玉米电厂1000mw超超临界机组烟风系统风机的试验研究

玉米电厂1000mw超超临界机组烟风系统风机的试验研究

0风机市场环境一期华北能源循环能耗装置是中国第一个自行设计的1000mw大型现代化进程中的发电装置。对于烟风系统中送风机、引风机、一次风机风量和压头裕量的取值,国内没有可遵守的设计规程。《火力发电厂设计技术规程》(以下简称《火规》)的适用范围是600MW及以下机组。因此,在华能玉环电厂的设计阶段,通过对国内外1000MW、600MW机组风机的配置方式、风量和风压裕量的取值以及国外设计公司的有关设计导则进行了分析,确定了三大风机的裕量选择原则。玉环工程之后国内1000MW机组三大风机设计裕量基本都采用了玉环工程的设计结论。目前玉环电厂一期工程2台机组投入商业运行已1a多,西安热工研究院于2007年对锅炉及其主要辅机进行了性能考核试验。因此针对性能考核试验中烟风系统的相关运行参数以及机组运行情况对玉环工程风机设计裕量的取值进行后评估具有重要意义。1空气预热器回转半径及用量1994年版的《火规》规定送风机的风量裕量为10%~15%,压头裕量为10%~30%,并推荐300MW以上的机组取用上限。2000年版的《火规》规定送风机的质量流量裕量不小于5%,体积流量裕量在此基础上考虑夏季温度下的体积流量的增量,压头裕量不小于10%。如按照2000年版的《火规》,玉环工程送风机的总体积流量的裕量为11.4%。在玉环工程的设计中,考虑到首次采用国产1000MW机组空气预热器,其烟气和空气通流量,空气预热器回转半径都是国内最大的,对于其漏风率的大小还需通过实际运行来考证,同时还考虑了空气预热器在运行后期未冲洗的情况下,受热面沾污造成的阻力增大。为了避免将来机组运行时由于空气预热器漏风大,送风机风量和压头不够造成机组出力不足的情况,在设计中适当增加了送风机风量和压头裕量,送风机的风量裕量为17%,不考虑夏季温度裕量,压头裕量为37%。送风机基本风量选择计算取锅炉燃用设计煤种和锅炉在最大连续蒸发量时所需的二次空气量及制造商保证的空气预热器运行1a后的送风侧净漏风量之和。西安热工研究院于2007年9月27日对1号机组的送风机在1000MW负荷下进行了性能试验,其结果和送风机选型TB(风机选型点)工况、BMCR(锅炉最大连续出力点)工况和BRL(锅炉额定出力点)工况的参数比较见表1。2引风机风力压头裕量和风力相对稳定1994年版的《火规》规定对于空气预热器出口过剩空气系数1.35左右时,风量裕量为17%,压头裕量取32%。2000年版的《火规》规定引风机的风量裕量为10%的质量流量裕量加10℃的温度裕量,压头裕量为20%,同时又说明:如不计锅炉尾部受热面的漏风、空气预热器漏风取值偏小的情况下,引风机风量裕量可增大到15%,压头裕量可增大到30%。玉环工程在选择引风机风量裕量和压头裕量时,也考虑到空气预热器漏风率可能增大的因素以及空气预热器受热面沾污而导致阻力增大。所以,引风机风量裕量取值为17%、另加10℃温度裕量,压头裕量取值为32%。西安热工研究院于2007年9月28日对1号机组的引风机在1000MW负荷下进行了性能试验,同年3月、4月和8月还进行了1000MW负荷下锅炉、空气预热器、除尘器和脱硫系统的性能试验。这些性能试验中都涉及到对烟气流量的测量,对于检验引风机的参数提供了不同的工况条件。其结果和引风机选型参数设计的比较见表2。3次风机风力、压头裕量和运1994年版的《火规》规定一次风机风量裕量为50%,压头裕量为30%。2000年版的《火规》规定风量裕量为35%加夏季温度裕量,压头裕量也为30%,同时又说明:当空气预热器漏风率变化较大,煤质变化较大和送粉管道布置复杂时推荐40%的风量裕量加夏季温度裕量。设计中,在选择一次风机风量裕量时考虑了空气预热器漏风率增加的不可预见因素、煤粉管道布置复杂的因素,以及机组切磨时所有磨煤机同时运行的情况。所以,在一次风机风量裕量的选择上,遵照2000年版的《火规》的推荐意见采用40%的质量流量裕量加夏季温度裕量。一次风机的压头裕量按照1994年版和2000年版《火规》的要求为30%。西安热工研究院于2007年9月29日对1号机组的一次风机在1000MW负荷下进行了性能试验,其结果和一次风机选型参数设计的比较见表3。4三大工厂运营数据的分析4.1送风机风力增加送风机的风量裕量取17%(不再进行夏季温度修正)基本是合理的。从送风机性能试验数据看1000MW负荷下送风机的风量和设计值比较,A侧风机相差不大,B侧风机超出较多。然而,因为试验时停运的1台磨煤机存在一次风漏风,在满足锅炉总风量的前提下,如将停运的磨煤机一次风的漏风量加到送风机上,并折算到夏季工况的进风温度,所以送风机的风量(A、B侧平均值)将大于设计值约9%,裕量下降到7%左右。如考虑两侧风机风量不均匀的因素,则一侧风机的风量可能接近于TB点。造成送风机风量增加的主要原因是机组运行时炉膛过剩空气系数较设计值增加较多。送风机的基本风量是以锅炉炉膛过剩空气系数的设计值1.15计算的。如按炉膛的过剩空气系数为1.20计,送风机风量增加5%左右。根据锅炉性能试验数据,在1000MW工况下,2次测试所得的空气预热器进口烟气含氧质量分数分别为3.39%和3.51%,推算而得炉膛过剩空气系数为1.21和1.22。因此送风机风量裕量的17个百分点中6、7个百分点被用于提高炉膛出口的过剩空气系数。其次,空气预热器二次风的漏风较大。根据理论计算,空气预热器中的风从二次风侧漏向烟气侧,同时又从一次风侧漏向二次风侧,空气预热器中二次风的漏风量因相互抵消而绝对数量是很小的。但是对于1000MW机组,空气预热器的直径较300MW、600MW机组增加不少,其二次风的挟带漏风比300MW、600MW机组的空气预热器大得多。当前的设计规程在计算空气预热器二次风的漏风量采用烟气中总的漏风(按空气预热器漏风率计算,300~1000MW机组一般均取8%)扣除一次风的漏风(按一次风漏风系数计算,300~1000MW机组一般均取30%)的方法,体现不出因为空气预热器直径的增加导致二次风漏风量的增加。空气预热器漏风增加占用了送风机裕量2、3个百分点。4.2标准锅炉烟气温度分布从多次性能试验结果看,机组出力均为1000MW,而锅炉的烟气量变化却很大。烟气质量流量变化较大的主要原因是燃煤发热量的变化以及机组效率的波动导致煤耗量的变化,偏差约6%。烟气容积流量的变化更大,容积流量的增加导致引风机性能试验时引风机风量接近TB点。烟气容积流量增加的原因是锅炉排烟温度上升。锅炉设计的排烟温度为122℃,而从几次性能试验的数据分析,锅炉排烟温度均超过122℃,最高达155℃。锅炉排烟温度的波动有多方面的原因。从电厂运行情况看,锅炉的排烟温度在夏季明显高于冬季。大气温度的提高导致一、二次风进风温度高,空气预热器换热温压下降,提高了排烟温度是原因之一。锅炉吹灰器的运行也是控制排烟温度的关键。多个电厂的运行经验表明,吹灰器投运后锅炉排烟温度有时能降低10~20℃。另外,对于直流炉,运行中的参数调整也是控制排烟温度的重要手段。锅炉性能试验时的运行参数最接近锅炉设计点,这反映在锅炉效率、煤耗、空气预热器漏风上,因此引风机选型的设计点和锅炉性能试验结果的吻合度最高,只有2%的偏差。其他几次试验,则出现了不同程度的引风机流量增加。极端情况出现在引风机性能试验中的B风机,质量流量增加了8%,而由于锅炉排烟温度达到155℃,总流量达到TB点的98%,几乎用足了风机的潜能。可见,玉环工程引风机的设计裕量满足了锅炉在非常不利的工况下仍能在满负荷下运行。引风机的温度裕量是烟气温度增加造成的容积流量裕量。质量流量的裕量应覆盖由于煤种变化、机组煤耗量变化以及空气预热器漏风量的变化。从玉环电厂多次性能试验结果和运行数据分析,引风机质量流量的增加都没有超过10%,原设计中引风机质量流量裕量为17%偏大。温度裕量应覆盖机组运行时排烟温度的上升。从玉环电厂的运行数据和性能试验数据发现,机组排烟温度一般在140℃左右。国内电厂运行现状表明,许多锅炉的排烟温度超过设计温度,有的锅炉超温情况还较严重。可见玉环工程引风机的温度裕量取10℃是偏低的。玉环工程引风机风量裕量选择为17%的质量流量加10℃温度裕量虽然能够满足机组运行要求而且不显富余,是质量裕量和温度裕量此消彼长的结果。4.3次风机风力大,导致系统运行状态差玉环工程一次风机风量裕量选取40%的质量裕量加夏季最高温度下的温度裕量,就其绝对风量来说并不富裕。在1000MW负荷下,一次风机的实际风量平均值超过BMCR工况下设计风量的21%,折算到夏季最高温度下,机组出力达到1000MW负荷时,一次风机的裕量仅仅为18%。造成一次风机风量大于设计值的主要原因是试验期间虽然只有5台磨煤机投运,但是第6台磨煤机的出口风门未关,造成大量漏风至锅炉炉膛,增加了一次风机的负担。根据后面的磨煤机调整试验结果,该磨的漏风量达到了22~25kg/s,几乎是一台磨煤机通风量的60%。如扣除该磨煤机的漏风,一次风机的风量比BMCR工况下的设计值高约10%。可见,机组运行时往往存在很多设计工况之外的情况。如:磨煤机通风量高于设计值,煤的发热量较低或可磨系数较低导致煤耗增加等,因此需要较大的一次风机裕量。4.4风机、风机和压头一次风机、送风机的实际运行压头都低于设计值。从安全角度看,运行点更远离喘振区,从经济性角度看,风机效率降低。因此一次风机、送风机的压头裕量可适当降低。引风机压头的设计基本准确。送风机和一次风机扬程设计中,磨煤机,空气预热器以及燃烧器的阻力均采用制造厂提供的数据。这些由制造厂提供阻力数据往往已带有一定的裕量,因此造成风机设计扬程偏高。5风机压头裕量的确定综上所述,对于1000MW机组,三大风机的风量裕量建议如下:如锅炉设计的炉膛过剩空气系数为1.15,送风机裕量宜为17%,或12%质量裕量加夏季温度裕量;如锅炉设计的炉膛过剩空气系数为1.2,则送风机裕量宜为12%,或7%质量裕量加夏季温度裕量。引风机的风量裕量宜为10%的质量流量裕量加20~25℃的温度裕量。一次风机的风量裕量宜为40%的质量流量裕量加夏季工况下温度裕量。风机的压