300MW以上火電機組風機選型優化研究

廖翀 鄭海濤

摘? 要：目前，我國已投運的大型火電站中經常反應風機裕量選擇過大，風機在低效區運行，經濟性差，可靠性低。究其原因，最主要的是所選風機的特性是否與其工作的管網系統阻力特性相匹配。因此，風機與鍋爐煙風系統匹配極為重要。本文主要就風機參數選擇進行設計優化。

關鍵詞：300MW;火電機組;風機

中圖分類號：TH43? 文獻標識碼：A ? ?文章編號：1671-2064（2019）24-0000-00

隨著火電廠往大容量高參數形勢發展，在火電廠煙風系統設計中，對風機運行經濟性和可靠性的要求越來越高，而風機的選型設計參數是否合理成為了煙風系統設計的重中之重，選擇風機時，并不宜選擇裕量過大的風機，否則無法保障風機的穩定高效，極易造成風機在運行過程中長期脫離高效區，甚至可能導致軸流風機失速（喘振）等各種問題而影響到風機運行的穩定性，從而威脅火力發電機組的安全經濟和高效。同時，如果選擇裕量過小的風機類型，則容易造成輔機限制主機出力的情況，同樣影響活力發電機組的經濟高效運行。

1 研究背景

目前，國內火力發電機組的風機選型參數的基本原則是按照GB50660-2011《大中型火力發電廠設計規范》，其中，設計單位在進行煙風系統設計時，無法明確鍋爐本體的煙風量以及煙風系統阻力，則需要設備廠商進行確定，而風機以及其他輔機設備的出力大小、系統阻力大小、是否存在漏風及漏風程度等由輔機設備廠商進行明確，設計單位再根據主輔機廠所明確的各項參數指標，在充分研究煙風系統本身的各項阻力標準，詳細的管路走向，存在的阻力參數等內容，再計算出風機在火電廠各項運行工況下的基本指標和各項參數，將完善后的指標對比后提供給輔機設備商進行基礎選擇。在設計的正常情況下，需要提供給輔機設備廠商如下幾個如下幾個工況下的基礎指標：TB、BMCR 、BRL和低負荷工況，但由于工作銜接和內容有效性等問題，主機和輔機設備廠商無法準確提供低負荷工況時的設備阻力情況、設備基礎參數等指標數值時，極易造成風機按照原定的參數選型失誤。

為了節能降耗，保證風機安全、經濟、穩定地運行，必須對各個環節嚴格把關，逐步落實鍋爐廠和輔機制造廠各部分的阻力值及漏風系數，并要求鍋爐廠和輔機制造廠提供給設計院的各個工況下的阻力值不含裕量。設計院將鍋爐廠、輔機制造廠和設計院三方的阻力值疊加，統一考慮裕量。

2優化過程

2.1 鍋爐廠及輔機廠優化內容

（1）在鍋爐招標時要求鍋爐廠采取措施提高鍋爐效率。

（2）在鍋爐招標時鍋爐廠采取措施降低燃燒器一次風側和二次風側的阻力，并提供了各個工況下阻力值。

（3）在鍋爐招標時鍋爐廠采取措施降低空預器的漏風率，保證空預器在機組額定出力時的漏風率1年內不超過4%，1年后不超過5%。

（4）在鍋爐招標時鍋爐廠優化吹灰系統，避免因積灰增加而增大受熱面的阻力，保證各工況下鍋爐本體阻力在設計范圍內。

（5）嚴格控制各輔機的阻力值。已往電除塵器和磨煤機廠家僅提供一個最大阻力值，致使低負荷時風機的特性與其工作的管網系統阻力特性不匹配，風機在低效區運行，不經濟。輔機招標時嚴格要求輔機廠提供各種工況下的阻力值，以保證風機高效運行。

（6）嚴格控制電除塵器和煙道的漏風率。要求電除塵器廠保證漏風率小于1%，并加強現場施工管理，保證煙風道的施工質量，控制煙風道的漏風率。

2.2 設計選型優化內容

（1）根據當地的平均相對濕度、氣壓及氣溫選取當地濕空氣標準狀況下的密度，使風機入口的體積流量更接近實際值。

（2）300MW等級機組一次風機壓頭較高風量較低，選用動調風機壓頭和風量不易匹配，故工程中一次風機優先選用離心式加變頻控制的方式。

（3）計算了從BMCR～30%額定工況的風機選型參數，使風機選型更準確。

（4）風道在煙風系統運行時流量測量過程中，一般可充分要求使用插入式的巴氏流量測量裝置，這樣可以暫時不考慮其對阻力的影響。

（5）合理選擇管道截面尺寸，選取合適的流速，減小局部阻力和沿程摩擦阻力。

（6）在空間允許的情況下，煙風道布置盡量采用緩轉彎頭，盡量消除直角。當進行煙風道變更方向時采用內彎的彎頭進行收縮，需要擴散并急彎時宜在面積固定相等時進行設計。

（7）煙風道詳圖設計中合理設計內撐桿型式，保證安全運行前提下盡量不設置內撐桿，以減小阻力。

（8）冷風道和熱風道均存在一次風過程，在設計過程中應按照要求采用圓形管道便于減少阻力，同時風道加固系統較少時可不預設內撐固定物，以減少阻力。

（9）煙風道詳圖設計中合理設計導流板、導向葉片，與內撐桿協調布置，減小阻力。

（10）電除塵器前后煙道優化布置，與電除塵器廠緊密配合，通過氣流分布模型試驗，使煙氣流場分布均勻，提高電除塵器收塵效果，減小阻力。

（11）明確設備制造廠設計供貨范圍內的阻力均由廠家考慮，并提供氣壓修正后的阻力值，避免重復修正。

3 裕量選取的依據

風機選型設計參數（TB工況參數）是在鍋爐最大連續出力（BMCR工況）時所需風（煙）量及系統總阻力的基礎上再加一定裕量確定的。其中裕量的選取可根據大火規，具體裕量選取描述如下：

（1）《火力發電廠設計技術規程》（DL 5000-2000），以下簡稱“現行版大火規”。三分倉空氣預熱器正壓直吹式制粉系統一次風機、送風機、引風機裕量選取描述如下：

1）一次風機裕量的選取。風量裕量宜不小于35%，另加溫度裕量，可按“夏季通風室外計算溫度”來確定;風機的壓頭裕量宜為30%。

2）送風機裕量的選取。風量裕量不低于5%，另加溫度裕量，可按“夏季通風室外計算溫度”來確定;送風機的壓頭裕量不低于10%。

3）引風機裕量的選取。風量裕量不低于10%，另加不低于10℃的溫度裕量;引風機的壓頭裕量不低于20%。

（2）《大中型火力發電廠設計規范》（報批稿）以下簡稱“新版大火規”。三分倉空氣預熱器正壓直吹式制粉系統一次風機、送風機、引風機裕量選取描述如下：

1） 一次風機裕量的選取。風機的風量裕量宜為20%～30%，另加溫度裕量（可按“夏季通風室外計算溫度”來確定）;風機的壓頭裕量宜為20%～30%。

2）送風機裕量的選取。風機的風量裕量不低于5%，另加溫度裕量（可按“夏季通風室外計算溫度”來確定）;風機的壓頭裕量不低于15%。

3）引風機裕量的選取。風機的風量裕量不低于10%，另加10℃～15℃的溫度裕量;風機的壓頭裕量不低于20%。

（3）中國華能集團公司火電工程設計導則《火電工程設計導則》第一部分（2010版）。三分倉空氣預熱器正壓直吹式制粉系統一次風機、送風機、引風機裕量選取描述如下：

1）一次風機裕量的選取。對于鍋爐采用三分倉空氣預熱器正壓直吹式制粉系統的冷一次風機，風機風量裕量宜選取10%～20%，另加溫度裕量，可按“夏季通風室外計算溫度”來確定，對于空冷機組宜取下限值;風機壓力裕量宜為20%。

對300MW以上容量機組，每臺鍋爐配置2臺動葉可調軸流式一次風機。

2）送風機裕量的選取。對于鍋爐采用三分倉空氣預熱器時，送風機風量裕量宜選取5%～10%，另加溫度裕量，可按“夏季通風室外計算溫度”來確定，對于空冷機組宜取下限值;送風機壓力裕量按風量裕量的平方選取，即10%～20%，對于空冷機組宜取下限值。

對300MW以上容量機組，每臺鍋爐配置2臺動葉可調軸流式送次風機。

3）吸風機裕量的選取。鍋爐吸風機煙氣量裕量為10%，另加12℃～15℃的溫度裕量;風機壓力裕量為20%。

對300MW及以上容量機組，每臺鍋爐配置2臺靜葉或動葉可調軸流式吸風機。

4 結論

現行版大火規和新版大火規及中國華能集團公司火電工程設計導則《火電工程設計導則》第一部分（2010版）在一次風機風量和壓頭裕量的規定差異較大，新版大火規尚未正式實施，但是通過上述各項的詳細對比后發現，新版大火規以及華能公司的上述設計規定均無法有效避免因風機參數設定不合理，進行大裕量的風機選擇后，導致的風機運行長期脫離高效區的問題。

5 完善過程及結論

風機選型優化主要是落實基準數據的準確性，嚴格按照外部資料和原始數據計算，確保每個數據的選取均有據可依。因《火力發電廠制粉系統設計計算技術規定》提供的阻力系數選擇圖表有一定的局限性，建議對已投運電廠阻力件的阻力值進行實測（同類機組至少三個電廠），根據實測值進行分析對比，并對計算值進行修正。

從風機選型數據進行分析，找出影響風機選型風量和壓頭的主要因素。阻力計算中設計院的煙風道阻力值只占了小部分，主要是鍋爐本體、磨煤機、電除塵器、脫硝裝置和脫硫裝置等的設備阻力值。因此，設備制造廠所提供的阻力值的準確性直接影響風機壓頭的選取。煙風量計算中空預器和電除塵器的漏風量占據的比例較大，嚴格控制設備的設計制造質量，加強現場施工管理，使每一個環節都能達到設計值。

參考文獻

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收稿日期：2019-10-26

作者簡介：廖翀（1988—），男，江西吉安人，研究生，電力工程師，研究方向：火電廠熱機。