600MW火电机组锅炉联合引风机改造方案分析

600MW600MW 火电机组锅炉联合引风机改造方案分析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来源 中国水利电力物资有限公司 20142014 年年 0505 月月 2222 日日 点点 击 击 2525 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 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 THA 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 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 1 2 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 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 n m 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 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 o 1 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 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 Pe 1 732 V I 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 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 s 409 3 409 3339 97 339 97259 46 259 46 引风机进口动压 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 11822 2 1846 5 引风机单位质量功 J kg 3586 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 6 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 引风机额定转速 r min597597597 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 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 1890t 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 3 1 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 冬季冬季 600MW600MW 冬季冬季 450MW450MW 冬季冬季 300MW300MW 序序 号号 项目项目单位单位 实际燃用实际燃用 煤种煤种 实际燃用实际燃用 煤种煤种 实际燃用实际燃用 煤种煤种 1 引风机流量 m3 s 409 3339 97259 46 2 引风机进口 温度 11310397 3 引风机进口 密度 kg m3 0 92270 9560 9805 4 引风系统阻 力 Pa330725731853 5 脱硫系统阻 力 Pa19201034827 6 引风 脱硫总 阻力 Pa522736062680 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 结合改造前的系统参数及改造后的系统阻力变化情况 风机改造参数如表 6 表 4 锅炉风机改造参数 注 TB 工况风量 风压裕量分别按 8 15 选取 8 风机改造方案 结合风机改造参数及系统 改造计划 在满足改造计划同时提 高风机运行效率 风机的改造分两 步进行 第