徐铁华1,冷玑蠡1,孙景福2
1东北电力设计院有限公司，吉林 长春 130021；2 大唐东营发电有限公司，山东 东营 257091
〖内容摘要〗本文通过调研国内已投运1000MW级火电机组三大风机的实际运行情况，结合本工程设计特点和规程规范，对风机选型基准点及裕量进行了优化。三大风机设计选型基准点为BRL工况，风机风量裕量、压头裕量均采用规程下限值计算。优化后，一次风机、送风机、引风机电动机功率分别较优化前下降约16%，10%，13%。
〖关键词〗三大风机 优化 选型基准点 裕量
1 项目概况
大唐东营工程本期建设2×1000MW高效超超临界燃煤机组。
锅炉型式：超（超）临界参数、直流炉、单炉膛、二次再热、平衡通风、运转层以下紧身封闭布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构、切圆燃烧方式，塔式锅炉。
汽机形式：超（超）临界、二次中间再热、单轴、六缸六排汽、凝汽式汽轮机。
每炉各配置2台50%容量的一次风机、送风机及引风机。
2 三大风机型式及容量选择
根据《大中型火力发电厂设计规范》（GB 50660-2011）中对三大风机的选型原则及《中国大唐集团公司燃煤火电项目典型推荐技术组合方案（2014年试行版）》推荐风机型式，本工程一次风机、送风机、引风机均选择定速电动机驱动的动叶可调轴流式风机。
3 三大风机裕量研究
3.1国内部分1000MW级机组三大风机运行情况及分析
1）国内已投运1000MW机组的A电厂、B电厂
三大风机风量、风压裕量见表3.1-1，设计、运行参数对比见表3.1-2，表3.1-3，表3.1-4。
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从表3.1-2～4可以看出：在额定工况下，风机实际运行风量、风压均低于风机BMCR工况设计值，但风机实际轴功率却大于或接近BMCR工况风机轴功率。因此，对三大风机风量和风压裕量进行适当的优化是必要的。
2）国内C电厂二期工程百万机组
2015年三大风机运行数据统计、分析见表3.1-5~表3.1-8。
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通过表3.1-5~表3.1-8亦可以看出，风机在机组满负荷工况下运行，其最大工作温度、流量、压力并不一定同时出现，综合考虑风机的运行流量和压头后，最终风机运行状况可通过风机电动机功率反应。将风机电动机最大运行数据和BMCR工况下风机设计数据相比可以看出：一次风机最大耗电功率约为BMCR工况设计数据的142%，送风机最大耗电功率约为BMCR工况设计数据的113%，引风机最大耗电功率约为BMCR工况设计数据的135%。 由此也可以看出一次风机和引风机需要较大的设计裕量，送风机设计裕量不需要太大。
3.2 三大风机选型基准点的确定
3.2.1 风机选型风量基准点确定
目前国内三大风机的选型基准点均基于BMCR工况，这在火电厂经常处于满发、发电利用小时数饱满的情况下是必要的。但根据目前国内火力发电机组的运行情况来看，汽轮机组最大运行出力一般不会超过额定工况，大部分时间处于部分负荷运行，其对应的锅炉最大运行工况为BRL工况。基于上述运行现状及数据分析，推荐三大风机按锅炉BRL工况燃烧设计煤时的烟风量作为风机选型基准点，TB点参数在考虑风量、温度裕量的前提下满足锅炉BMCR工况燃烧设计煤和校核煤的要求。
3.2.2 风机选型风压基准点
从表3.1-2～3.1-8可以看出，电厂在额定负荷下，三大风机实际运行风压均较低，为风机TB点设计值的60%左右，从安全角度看，风机运行远离喘振失速区，运行稳定；从经济性角度看，风机效率低，能耗高。
针对这种情况三大风机的设计点风压推荐以锅炉BRL工况燃烧设计煤时的阻力作为设计基准，对于主要设备的烟风阻力也应与设备厂家充分沟通后取BRL工况燃烧设计煤时的阻力作为风机选型依据，而不应以设备保证阻力作为风机选型依据。在风机选型基准工况确定后，TB点参数在考虑压头裕量的前提下满足锅炉BMCR工况燃烧设计煤和校核煤的要求。作为校核工况，风机在锅炉BMCR工况下的压头计算以设备阻力保证值作为计算依据。
3.3 三大风机裕量选择
3.3.1 三大风机风量裕量主要影响因素
根据《大中型火力发电厂设计规范》，三大风机风量裕量的主要影响因素是煤质变化和空预器漏风变化。
现密封技术从之前的单密封技术发展到现在的双密封、三密封技术，空预器漏风率比以前有了较大的降低。如国内某1000MW机组，在空预器进行不锈钢丝铁扫帚密封改造后，运行一年后仍能保持3.5%左右的漏风率，提高了电厂运行的经济性。
3.3.2 一次风机裕量选择
中速磨正压冷一次风机直吹式制粉系统，一次风机风量裕量的构成有多种要素，其中磨煤机通风量或一次风量增大、备用磨煤机管网漏风损失、磨煤机切换时间通风量增大、磨煤机切换时风机出力增大的影响因素可按规程选取，但是空预器泄漏量增加和电网周波降低引起的风机裕量选择，则应与技术进步相适应。
四分仓空预器运行一年后一次风漏风率保证值一般为25%，同步脱硝，氨逃逸会引起空预器冷端腐蚀和堵灰，要增大空预器漏风，此时一次风漏风率可按 30%，对风机风量的影响可按6%考虑。
我国规定标准周波为50周/秒，其偏差不得超过±0.5周/秒，周波降低对风机风量的影响约2%。这样，推荐的一次风量裕量组成要素见表3.3-1。
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3.3.3 送风机裕量选择
根据规范要求，对于三分仓空气预热器系统，送风机的风量裕量不宜低于5%，宜另加温度裕量；送风机的压头裕量不宜低于15%。
一般来说，对于配三分仓或四分仓空气预热器的送风机，由于一次风漏入二次风侧的风量与二次风漏入烟气侧的风量相差不大，因此相对一次风机，送风机的运行条件较好。
本工程二次风漏向烟气侧的风量与来自一次风侧补偿量基本相当，送风机风量裕量按规程下限取5%，另加温度裕量。送风机压头包括空预器、燃烧器、燃烧器处炉膛静压和系统风道阻力。送风机压头裕量取15%。
3.3.4 引风机裕量选择
规范要求，引风机的风量裕量不宜低于10%，宜另加10℃～15℃的温度裕量；压头裕量不宜低于20%。
本工程引风机风量按空预器运行一年后保证漏风率4.5%计算，已经包含了一定裕量。故本工程风量裕量取10%，压头裕量取20%。
由于本工程控制除尘器入口烟温在90℃。考虑到锅炉排烟温度上升引起的低温省煤器出口烟温波动及低温省煤器烟温控制水平，本工程引风机选型温度裕量取5℃。
3.4 风机裕量合理性分析
3.4.1 裕量优化后风机容量合理性分析
由于风机选型裕量最终将反映在电动机容量上，风机电动机容量与锅炉BMCR设计工况下电动机输出功率的比值（电动机裕量）反映了风机超负荷运行的能力。本工程的风机电动机裕量和调研数据中风机满负荷工况下实际耗电功率与锅炉BMCR设计工况下电动机输出功率的比值见表3.4-1。
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通过表3.4-1可以看出，电厂中机组满负荷时风机耗电功率与设计数据相比均存在差异。与调研运行数据相比，本工程经过优化后的电动机容量均能满足实际运行要求。表3.1-1中A、B电厂均为单工况数据，而C电厂数据为机组大修前一年逐月满负荷工况下统计数据的最大值，更具有代表意义。C电厂风机实耗最大电功率与BMCR设计工况下电动机输出功率的比值与本工程风机电动机裕量相比，数值略小，反映了目前本工程风机裕量选择可满足运行要求，且有一定富裕度。考虑到机组运行过程中的更多不确定性有可能尚未在统计数据中体现，基于目前调研结果，经过裕量优化后的三大风机选型是合理的。
3.4.2 锅炉快速减负荷工况风机裕量优化后可靠性分析
当机组在某个较高的负荷水平上运行时，由于机组的主要辅机故障，部分退出运行时，机组不能继续维持原来负荷水平，此时为了能使机组继续稳定运行，应该主动、快速降低负荷指令。在降负荷过程中，要求机组的主要运行参数能自动在安全范围内变化，而不会引起机组MFT等保护动作导致停机。
在机组RB保护动作时，三大风机一个主要功能是维持燃烧风量和炉膛压力，此项功能可以通过合理的控制逻辑和运行管理实现，与风机裕量选择关系不大。另外一次风机在RB保护动作时还有一项功能是维持制粉系统平稳运行，避免锅炉因制粉系统出力不足而停炉。当机组燃用校核煤质满负荷运行（BRL工况）时，6台磨煤机均处于运行状态，此时发生RB保护动作对一次风机能力考验最大。当RB保护动作指令发出时，其中一台磨煤机及单侧的一次风机、送风机、引风机瞬时切停。为维持炉膛燃烧，避免因焖炉停火，第二台，第三台磨煤机停机时间会逐步延后大约15~20s。经过核算，当其中一台磨煤机及单侧一次风机瞬时切掉时，在第二台磨煤机停运前，另外一台一次风机同时对应5台磨煤机时，考虑到制粉系统阻力下降引起的风机出口流量增加，每台磨煤机出口风粉混合物仍能保持18m/s以上的流速，能够保证将煤粉顺利输送至炉膛。如果再考虑到切停的一台一次风机惰走时间，则现有一次风机选型能满足机组RB保护动作时的要求。
4 结论
对东营工程三大风机型式、选型工况点及裕量进行优化研究分析，得出以下结论：
a）三大风机均采用动叶可调轴流式风机。
b）三大风机设计选型基准点为BRL工况。
c）一次风机风量裕量为20%，另加温度裕量，压头裕量为20%；送风机风量裕量为5%，另加温度裕量，压头裕量为15%；引风机烟量裕量为10%，另加5℃温度裕量，压头裕量为20%。
作者简介：
徐铁华（1978.8-），女，本科，高工，从事火力发电厂热机专业设计工作。E-mail：xutiehua@nepdi.net，