600MW火电机组锅炉联合引风机改造方案分析

1、600MW火电机组锅炉联合引风机改造方案分析来源：中国水利电力物资有限公司2014年05月22日点击： 25摘要：本文以600MW火电机组锅炉引风机和增压风机改造为联合引风机的选型过程为例。通过对锅炉风烟系统相关参数测量计算、联合引风机类型分析、改造方案确定等的论述，分析了锅炉联合引风机改造方案的选定原因。通过实际测量参数的计算分析，得出联合引风机选型的结论。关键词：引风机、增压风机、合并方案、联合引风机1、前言 随着国家对火力发电行业排放要求的提高，根据火电厂大气污染物排放标准（GB13223-2011）要求，2014年7月1日起，新建及现有火电机组NOx排放浓度不大于100mg/Nm3，烟

2、尘排放浓度不大于30mg/m3。因此国内大量现役火力发电机组在进行时间紧、任务重的锅炉尾气脱硝改造工程。脱硝改造与脱硫改造工程添设增压风机设备的方式不同，因为脱硝改造是在空气预热器前进行，不增加风机设备数量，而需要改造引风机、提高引风机出力来克服脱硝工程增加的系统阻力，由此引风机改造是否成功就成为了脱硝改造工程是否成功的必要条件。为了充分保证引风机改造的成功，需要对现有烟气系统、脱硫系统进行测试，对锅炉引风机、增压风机在不同负荷下的热态性能进行试验，为风机改造提供技术依据，并确定优化的风机改造流程及方案选择。2、风机改造计划 某电厂600MW机组锅炉计划增加脱硝设备，将电除尘部分电场更改为布袋

3、除尘器，因此烟气阻力将发生大的变化。电厂对烟气及脱硫系统改造计划为：第1年：取消增压风机，将引风机和增压风机合并，对引风机进行改造；第2年：在烟气系统中增加一层脱硝设备（阻力增加400Pa）对烟气进行脱硝处理；第3年：投入第二层脱硝设备（阻力增加400Pa），并同步将电除尘器5电场中的后3电场更改为布袋除尘器（阻力增加800Pa），整个系统阻力在第二年改造基础上增加1200Pa。 根据改造计划将取消增压风机，仅设置联合引风机克服引风、脱硫、脱硝的阻力，并考虑后期电除尘部分电场更改为布袋除尘后的烟气阻力增加。故进行引风机的现场热态性能试验及脱硫系统阻力测试，以摸清系统特性，为引风机改造作技术准备

4、。3、设备概况 锅炉型号为HG-1890/25.4-YM4型，采用单炉膛型布置、固态排渣、平衡通风、全钢构架悬挂结构，汽水流程以内置式汽水分离器为界双流程设计，配内置式再循环泵启动系统、一次中间再热、滑压运行，设计煤种为神府东胜煤，最大连续蒸发量1890t/h，过热器蒸汽出口温度571，给水温度283.7。烟气依次流经上炉膛的屏式过热器、末级再热器、水平烟道中的高温再热器，然后至尾部双烟道中烟气分两路。一路流经前部烟道中的立式和水平低温再热器、省煤器，一路流经后部烟道的水平低温过热器、省煤器，最后流经布置在下方的2台三分仓回转式空气预热器，再经过电除尘器、引风机、脱硫增压风机、脱硫塔、最后经烟

5、囱排入大气。每台锅炉配2台静叶可调轴流式引风机，其布置方式为垂直进风、水平出风；2台引风机出口合并后设置有1套FGD装置，每套FGD装置配置1台动叶可调轴流式增压风机；增压风机位于FGD装置进口原烟气侧（高温烟气侧），风机采用卧式（水平）布置，风机进气箱垂直向上。 引风机型号为AN35e6（V19+40）型，TB工况设计煤种下风机进口流量461m3/s，风机入口全压-3391Pa，风机全压4819Pa，风机效率85.5%，风机轴功率2554 kW；BMCR工况设计煤种下风机进口流量401m3/s，风机入口全压-3326Pa，风机全压3855Pa，风机效率85.9%，风机轴功率1774kW；TH

6、A工况设计煤种下风机进口流量383m3/s，风机入口全压-3109Pa，风机全压3431Pa，风机效率84.0%，风机轴功率1546kW；风机转速585r/min。 增压风机型号为SHT3171型，TB工况设计煤种下风机进口流量964m3/s；BMCR工况设计煤种下风机进口流量859.8m3/s，风机全压2560Pa。4.风机改造参数的确定 对改造后风机运行参数预估是否准确直接影响到风机改造时对风机的准确选型，风机选型的结果也直接关系到改造后风机的运行状况，所以风机参数的准确性关系到整个改造工程的成败。风机参数不能简单的由原风机设计参数加上改造后的阻力增加值来计算。原风机参数基本上是机组新建时

7、由设计院根据设计规程及经验公式等计算得来，其中有较大裕量以保证新机组可以运行。建成后的机组由于系统损耗、煤质变化等原因，系统阻力曲线一般与设计院计算的阻力曲线都有较大偏差（系统阻力曲线与风机性能曲线的交点即为风机运行的工况点）。所以根据原风机设计参数计算改造后参数的方式是不可取的。 风机参数应通过对风机进行性能测试的方法获得。性能测试得到的结果反映了风机的真实运行状态，测试单位须根据测试时的机组实际情况，对参数进行一定调整，提出改造后引风机的运行参数。该参数由准确的现风机运行参数得来，可最大程度上保证改造工程的成功。4.1方案的初选 合并增压风机的联合风机脱硝改造方式需测试引风机与增压风机。保

8、留增压风机的脱硝改造只需测试引风机。在根据性能测试结果计算得到风机选型参数后，电厂可将该参数发往专业风机厂家进行选型，各风机厂家由于产品、选型习惯等差异，会出现不同型式的风机选型结果，用户需对所有的选型结果根据自身需求进行筛选。1）当保留增压风机，原引风机为AN型风机时，脱硝改造方式可选择静叶可调AN型风机的局部改造方案，相比改造为动叶可调轴流式风机可不必变动基础，大大缩短施工时间，同时由于是局部改造，改造设备费用也相应降低，并且保留了AN型风机高可靠性、运行稳定、长寿命等特点。2）按照新的环保政策要求，大部分电厂的引风机出口至烟囱的烟气旁路需取消。为减少设备维护量、减少故障发生点，更多的电厂

9、选择在脱硝改造过程中取消烟气旁路并取消增压风机的改造方式，通过对引风机进行扩容改造，克服脱硝、引风、脱硫三部分的阻力，选用“三合一”的联合风机。联合风机承担了克服三部分阻力的要求，故压升较高，一般都在8000Pa以上。联合风机的选型结果也将有多种选择：高转速静调风机、高转速单级动调风机、高转速双级动调风机、低转速双级动调风机。4.1.1联合风机选择高转速静调风机方案 静调风机方案出于静调风机结构简单以及相比动调风机方案更优的耐磨和维护的优势，但静调风机方案在机组低负荷时效率较低以及高效区不及动调风机方案宽的缺点也很明显，同时高转速静调风机轴承负荷大，发热量也较大，轴承温度相对于低转速风机要高。

10、因此在选择高转速静调方案时，如果能增加变频装置或汽动装置，则提高了静调风机低负荷效率，降低了转速，也使风机更耐磨。4.1.2联合风机选择动调风机方案。 联合风机选择高转速动调风机方案。高转速动调风机分为高转速单级动调风机和高转速双级动调风机。风机叶轮在对气流做功时，风机所能提供的压力与叶轮面积的乘积即为气流对叶轮产生的力。对联合风机而言，运行工况压力较高，对叶轮施加的力也就较高。高转速单级动调风机只有一级叶轮叶片来承受气流所产生的力，那么在恶劣工况时，叶片对气流产生激振力的承受能力也就较差，更容易产生叶片断裂的事故，运行的安全性及可靠性较差。 联合风机选择低转速双级动调风机方案。低转速双级动调

11、风机由于转速较低，相对高转速双级动调风机在耐磨、可靠性方面有着很大的优势。但低转速双级动调风机相对来说风机本体及转子部分要大，制造成本高。所以用户可根据风机制造厂的报价比较，结合后期的备品备件价格情况，尽量选择低转速双级动调风机，降低日常维护费用，提高系统稳定性。 低转速双级动调风机相比高转速双级动调风机优势明显，高转速双级动调风机在一个大修期内，需更换12组叶片和密封件，低转速双级动调风机在一个大修期内不需更换叶片及密封件，同时叶片磨损小，风机运行稳定，效率不会因叶片磨损造成严重下降，运行经济。5、试验内容及方法5.1试验内容 结合锅炉引风机、增压风机实际运行情况，确定试验工况为：600MW

12、、450MW、300MW三个工况下进行。5.2试验方法 试验方法和数据计算方法依据电站锅炉风机现场性能试验（DL/T469-2004）和工业通风机现场性能试验（GB10178-2006）的规定进行。 试验期间将锅炉主要运行参数调整到正常状态值，并保持机组发电负荷和燃烧稳定，热态试验的每一工况在锅炉燃烧稳定20分钟后开始进行测量。 引风机的测量参数有：风量，风机入、出口静压和温度，大气压力、风机电机的电压、电流及耗功；风量测量位置选取电除尘尾部烟道的平直段上开设的流量测孔进行风量测试，全关脱硫系统入口处的烟气挡板门，同时记录锅炉、风烟系统和机组脱硫系统有关运行参数。 增压风机的测量参数为风机进出

13、口的静压。 试验数据采用算术平均值方法进行处理。5.3测点布置 风机流量测量截面布置于锅炉电除尘器尾部烟道的平直段上，共有4个尾部烟道，每一烟道上设有4个流量测量孔，采用靠背管在流量测量截面测量。 引风机、增压风机的出口静压测量面各自设置在风机扩压器进口、出口法兰前100mm处，测量面圆形截面中分面上各设一个静压测点；进口静压测量面布置于进气箱入口法兰后100mm处，矩形测量面侧壁中心各设一个静压测点。 介质温度测点采用流量测量截面的测点。5.4测试项目及仪器5.4.1测试项目5.4.1.1风机流量 在流量测量截面进行的流量测量采用等截面网格法测量。具体方法是：在除尘器尾部烟道的4个烟道上，每

14、个烟道开设4个测孔，为使测量更准确，在深度方向上取8个测点，用靠背管和ZEPHYR II型电子微压计测量截面上各网格点的动压，然后由这些动压计算该截面的平均动压pd。计算公式为：Pa （公式1）式中：pd流量测量截面处平均动压，Pa； pdi流量测量截面内各个小面积上的时间平均动压，共(nm)个，Pa； 采用大气压力表测量当地大气压力；采用热电偶温度仪测量流量测量面处的介质温度；采用微压计测量流量截面处的静压。流量测量截面处的流量按式（2）计算：m3/s （公式2）式中： qv流量测量截面处流量，m3/s； A流量测量截面处面积，m2； 流量测量截面处介质密度，kg/m3；按式（3）计算：kg

15、/m3 （公式3）其中：o 标准状态下介质(烟气)的密度，kg/m3。（取烟气标态密度o1.33 kg/Nm3）Pa测量处大气压力，Pa；Ps 流量测量截面处静压，Pa；t 流量测量截面处介质温度，。5.4.1.2引风机、增压风机进、出口静压 进、出口静压采用精度为1Pa的电子微压力计分别在风机进、出口的静压测量面上进行测量，每一截面上的两个测量点通过三通连接至电子微压计。5.4.1.3大气压力 采用盒式大气压力计在现场测量。5.4.1.4电动机输入功率 风机电动机输入功率，利用6kV厂用配电室中风机的多功能功率表测量电动机输入功率瞬时值Pi，然后按式(4)计算。Pe(P1+Pn)/n kW

16、（公式4）式中：P1,Pn功率表的瞬时值，下标n表示读数次数；为了更准确的获得电动机输入功率值，同时采用该多功能表所显示的电流值、电压等值按下式计算电动机输入功率。Pe1.732 VI COS式中：COS-功率因数、I电动机电流值、V电动机电压值5.4.1.5记录锅炉有关运行参数，按DCS系统有关画面上显示的数据实时记录。6、试验结果及分析6.1引风机试验结果引风机热态试验主要试验结果见表1。表1 锅炉引风机热态试验主要数据名称单位控制室记录数据（A引风机/B引风机）工况序号工况1工况2工况3电负荷MW600450300锅炉蒸发量t/h1724.741231.68837.46主蒸汽温度568.

17、23569.36569.38脱硫系统旁路门开度%56.58/42.2176.26/57.2460.64/41.92引风机开度%76.26/57.2460.64/41.9256.58/42.21引风机进口静压Pa-2.91/-2.88-2.11/-2.06-1.68/-1.63引风机进口温度117.96/116.13109.16/101.85105.73/98.58实测、计算数据（A引风机/B引风机）引风机进口密度kg/m30.9227/0.92270.956/0.9560.9805/0.9805引风机进口流量m3/s409.3/409.3339.97/339.97259.46/259.46引风

18、机进口动压Pa185.8/185.8132.8/132.879.3/79.3引风机进口静压Pa-2990/-3115-2345/-2347-1744/-1806引风机进口全压Pa-2804.2/-2929.2-2212.2/-2214.2-1664.7/-1726.7引风机出口静压Pa120/-5085/65-24.3/-62引风机出口动压Pa285.3/285.3203.9/203.9121.8/121.8引风机出口全压Pa405.3/235.3288.9/268.997.5/59.8系统效应损失Pa100/10080/8060引风机全压Pa3309.5/3264.52581.1/2563.

19、11822.2/1846.5引风机单位质量功J/kg3586.8/3429.62670/26811858.4/1883.2压缩修正系数0.9887/0.0.98850.9907/0.99080.9936/0.9935引风机空气功率kW1339.3/1337869.3/863.4469.8/476引风机轴功率kW1704/16921224/12601080/1092引风机效率%78.6/79.072.4/68.543.5/43.6引风机额定转速r/min5975975976.2引风机运行工况与设计参数的比较 根据表1参数，将设计工况点及试验工况点标注在引风机性能曲线上，见图1。图1 引风机设计工

20、况点与试验工况点在风机性能曲线的示意图6.3试验结果分析由图1、表1可以得出：1）从实测的三个负荷点拟合的系统阻力线看，实际运行风量与设计风量基本接近，实际系统阻力较设计值低。2）600MW、450MW两个负荷点风机实际运行效率与理论效率基本一致；300MW负荷时风机的实际运行效率较理论效率低10%。3）600MW负荷时实测的烟气系统烟气量为409.3m3/s，与设计参数BMCR工况的烟气量401m3/s比较，高2.06%；实测的烟气系统风压为3307Pa，较设计参数BMCR工况的风压3855Pa低14.2%，较TB工况的风压4918Pa低22.6%；实际运行参数偏离设计参数较大，特别是风压偏

21、离较大，导致风机未能运行在最高效率区内。7、风机改造参数的选取由测试参数可知，引风及脱硫系统实际参数如表2：表2 锅炉引风、脱硫系统实测参数序号项目单位冬季600MW冬季450MW冬季300MW实际燃用煤种实际燃用煤种实际燃用煤种1引风机流量m3/s409.3339.97259.462引风机进口温度113103973引风机进口密度kg/ m30.92270.9560.98054引风系统阻力Pa3307257318535脱硫系统阻力Pa192010348276引风+脱硫总阻力Pa522736062680 依据查阅的资料，锅炉最大连续蒸发量为1890t/h，即BMCR工况下最大连续蒸发量为1890

22、t/h，给煤量为235.3t/h，试验时600MW条件下，蒸发量为1724.74t/h，给煤量为229.3t/h，结合收集到的试验前1年7月、8月份的DCS数据最大蒸发量为8月份的1816t/h，给煤量248.5t/h，因此预测夏季600MW负荷时，烟气量将增加8%左右，即Q=409.31.08=442m3/s，按实测的冬季600MW、冬季450MW推算系统阻力特性，可知夏季600MW工况系统阻力为3703Pa,则脱硫系统的阻力为2150Pa，再考虑增压风机系统效应损失100Pa，则系统总阻力=3703+2150+100=5953Pa。电厂计划的系统改造计划及烟气阻力变化情况见表5。表3 锅炉系统改造计划及烟气阻力变化情况表序号改造计划阻力变化情况第一年只设置引风机，取消增压风机，将引风和脱硫系统合并原引风阻力+脱硫阻力不变第二年投入第一层脱硝第一层脱硝阻力为400Pa，总阻力增加400Pa第三年投入第二层脱硝，同时电除尘5电场中的后三电场改为布袋除尘器第二层脱硝阻力为400Pa、电除尘