置了增壓風機的脫硫系統在與主機引風機協調運行上還是有潛力可以發掘的［2-9］。這種工藝系統在脫硫系統正常運行過程中，需要控制增壓風機入口負壓或引風機出口壓力來滿足生產的正常需求。但增壓風機入口負壓的控制數值各廠或各脫硫公司均不盡相同，大部分廠家或公司基本上都設定在－200 Pa左右，因此造成了脫硫增壓風機和機組引風機電功率的浪費。本文嘗試在機組運行時保持鍋爐爐膛負壓不變的情況下，通過改變增壓風機入口負壓設定值，研究增壓風機和引風機消耗的總電功率的變化趨勢，為火電廠脫硫系統的節能降耗工作積累經驗，并為電廠集控人員運行調整指明方向。

1 試驗項目背景

華能沁北電廠一、二期工程共裝設4臺超臨界機組(4×600 MW)，每臺鍋爐最大連續蒸發量為1 900 t/h。一期2×600 MW超臨界燃煤機組于2004年底全部投產，二期2×600 MW超臨界燃煤機組于2007年底全部投產并同步投運脫硫裝置，同時對一期機組進行改造安裝脫硫設施。該電廠脫硫島采用設計－采購－施工(engineer-procure-construct，EPC)總包方式建設，于2007年底至2008年初陸續完成調試以及性能考核試驗工作。該電廠煙氣脫硫工程，采用石灰石－石膏濕法、一爐一塔脫硫裝置。從鍋爐引風機后的總煙道上引出的煙氣，通過增壓風機升壓接入煙氣－煙氣換熱器降溫，然后再進入吸收塔，在吸收塔內脫硫凈化，經除霧器除去水霧后，再接入主體發電工程的煙道經煙囪排入大氣。在主體發電工程煙道上設置旁路擋板門，當鍋爐啟動、進入煙氣脫硫裝置(flue gas desulfurization，FGD)的煙氣超溫或小于FGD最低負荷或FGD裝置故障停運時，煙氣由旁路擋板經煙囪排放。

2 增壓風機入口負壓定值與風機耗功關系試驗

華能沁北電廠一、二期工程2臺引風機并列運行并和增壓風機串聯運行，共同建立爐膛負壓，克服爐膛、煙風系統、電除塵器和脫硫煙氣系統的阻力并將鍋爐燃燒產生的煙氣排向大氣。由于引風機、增壓風機各工況下的效率存在差異，引風機和增壓風機相同流量和總壓頭下如改變引風機和增壓風機的升壓比，則引風機和增壓風機總的功耗可能存在差異。為驗證該差異的存在并為風機的節能運行提供依據，特進行本項試驗。

2.1 試驗方案

在脫硫系統正常運行條件下，爐膛負壓設定值和機組負荷固定，通過改變增壓風機入口負壓設定值，記錄不同設定值下的增壓風機和引風機所消耗的電功率，并通過數據分析二者之和與增壓風機入口負壓設定值的關系，摸索出節能運行的最佳方案。同時為檢驗不同負荷下的工況是否存在差別，試驗選取300～600 MW多個工況點進行。

2.2 試驗條件

(1)脫硫系統在旁路擋板關閉和增壓風機動葉調節投入自動控制工況下運行。

(2)鍋爐空氣預熱器和煙氣換熱器(gas gas heater，GGH)差壓在正常值范圍內，因2號機組剛進行過檢修，因此選擇2號機組進行該試驗。

(3)鍋爐爐膛壓力設定值為－100 Pa，采集機組在350、400、500、600 MW各工況下，并且增壓風機入口壓力設定為100、50、0、－50、－100、－150、－200、－250、－300、－350、－400 Pa時的試驗數據。

2.3 試驗數據

(1)350、400、500、600 MW負荷下增壓風機入口負壓設定值與功率關系曲線如圖1所示。

圖1350 、400、500、600 MW負荷下增壓風機入口負壓設定值與功率關系曲線Fig.1Relation curves of entrance negative pressure of booster fan and power under 350，400，500，600 MW load

(2)不同負荷下增壓風機入口負壓設定值與各風機功率的匯總曲線如圖2所示。

圖2 不同負荷下增壓風機入口負壓設定值與各風機功率的匯總曲線Fig.2Relation curves of entrance negative pressure of booster fan and power under different load

2.4 試驗結論

(1)從綜合匯總曲線來看，在試驗壓力范圍內不同機組負荷下引風機和增壓風機總功率消耗均隨增壓風機入口壓力增大而降低。

(2)為達到節能運行的目的，可試探提高增壓風機入口壓力設定值。但提高增壓風機入口壓力設定值會使引風機工作點在流量－揚程曲線上上移，過于增大可能進入失速區。今后可采取循序漸進試探性增大增壓風機入口壓力的方法，達到引風機和增壓風機節能運行的目的。

3 引風機和增壓風機運行總功耗隨增壓風機入口壓力升高降低的原因

由于煙氣的可壓縮性強，隨著增壓風機入口煙氣壓力的增大，在引風機和增壓風機總的壓升相同時(相同的鍋爐煙氣流量引風機入口壓力和增壓風機出口壓力相同)引風機的壓出側、引風機至增壓風機入口煙道、增壓風機吸入側煙氣的比容降低。將煙氣視為理想氣體，根據理想氣體狀態方程來計算。另外標準煙氣的壓力、溫度分別為101 kPa、0℃。比容可按下式計算:

式中:v為標準狀態下煙氣比容;p=101 kPa;p'為實際煙氣的絕對壓力;t'為實際煙氣的溫度。

因此由于實際煙氣絕對壓力的升高造成比容降低，相同的煙氣流量煙氣的流速降低。上述區域煙氣流速降低使引風機和增壓風機的運行效率相對增大，同時煙道的運行阻力降低，因此引風機和增壓風機總的功率消耗相對降低。

4 結語

本文通過在正常生產中根據運行參數的調整發掘機組的節能降耗潛力，希望能為電力生產人員提供一些啟示和思路，但在實際工作中還要考慮到機組運行經濟性和安全性的統一。

致謝

在實驗過程和論文編寫過程中得到了相關專家熱心的幫助和沁北電廠運行人員的鼎力支持，在此表示誠摯感謝。

［1］QHB-J-08.L05—2009中國華能集團公司節能監督技術標準:火力發電廠節能監督技術標準［S］.北京:中國華能集團公司，2009.

［2］洪偉杰，陳亦濤.300 MW機組一次風機考慮節能的選型方法［J］.電力建設，2006，27(7):39-41.

［3］蔡爽，王東升，匡樂林.火電工程建設中節能降耗措施的探討［J］.電力建設，2008，29(5):69-72.

［4］姬中國，郭玉泉.在建大型火力發電廠節能分析與對策［J］.電力建設，2007，28(5):58-60.

［5］王家永.關于煙氣脫硫系統中增壓風機幾個問題的探討［J］.電力建設，2004，25(7):57-60.

［6］趙志丹，高奎，閆旭彥，等.百萬千瓦機組汽動引風機的控制策略［J］.電力建設，2011，32(7):73-78.

［7］田松峰，李瀅，周玉.引風機內顆粒沉積的數值模擬［J］.電力建設，2010，31(12):7-10.

［8］聶志剛，黃發菁，李雄浩.大型干法煙氣脫硫的引風機選型探討［J］.電力建設，2005，26(10):59-62.

［9］吳興偉.火電廠大機組鍋爐引風機選型的探討［J］.電力建設，2000，21(1):3-6.

(編輯:馬曉華)