陳曉文， 趙興春， 黃 成， 鄭冠捷， 劉立成， 王 鋒

(1. 黃河上游水電開發(fā)有限責(zé)任公司， 西寧 810000； 2. 西北電力設(shè)計(jì)院， 西安 710075； 3. 華電江蘇能源有限公司句容發(fā)電廠， 江蘇鎮(zhèn)江 212400)

600 MW機(jī)組超低負(fù)荷調(diào)峰中三大風(fēng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性分析

陳曉文1， 趙興春2， 黃 成3， 鄭冠捷2， 劉立成2， 王 鋒2

(1. 黃河上游水電開發(fā)有限責(zé)任公司， 西寧 810000； 2. 西北電力設(shè)計(jì)院， 西安 710075； 3. 華電江蘇能源有限公司句容發(fā)電廠， 江蘇鎮(zhèn)江 212400)

為了滿足機(jī)組超低負(fù)荷調(diào)峰的新要求，以某600 MW機(jī)組為基礎(chǔ)，對(duì)三大風(fēng)機(jī)在15%THA和20%THA負(fù)荷下的穩(wěn)定性進(jìn)行分析。結(jié)果表明：送風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)在各種運(yùn)行組合條件下，均在穩(wěn)定區(qū)域;當(dāng)運(yùn)行2臺(tái)磨煤機(jī)時(shí),一次風(fēng)機(jī)可以穩(wěn)定運(yùn)行;當(dāng)僅投運(yùn)單臺(tái)磨煤機(jī)時(shí)，一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行在失速點(diǎn)附近，存在不穩(wěn)定性。

火電廠； 超低負(fù)荷； 風(fēng)機(jī)； 調(diào)峰

隨著風(fēng)電在“三北”地區(qū)并網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，冬季供暖期負(fù)荷低谷時(shí)段的“棄風(fēng)”現(xiàn)象越來越嚴(yán)重[1-2]，其主要原因在于這些地區(qū)電網(wǎng)中占主體地位的大量熱電機(jī)組因供熱而無法調(diào)峰，導(dǎo)致夜間低谷時(shí)段系統(tǒng)強(qiáng)迫出力過高，風(fēng)電上網(wǎng)空間不足[3]。為了緩解此類現(xiàn)象，2016年6月國(guó)家能源局發(fā)布了《關(guān)于下達(dá)火電靈活性改造試點(diǎn)項(xiàng)目的通知》，要求部分電廠進(jìn)行靈活性改造，以滿足深度調(diào)峰要求。鍋爐本體及其輔助設(shè)備在超低負(fù)荷下的安全穩(wěn)定性是靈活性改造的關(guān)鍵所在。筆者以某600 MW機(jī)組為研究對(duì)象，對(duì)三大風(fēng)機(jī)在超低負(fù)荷下的穩(wěn)定性進(jìn)行分析。

1 機(jī)組概況

研究風(fēng)機(jī)在超低負(fù)荷下的穩(wěn)定性，主要是分析機(jī)組在超低負(fù)荷下所需流量和壓頭與風(fēng)機(jī)特性的匹配性。風(fēng)機(jī)流量主要與煤質(zhì)條件和鍋爐負(fù)荷有關(guān)；風(fēng)機(jī)壓頭與煙風(fēng)制粉系統(tǒng)各個(gè)設(shè)備均有一定關(guān)系。

1.1鍋爐

該鍋爐為高效超超臨界直流爐、單爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、緊身封閉布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)、前后墻對(duì)沖燃燒方式，旋流燃燒器、П形燃煤鍋爐。

鍋爐主要參數(shù)見表1。

表1 鍋爐主要參數(shù)

1.2煙風(fēng)制粉系統(tǒng)

制粉系統(tǒng)采用中速磨煤機(jī)冷一次風(fēng)機(jī)正壓直吹式系統(tǒng)設(shè)計(jì)，每臺(tái)鍋爐配備6臺(tái)磨煤機(jī)。燃燒設(shè)計(jì)煤時(shí)，5臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行能滿足鍋爐最大連續(xù)出力時(shí)對(duì)燃煤量的要求的120%，另外1臺(tái)備用。

煙風(fēng)系統(tǒng)采用平衡通風(fēng)設(shè)計(jì)，三大風(fēng)機(jī)均采用動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)，雙列布置，其參數(shù)見表2。

表2 三大風(fēng)機(jī)參數(shù)

2 送風(fēng)機(jī)和一次風(fēng)機(jī)穩(wěn)定性分析

2.1超低負(fù)荷條件下一、二次風(fēng)量分析

在特定的負(fù)荷條件下，進(jìn)入爐膛總風(fēng)量大致相同，但一次風(fēng)率隨磨煤機(jī)的投運(yùn)臺(tái)數(shù)有較大變化，在15%THA和20%THA條件下，磨煤機(jī)可能投運(yùn)1臺(tái)，也可能投運(yùn)2臺(tái)。在超低負(fù)荷條件下，鍋爐穩(wěn)燃尤為重要，對(duì)于單個(gè)燃燒器來說，需要獲得高煤粉濃度、高氧量、高回吸煙氣溫度更有利于穩(wěn)燃，此時(shí)單磨煤機(jī)運(yùn)行更有利。但對(duì)于鍋爐整體來說，雙層燃燒器相互扶持更有利于穩(wěn)燃，且1臺(tái)磨煤機(jī)跳磨時(shí)不會(huì)造成非停事故。表3為單、雙磨煤機(jī)運(yùn)行時(shí)的風(fēng)量計(jì)算結(jié)果。

表3 超低負(fù)荷下為單、雙磨煤機(jī)運(yùn)行時(shí)風(fēng)機(jī)風(fēng)量計(jì)算結(jié)果

2.2超低負(fù)荷條件下一、二次風(fēng)壓頭分析

2.2.1 送風(fēng)機(jī)壓頭

送風(fēng)機(jī)需要克服的阻力主要有：風(fēng)道阻力、暖風(fēng)器阻力、空氣預(yù)熱器本體阻力、燃燒器阻力等。風(fēng)道和暖風(fēng)器的阻力與流量平方成正比，但燃燒器在低負(fù)荷工況會(huì)相應(yīng)減少其投運(yùn)數(shù)量，且燃燒器必須保證一定的射流速度，所以其阻力變化不大?？諝忸A(yù)熱器本身阻力與風(fēng)量平方成正比，但由于空氣預(yù)熱器低負(fù)荷易堵灰，堵灰后阻力會(huì)大幅上升，由于目前超低負(fù)荷工況下空氣預(yù)熱器吹灰壓差設(shè)定值與正常工況一樣，所以在超低負(fù)荷工況下，空氣預(yù)熱器阻力也有達(dá)到滿負(fù)荷工況阻力的可能性。

在超低負(fù)荷下煙風(fēng)系統(tǒng)單列運(yùn)行也是有可能的，煙風(fēng)系統(tǒng)單列運(yùn)行對(duì)阻力也有直接影響。具體阻力分析數(shù)據(jù)見表4。

表4 送風(fēng)機(jī)超低負(fù)荷阻力分析數(shù)據(jù) Pa

2.2.2 一次風(fēng)機(jī)壓頭

一次風(fēng)機(jī)需要克服的阻力主要有：風(fēng)道阻力、暖風(fēng)器阻力、空氣預(yù)熱器本體阻力、燃燒器阻力、送粉管道阻力、磨煤機(jī)阻力等。一次風(fēng)道母管、暖風(fēng)器、燃燒器、空氣預(yù)熱器阻力在低負(fù)荷情況與第2.2.1節(jié)中描述的送風(fēng)機(jī)側(cè)阻力變化原理相同，不再重復(fù)描述。

至磨煤機(jī)的一次風(fēng)支管、送粉管道阻力與磨煤機(jī)投運(yùn)臺(tái)數(shù)及粉量、風(fēng)量有關(guān)。磨煤機(jī)本體阻力與負(fù)荷沒有直接比例關(guān)系。磨煤機(jī)阻力與負(fù)荷關(guān)系曲線見圖1[4]。一次風(fēng)機(jī)超低負(fù)荷下具體阻力分析數(shù)據(jù)見表5。

1—通風(fēng)量隨出力變化；2—30%擋板開度下的阻力變化。

表5 一次風(fēng)機(jī)超低負(fù)荷阻力分析數(shù)據(jù) Pa

2.3超低負(fù)荷條件下送、一次風(fēng)機(jī)穩(wěn)定性分析

風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定性主要取決于運(yùn)行點(diǎn)所需的風(fēng)量和壓頭與風(fēng)機(jī)本身特性的匹配性，具體表現(xiàn)為運(yùn)行點(diǎn)是否在風(fēng)機(jī)性能曲線的穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)。

風(fēng)機(jī)性能曲線上以比功Y來表征壓頭。

(1)

經(jīng)過流量和壓頭折算，超低負(fù)荷點(diǎn)在風(fēng)機(jī)特性曲線上的位置見圖2。

圖2 超低負(fù)荷點(diǎn)在風(fēng)機(jī)特性曲線上的位置

從圖2可見：15%THA和20%THA工況下，不管單、雙磨煤機(jī)運(yùn)行還是風(fēng)機(jī)單雙列運(yùn)行，送風(fēng)機(jī)均可運(yùn)行在穩(wěn)定區(qū)域，可以安全運(yùn)行。

單磨煤機(jī)運(yùn)行時(shí)，由于磨煤機(jī)本體和送粉管道阻力過大，導(dǎo)致運(yùn)行點(diǎn)在失速點(diǎn)附近，最大阻力點(diǎn)均已經(jīng)在失速區(qū)域，運(yùn)行不安全，實(shí)際運(yùn)行時(shí)應(yīng)避免該工況出現(xiàn)；但雙磨煤機(jī)運(yùn)行時(shí)，一次風(fēng)機(jī)均可運(yùn)行在穩(wěn)定區(qū)域，所以運(yùn)行是穩(wěn)定的。

3 引風(fēng)機(jī)穩(wěn)定性分析

3.1超低負(fù)荷條件下引風(fēng)機(jī)風(fēng)量分析

引風(fēng)機(jī)風(fēng)量?jī)H與負(fù)荷及煤質(zhì)條件有關(guān)，低溫省煤器投運(yùn)會(huì)影響風(fēng)機(jī)體積流量，經(jīng)過核算，超低負(fù)荷下引風(fēng)機(jī)風(fēng)量見表6。

表6 超低負(fù)荷下引風(fēng)機(jī)風(fēng)量分析

3.2超低負(fù)荷條件下引風(fēng)機(jī)風(fēng)壓頭分析

引風(fēng)機(jī)需要克服的阻力主要有：煙道阻力、脫硝島阻力、空氣預(yù)熱器本體阻力、除塵器阻力、低溫省煤器阻力、脫硫島阻力等。

煙道、除塵器阻力與流量平方成正比；低溫省煤器阻力、空氣預(yù)熱器、脫硝島存在堵灰情況，因此其低負(fù)荷最大阻力取BMCR工況阻力；鍋爐本體對(duì)流受熱面也會(huì)積灰，但其積灰引起的阻力變化要比脫硝島和空氣預(yù)熱器積灰引起的阻力變化小得多，因此忽略不計(jì)。

脫硫塔阻力主要是由于噴淋層造成的，脫硫系統(tǒng)阻力跟噴淋層的投入數(shù)量有直接關(guān)系，研究工程采用石膏濕法雙塔雙循環(huán)脫硫裝置，共5層噴淋。為了確保環(huán)保指標(biāo)，在超低負(fù)荷工況下一般投運(yùn)2層噴淋層，所以低負(fù)荷工況下脫硫阻力按0.4倍BMCR工況下阻力計(jì)算。具體阻力分析數(shù)據(jù)見表7。

表7 引風(fēng)機(jī)超低負(fù)荷阻力分析數(shù)據(jù)表 Pa

3.3超低負(fù)荷條件下引風(fēng)機(jī)穩(wěn)定性分析

經(jīng)過流量和壓頭折算，超低負(fù)荷點(diǎn)在引風(fēng)機(jī)特性曲線上的位置見圖3。

圖3 超低負(fù)荷點(diǎn)在引風(fēng)機(jī)特性曲線上的位置

從圖3可見：15%THA和20%THA工況下，風(fēng)機(jī)單、雙列運(yùn)行，低溫省煤器投運(yùn)或解列工況，引風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)均在穩(wěn)定區(qū)域，可以安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)語

(1) 600 MW機(jī)組動(dòng)葉可調(diào)軸流式送風(fēng)機(jī)在15%THA、20%THA工況下，單列運(yùn)行、雙列運(yùn)行均在穩(wěn)定區(qū)域，可以安全運(yùn)行。

(2) 600 MW機(jī)組動(dòng)葉可調(diào)軸流式一次風(fēng)機(jī)在15%THA、20%THA工況下，當(dāng)2臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行時(shí)，風(fēng)機(jī)可安全運(yùn)行；當(dāng)單臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行時(shí)，風(fēng)機(jī)單列、雙列運(yùn)行均在失速點(diǎn)附近，運(yùn)行不安全，建議在超低負(fù)荷時(shí)避免該組合出現(xiàn)。

(3) 600 MW機(jī)組動(dòng)葉可調(diào)軸流式引風(fēng)機(jī)在15%THA、20%THA工況下，單列運(yùn)行、雙列運(yùn)行均在穩(wěn)定區(qū)域，可以安全運(yùn)行；低溫省煤器是否投運(yùn)對(duì)超低負(fù)荷下引風(fēng)機(jī)穩(wěn)定性影響不大。

[1] 國(guó)家電力監(jiān)管委員會(huì). 風(fēng)電、光伏發(fā)電情況監(jiān)管報(bào)告[R]. 北京: 國(guó)家電力監(jiān)管委員, 2011.

[2] 國(guó)家電力監(jiān)管委員會(huì). 重點(diǎn)區(qū)域風(fēng)電消納監(jiān)管報(bào)告[R]. 北京: 國(guó)家電力監(jiān)管委員會(huì), 2012.

[3] 朱凌志, 陳寧, 韓華玲. 風(fēng)電消納關(guān)鍵問題及應(yīng)對(duì)措施分析[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2011, 35(22): 29-34.

[4] 中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì). 火力發(fā)電廠制粉系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算技術(shù)規(guī)定: DL/T 5145—2012[S]. 北京: 中國(guó)電力出版社, 2012.

AnalysisonOperationStabilityofPA,FDandIDFanduringPeak-shavingUltra-lowLoadOperationofa600MWUnit

Chen Xiaowen1, Zhao Xingchun2, Huang Cheng3, Zheng Guanjie2, Liu Lichen2, Wang Feng2

(1. Huanghe Hydropower Development Co., Ltd., Xining 810000, China; 2. Northwest Electric Power Design Institute Co., Ltd., Xi’an 7100750, China; 3. Jurong Power Plant, Jiangsu Huadian Energy Co., Ltd., Zhenjiang 212400, Jiangsu Province, China)

To satisfy the new requirement of ultra-low load operation during peak-shaving period of a 600 MW unit, an analysis was conducted on the operation stability of its PA, FD and ID fan respectively at 15% THA and 20% THA load. Results show that both the FD and ID fan run in the stable range under different conditions. The PA fan runs stably when two coal mills are put into operation. However, the PA fan works near the stall point when only a single mill is operated, indicating that there exists potential risk of unstable operation of the PA fan.

thermal power plant; ultra-low load; fan; peak shaving

2017-04-27；

2017-05-19

陳曉文(1970—)，男，高級(jí)工程師，從事電廠熱力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析計(jì)算、環(huán)保節(jié)能分析。E-mail: cxwdx1@163.com

TK223.26

A

1671-086X(2017)06-0456-05