火电厂锅炉、泵和风机节能减排技术汇总

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,北方联合电力,继续教育培训,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,火电厂锅炉、泵和风机节能减排技术汇总,目 录,第一章 火电厂锅炉节能减排技术介绍,第二章火电厂泵与风机的安全运行与节能,第一章 火电厂锅炉节能减排技术介绍,一、锅炉热能利用基础知识,二、富氧燃烧技术介绍,三、新型燃烧系统和方式,四、锅炉微油量点火及稳燃技术,五、煤粉无油直接点火技术,一、锅炉热能利用基础知识,热能利用,基础知识,2,锅炉的,工质,1,锅炉的燃料,及煤的主要性能,3,锅炉机组,的能量平衡,4,锅炉过量空气系数及风煤配比,、锅炉的燃料及煤的主要性能,锅炉基本以有机矿物质作燃料,燃料，是指经过燃烧能够将其含有的化学能转换成热能的物质，燃烧产生的热量，可直接利用或由热能转换为机械能再加以利用。,有机燃料,固体燃料,液体燃料,气体燃料,煤炭、油页岩,石油,天然气、高炉煤气,煤的主要指标,煤的基准（收到基、空气干燥基、干燥基、干燥无灰基）,煤的发热量：,分为高位发热量和低位发热量,。高位发热量指,1kg,煤完全燃烧所释放出的热量，其中包括燃烧产物中的水蒸汽凝结成水所放出的汽化潜热。低位发热量指不包括汽化潜热时所放出的热量,煤的可磨性指数：没再进入炉膛燃烧之前，需预先磨制成煤粉，不同的煤被磨成煤粉的难易程度部，所消耗的能量也不同，煤的这一性质称为可磨性。,煤的磨损性指数：煤在磨制过程中对磨煤机金属碾磨部件磨损的轻重程度，称为煤的磨损性。,、锅炉的工质及其循环,水和水蒸汽,水是无色无嗅透明的液体。它由氢和氧化合而成，分子式,H,2,O,。水在,4,时体积最小，重度最大。随看温度的升高，水的重度减小，体积膨胀；反之当温度下降时，水的重度减小，体积也缩小。但到了,O,以下，凝结为冰成为固态，体积反而膨胀。到了常压下,100,时，开始沸腾、成为蒸汽。水的三相存在状态，决定于它所具有的压力和温度。,、锅炉的热平衡,式中,Q,r,输入热量,Q,1,有效利用热,Q,2,排烟热损失,Q,3,化学不完全燃烧热损失,Q,4,机械不完全燃烧热损失,Q,5,散热损失,Q,6,其他热损失,Q,r,Q,1,Q,2,Q,3,Q,4,Q,5,Q,6,、锅炉过量空气系数及风煤配比,燃料在锅炉内燃烧过程，为了能使其燃烧完全，减少不完全燃烧热损失，实际送入炉内的空气量要比理论空气量大一些，这一空气量称为实际供给空气量，实际供给空气量与理论空气量之比称为,过量空气系数,。,锅炉风煤配比指送入锅炉中的风量与煤量之比。,减少排烟热损失；,传热效果增强，提高热量利用率；,燃料的充分燃烧，消除锅炉黑烟；,有助于劣质燃料的燃烧，使得锅炉燃料适应性强；,节省辅机投资费用；,节能,效果,所谓富氧燃烧，就是用含氧量高于,21%,的空气送风参与燃烧。,二,、富氧燃烧技术介绍,使用富氧设备前、后对比图,1,、,新型高效洁净燃烧器的开发与利用,2,、,微油低,NOx,燃烧系统的开发与利用,3,、,煤粉射流逆向稳燃技术,三、新型燃烧系统和方式,、新型高效洁净燃烧器的开发与利用,水平浓淡风煤粉燃烧器,1,炉墙,2,直流二次风通道,3,旋流器,4,旋流二次风通道,5,一次风通道,6,中心管,7,点火装置,8,直流二次风挡板,9,煤粉浓缩器,10,淡一次风风道,11,浓一次风风道,垂直浓淡风煤粉燃烧器,、微油低,NOx,燃烧系统的开发与利用,根据,NOx,的生成与转化规律，利用低,NOx,燃烧器、气动给粉、风粉混合器专利技术、新的二次风布置与测量技术，使煤粉气流形成理想的两相流场，较为准确地控制燃烧区域的空气燃料比，以及着火阶段温度水平，从而抑制,NOx,的生成和转化，达到低,NOx,排放的目的，实现启动节油、稳燃能力增强、低,NOx,排放多方面目标需求。,微油低,NOx,燃烧系统,平圩发电有限责任公司在,2000,年分别对其,#1,、,#2,锅炉的燃烧器进行了改造，改装了双置浓淡分离稳定型燃烧器并加装小油枪，实现了微油点火和提高锅炉低负荷稳燃能力，取得了非常好的节能效果。,燃烧器改造前状况,安徽平圩发电有限责任公司的,#2,锅炉是哈锅生产的,HG-2008,型锅炉，于,1989,年投入运行。锅炉在炉膛的四个角布置有四角燃烧方式的摆动式燃烧器。燃烧器改造前，采用大型油枪点火启动，启动时需预热并伴烧到相当负荷后，才根据炉内燃烧工况逐步撤出油枪，启动过程要耗费大量燃油。据统计数据，改造前平均冷态启动油耗每次吨左右。同时，原燃烧器稳燃能力较差，机组负荷达到,50,时，就需投油枪助燃稳燃，耗油量大。,改造后的运行状况,燃烧器改造后，加装了双置浓淡分离稳定型燃烧器并配装了小油枪改造，在国内率先实现少（微）油点火浓淡分离燃烧器的火焰检测、灭火保护和自动投油助燃等完善的保护和连锁功能，较好地解决了在燃烧高灰分、低挥发份、低热值煤时，锅炉在低负荷时煤粉火焰稳定性差需要经常投助燃油，高负荷时炉膛易灭火的现象，耗油量大为降低。,经济效益,以当时,0,柴油价,2800,元,/,吨计，每年可节约燃油费用,447,万元。扣除增加的维护费,3,万元，年节省,444,万元。按简单回收法计算，项目回收期为年。,应用实例,、煤粉射流逆向稳燃技术,在常规的四角切圆燃烧方式锅炉中，由于各层射流在同一切圆方向旋转过程中的相互挤压及膨胀，使实际切圆直径较大，易使煤粉颗粒贴壁，而且炉膛出口仍然存在着较大的烟气残余旋转，因而易导致燃烧器区水冷壁的结渣以及炉膛出口水平对流烟道两侧的烟温偏差等问题。,煤粉射流逆向稳燃技术的思想并不在于设法增大烟气回流量，而在于利用炉内总体的切圆流动结构造成煤粉气流在燃烧器出口附近的局部受阻滞流，从而延长其停留时间。,：技术开发的背景,：几种节油技术概述,：微油量点火及稳燃技术工作原理,四、锅炉微油量点火及稳燃技术,石油的主要用途,石 油,各种标号的燃油,各种润滑剂,各种石化产品,石 油 加 工,燃烧获取动能,如汽车等,燃烧获取热能,如机组启动等,能获得较高品位的动能,在机组启动过程中，燃油作为启动过程锅炉热源的主要提供者，获得的仅是品位很低的热能，,因此和其他用途相比，属于低品位低、低附加值消耗,化工原料或化工产品，,广泛应用于生产生活，如塑料、布料等,，提高了人民生活水平。,：技术开发的背景和必要性,开发电站锅炉节油技术的必要性：,首先,我国电力供应目前主要以燃煤机组为主,机组启停需要消耗大量燃油,其次，由于,:,A,、需求侧运行模式造就目前电网峰谷差较大，电源侧的调峰幅度较大；,B,、水电调峰受到制约因素很多，不仅不利于实时调峰，有时反而加重火电机组的调峰压力；,C,、核电调峰难度较大，根据国内外核电机组运行来看，很少参与调峰。,因此调峰任务主要落在燃煤火电机组身上。,燃煤火电机组低负荷调峰、启停调峰以及今后要出现的深度调峰，需要燃烧大量燃油。使燃油作了低能源品位、低附加值消耗，同时增加了电厂的发电成本,。,因此开发电站锅炉节油技术，降低发电成本，减少石油低附值消耗，对我国国民经济可持续发展具有重大意义。,4.2,几类节油技术概述,A,、低负荷稳燃技术：,主要是以低负荷调峰为主，上世纪八十至九十年代相继出现了各种低负荷稳燃器（如钝体、船体、犁形、大速差、双通道等）、随着对环保的日益重视，又相继出现了既能满足低负荷稳燃又能降低锅炉,NOX,排放的低负荷稳燃器（如水平浓淡燃烧器等）。,这一类技术的优点是可实现锅炉低负荷运行过程中稳燃，节约稳燃用油。,缺点是稳燃效果只能达到锅炉额定负荷,45%,左右，不适应锅炉负荷的深度调峰要求，更不能节约机组启停耗油，因此节油效果大约在20%左右。,B,、少油点火技术:,随着燃煤发电机组启停调峰的增加，最先出现了少油点火技术,(,俗称粉包油技术,),，即将小油枪布置在一次风喷口内或附近直接点燃煤粉，因此可以将油枪出力降到300至500,kg/h,。,该技术的优点是可减少锅炉启停及低负荷稳燃用油，一次性投资较小，系统简单，节油率相对前者有所提高。,其缺点是油枪出力偏大；燃烧不稳定；油枪在一次风管道中易磨损且更换困难；启动初期不能投电除尘。,C、,等离子无油点火技术:,等离子无油点火技术最先出现在上个世纪七十年代的石油危机之后的前苏联、澳大利亚等国家，随后我国也进行了相关的研究，直到,2000,年左右，该技术才在我国实现工业性应用。,该技术的优点是可实现锅炉启停及低负荷稳燃的无油运行，节油率可以达到,100%,，而且启停期间可投电除尘。,其缺点是一次性投资相对较高。,d、,锅炉微油量点火及稳燃技术:,锅炉微油量点火及稳燃技术是最近发展起来的用于燃煤电站锅炉启停以及低负荷稳燃过程的最新节油技术。,该技术的优点是仅用极少量燃油就可实现燃煤电站锅炉启停及低负荷稳燃，对有煤粉粉源的锅炉，其节油率可以达到,95%,以上；系统简单且兼容性好，投资少（60至100万元）；设备安全可靠性高，维护量小；由于燃油量可调整，所以在冷炉点火初期及煤质变差时，可适当增加油枪出力来提高燃烧效率；启停期间可投入电除尘，有益于环保。,其缺点是需要极少量燃油。,采用出力为10至20,kg/h,小油枪，实现气化燃烧，用产生的高温火焰在燃烧器内直接点燃3至5,t/h,的煤粉，使其喷入炉膛内的煤粉火焰具有极强的自稳燃能力,并继续进行燃烧，从而代替传统的大油枪，“以煤代油”实现电站锅炉的启、停及低负荷稳燃。,主要包括三个方面的核心技术：,A,、燃油气化燃烧技术，目的是获取高刚性高温火焰；,B,、煤粉逐级点燃，能量逐级放大技术；,C,、防结焦和防燃烧器烧损技术；,4.3,微油量点火及稳燃技术工作原理,A,、燃油气化燃烧技术,燃油气化燃烧火焰,气化燃烧小油枪三维图,气化燃烧后的火焰，刚性极强、火焰呈完全透明状（根部为蓝色，中间及尾部为透明白色），火焰中心温度高达1500至2000。,气化管,配风板,喷嘴,燃油,压缩空气,高压风,利用压缩空气的高速射流将燃料油直接击碎，雾化成超细油滴进行燃烧，同时用燃烧产生的热量对燃料进行初期加热，扩容，后期加热，在极短的时间内完成油滴的蒸发气化，使油枪在正常燃烧过程中直接燃烧气态燃料，从而大大提高燃烧效率及火焰温度。,B,、煤粉逐级点燃，能量逐级放大技术,工作原理：,首先由气化燃烧的小油枪在点火煤粉燃烧器一次室内直接点燃300至500,kg/h、kg/kg,的煤粉，利用煤粉在快速加热时大量析出挥发份的特点，改善煤粉的燃烧特性，使得这一部分煤粉极易着火，然后由能量得到放大的火炬再点燃二次室中更多的煤粉，最终点燃3至5,t/ht/h,油枪出力，能够满足锅炉启停及低负荷稳燃的需求。,煤粉燃烧器原理示意简图,煤粉燃烧器三维图,喷口,一次风,油枪接口,二次风,C,、燃烧器防结焦和防烧损技术,工作原理：,由于煤粉是在燃烧器内就被点燃并燃烧，为了防止燃烧器燃损与结焦，主要采用燃烧器壁内外加气膜方式进行冷却。这种形式有如下优点：,A,、内气膜将燃烧器壁面与燃烧器内火焰隔离，极大地降低了燃烧器内煤粉火焰流与燃烧器壁面的对流换热；,B,、由于气体的热传导性能很差，因此燃烧器壁面与燃烧器内火焰隔离的内气膜能极大地降低传导换热；,C,、燃烧器壁内外气膜与燃烧器壁面之间的换热带走燃烧器吸收的辐射换热等。,由于气膜的扩散作用会使气膜失效，以及气膜吸收的热量会造成气膜温度升高，都会影响对燃烧器壁面的冷却，因此燃烧器采用多级气膜冷却方式。,五、,高温空气无油点火技术,5.1,锅炉无油点火背景、意义：,我国是一个相对富煤贫油的国家，煤储量丰富。,以煤代油，开发高温空气无油点火与稳燃新技术，降低点火助燃用油，强化环保，有着重要的意义。,电网峰谷差大大增加，要求电网中有更多的机组参与调峰，致使点火和助燃用油大幅增加。,电厂点火用油相当可观，助燃用油量更大，点火时不投除尘器，污染环境。,我国燃煤电站用油现状,电站煤粉锅炉运行过程中，燃油的消耗主要有两种途径,:,1,、在锅炉启动点火过程中,所投入的燃油：,125MW,、,200MW,、,300MW,机组锅炉启动一次需用油分别为,15,吨、,30,吨、,35,吨；,2002,年我国用于锅炉点火和助燃的燃料油超过,600,万吨,直接费用高达,160,亿元人民币。,2,、锅炉运行中,为了调峰的需要,在低负荷时拌油燃烧,以防发生熄火事故。一台,670T/H,锅炉，由于负荷变化，每年助燃油在,1000T,左右，助燃用油量更大。点火用油量,500,000T,直接费用：,M1=500,000T*3000,元,/T=15,亿元人民币。考虑到运输、管理，如果再加上助燃用油，总费用可达,30,40,亿元人民币。,低温等离子体点火燃烧器；,激光点火燃烧器；,感应加热点火燃烧器；,高温空气无油点火技术。,煤粉无油直接点火技术,5 .2,高温空气无油点火原理,煤粉着火燃烧机理,Coal + Air,燃烧产物,+,热量,热量,Q,高温空气无油点火技术是利用高温中频感应加热器将常温空气加热到约,1000,的高温空气，并采用分级点火原理,高温空气连续进入无油点火燃烧器一级点火管，与进入一级的小股煤粉气流混合并将其点燃，一级着火后再点燃二级,进而点燃三级煤粉气流，最后完,成多级点火过程。,kg/kg,单,位,325,370,540,730,800,1000,混合物着火温度,5,3,0.43,10,5,0.51,煤粉初始浓度,烟煤,无烟煤,煤种,煤粉浓度与着火温度的关系,煤种、一次风率与着火温度的关系,550,750,1000,850,700,着火温度,30,30,20,20,30,%,一次风率,褐煤,劣烟煤,无烟煤,贫煤,烟煤,单,位,煤粉气流着火理论分析,通常煤粉气流的着火条件不仅取决于用来点燃煤粉气流的热烟气温度，而且需足够的热量。,如果能够用高温介质对新鲜煤粉气流连续地提供足够的着火热量，则可维持煤粉气流连续稳定地着火。,改善煤粉浓度有助于着火。,如将适量的空气加热到,1000,，做为热源连续地加热煤粉可以点燃包括无烟煤在内的煤粉气流。,5.3,中频感应加热理论应用,感应加热是靠感应器通过电磁感应把电能传递给被加热,金属，在金属内部电能转变成热能。,感应加热结构原理：,空气导管外缠绕水冷线圈,;,空气导管外缠绕的水冷线圈通电后产生强的高变磁场,;,导管壁面形成高变感应电流,涡流,;,涡流克服感应管自身电阻生成焦耳热，利用这些热量加热导管内流过的空气。,感应式高温空气加热器,-,中频电加热装置可将常温空气加热到,1000,，从而具备了高温空气无油点火的前提条件。,中频感应高温空气加热器原理示意,冷空气,高温空气,水冷线圈,空气加热管,进水,回水,电源,电源,点火燃烧器研究,在上述理论及设备基础上，建立了无油点火试验台，采购并布置风机、给粉机等相关设备，针对不同煤种设计相应的无油点火燃烧器装置。,5.4,实验室点火燃烧器模化试验研究,经过数百次,1,：,1,及,1,：,4,的试验室试验研究，对点火燃烧,器进行了多次改进，最后成功清除了工程应用的主要障碍：,1,）着火问题（煤种,煤粉浓度,浓缩方式,风温、风压等）；,2,）结焦渣问题（风温,风压,加热器功率变化,一级结构优,化，进粉结构优化）；,3,）堵粉问题,(,一级引入管进口防堵措施,),；,4,）防磨损问题,(,耐磨材料,防磨结构,),；,5,）长时间考核试验,(,长时间着火是否可靠,结焦,烧损,磨损等,),。,实验室内已成功点燃,贫煤及烟煤,开发出烟煤及贫煤两个系列点火燃烧器。,系统组成,高温空气加热器,产生,1000,左右的高温空气。,电源柜,为高温空气加热器提供电源。,点火燃烧器,与高温空气加热器配套，点燃煤粉。,自动控制系统,全数字自动控制。,风机、管路及给粉机系统。,高温空气,空气加热器,煤粉仓,燃烧器,煤粉管道,给粉机,一次风机,火检,冷空气,高温空气点火系统流程图,一级,二级,三级,高温空气,主要技术参数,1,、输出功率：,5,250KW,，连续可调；,2,、高温空气：,1000,，,400,500m3/h,；,3,、升温速度：,2,分钟内升温,1000,；,4,、冷却水：除盐水，,Q5t/H,，,t50,；,5,、一次风速：,18,28m/s,；,6,、二次风速：,40,45m/s,；,7,、点火燃烧器出力：,8t/h,；,8,、煤粉浓度：；,9,、燃尽率：大于,85,。,1),体积小、重量轻便于安装；,2),着火迅速，适应煤粉范围宽，可以点燃灰分达到,49.9%,的煤粉，挥发份,20%,的煤粉；,3),体积小，减少了一次风的阻力；,4),能耗低，单只高温空气加热器电源平均功率为,40kW,；,5),升温速度快，每台点火器升到额定温度不超过,2,分钟。,5.5,高温空气点火燃烧器主要特点,5.6,高温空气无油点火技术特点：,1,、高温空气无油点火燃烧器加热器件不与煤粉接触，具有安全可靠，结构简单的特点，维护成本低廉。,2,、无油点火与低负荷稳燃成功的有机结合，无油点火燃烧器同时具备低负荷稳燃能力。,3,、采用多级点火燃烧器的形式，使得用较小的电功率输入可以点燃较大量的煤粉气流。,4,、高温空气与煤粉混合加热区域大且可调节，可以实现不同煤质，不同一次风速下的应用，适应性强。,5,、制造材料方便易得，造价较低，经济性高。,6,、该技术产品寿命较长，可靠性高，更换方便，安全性高。,一、火电厂风机简介,二、我国火电厂风机现状,三、火电厂风机节能途径与技术,四、火电厂风机采用变频调速节电量计算分析,五、一台,350MW,机组一次风机节能综合改造,第二章、火电厂风机的安全运行与节能,一、火电厂风机简介,火电厂风机耗电量约占发电厂发电量的,1.5%,2.5%,。火电厂风机运行的安全经济性直接关系到发电机组乃至整个电厂的安全经济运行，其运行的可靠性和经济性一直是发电企业极为关注的问题。,、 火电厂风机型式,前向式；后向式；径向式,离心式 单吸悬臂式；单吸双支撑；双吸双支撑,机翼形叶片；圆弧形单板叶片；直板叶片,动叶调节轴流式：单级动调；双级动调,轴流式 子午加速,(,混流,),式：,静叶调节轴流式,普通轴流式：单、双级,火电厂离心风机型式,火电厂轴流式风机型式,1.2,火电厂风机典型性能曲线,二、我国火电厂风机现状,2.1,我国火电厂风机制造厂家情况,我国已引进国外先进火电厂风机技术，现已基本能满足,600MW,以下机组送风机和引风机的需要。各主要火电厂风机制造厂引进技术如下：,上海鼓风机厂：引进德国,TLT,动叶调节轴流式风机及静叶调节轴流式风机技术。,沈阳鼓风机厂：引进原丹麦,NOVENCO,公司和美国,TLT,公司动叶调节轴流式风机及德国,kkk,公司静叶调节轴流式风机技术。,成都电力机械厂：引进的德国,KKK,公司静叶调节（子午加速）和动叶调节轴流式风机技术。,豪顿华公司：使用英国豪顿公司动、静调轴流式风机及离心式风机技术。,武汉鼓风机厂：引进的日本三菱公司的动叶调节轴流式风机和离心式风机技术。,我国火电厂风机主要生产厂家为上海鼓风机厂、成都电力机械厂和沈阳鼓风机厂俄罗斯是供应我国火电厂风机最多的国家。 三厂家送风机的总供应率达,71.5%,，其中上海鼓风机厂最高，达,38.4%,。其次是沈阳鼓风机厂，达,22.1%,。成都电力机械厂为,11%,。俄罗斯为,5.2%,； 三厂家引风机的总供应率达,70.9%,，其中成都电力机械厂高达,30.3%,，其次是上海鼓风机厂，达,24.2%,，沈阳鼓风机厂为,16.4%,。俄罗斯佔,4.8%,。,2.2,我国火电厂风机可靠性现状,近十年来我国火电厂风机的制造和运行维护水平有很大的提高，运行可靠性有长足的进步，,2004,年全国因送、引风机故障造成的发电量损失不到,1991,年的,50%,；但与国际先进水平仍有较大差距。国产风机的可靠性不如全套进口的风机。,2004,年送、引风机平均每台年的故障次数仅相当于美国,1980,年的水平；叶轮飞车等恶性事故虽已得到遏制，但还未完全消除；轴流式风机的失速（喘振）现象时有发生；因风机内部气流压力脉动造成的风机异常振动和进出口管道振动现象，随着大型高压一次风机的增多而突出起来；大型风机噪声高（一般在,100dB,左右）对周围环境和居民生活质量的提高影响大，需进一步治理的呼声越来越高。,2.3,我国火电厂风机运行经济性现状,近年来，我国火电厂风机运行的经济性有较大提高。这主要是由于：,动叶调节和静叶调节轴流式风机在我国大量投运 轴流风机在我国大容量机组中的使用率已远远超过了离心式风机；电厂对风机运行经济性的日益重视加大了对低效运行风机的改造力度，采用液力耦合器和变频调节的风机日益增多。 但由于选型设计的差异，制造质量和运行维护水平高低的差别，我国各电厂风机耗电率的差别还较大。一般送、引、一次风机均采用动叶调轴流式风机的电厂，其三大风机的年均总耗电率（占电厂发电量的百分数）可以达到,1.5%,以内，最好的可达,1.0%,。配备离心式风机的大型电厂，其三大风机的年均总耗电率一般在,2.0%,以上，最好的也接近,2.0%,。而高的竟达到,2.5%,以上。与国外先进水平相比，还有差距，总的运行经济性还有待进一步提高。,2.4,我国火电厂风机运行经济性差的主要原因,据西安热工研究院总结，我国火电厂风机运行经济性差的,主要原因有,:,1,、选型设计,(,包括参数确定和型式选择,),存在不合理情况；,2,、高效风机品种不全,(,其中一次风机、排粉机和脱硫增压风机,更为突出,),；,3,、风机可靠性较差；,4,、风机设备的调节性能与调峰机组的要求尚有较大差距；,5,、运行操作还有不合理的地方。,3.1,火电厂风机节能途径,、选择与锅炉风,(,烟,),系统相匹配的风机,目前，我国大型火电厂风机,(,不论是国产还是引进,),几乎均是高效风机，但其在电厂运行的经济性,(,或耗电率,),却有很大差别。究其原因，最主要、最关键的是所选风机的特性是否与其工作的管网系统阻力特性相匹配。因此，选择好与锅炉风,(,烟,),系统匹配的风机是首要的节能途径。,三、火电厂风机节能途径与技术,3.1.2,采用先进的调节方式,火电厂风机在选型时均留有一定裕量，有时为考虑煤源,(,煤质,),的变化、锅炉主辅设备状况变差等情况的影响，此裕量还较大。机组发电负荷也不可能不变，参与调峰的机组负荷率还较低。即火电厂风机总是在部分负荷下运行，这就要求对风机进行调节。显然，调节方式的好坏直接关系到火电厂风机运行的经济性。因此，选择先进的调节方式是火电厂风机又一重要节能途径。,3.1.3,改造低效运行的风机,尽管在我国大型电厂中使用的火电厂风机几乎全是高效风机，但由于种种原因，其运行效率较低的风机还不少。,对这些风机进行改造，提高其运行效率，仍是我国火电厂风机节能的一重要途径。,3.1.4,提高火电厂风机运行的安全可靠性,火电厂风机的可靠性直按关系到发电机组的安全经济性。如果风机的可靠性不高，即故障率高，则会造成发电机组非计划停运或非计划降低出力运行，直接损失发电量和降低机组运行经济性。如,2004,年我国,200MW,以上机组引风机平均每台年等效非计划停运小时为，造成直接少发电量达亿千瓦时以上。因此，提高风机可靠性，降低其非计划停运率，无疑是火电厂风机的另一重要节能途径。,3.2,火电厂风机节能技术,、合理的确定风机选型设计参数,风机选型设计参数是否合理是风机运行经济性好坏的首要关键，选大了则会使风机运行不到高效区内，造成高效风机低效运行的后果。甚直可能导致离心风机及其进出口管道的剧烈振动和轴流风机失速,(,喘振,),等不安全现象发生，威胁机组的安全经济运行。选小了又会造成不能满足机组满发的需要。,A,合理确定风机裕量,B,提供风机的选型参数不能只有一个设计工况点参数。,A,合理确定风机裕量,我国火电厂风机的选型参数均是按锅炉最大连续蒸发量所需的风,(,烟,),量和风,(,烟,),系统计算阻力加上一定的富裕量确定的。其中锅炉本体的风,(,烟,),量和风,(,烟,),系统阻力由锅炉厂提供，辅机设备的出力、阻力、漏风等由制造厂提供，锅炉岛内的风、烟管道由设计院设计，最终选型设计参数由设计院提出。因此，作为业主单位必须深入了解锅炉和辅助没备制造厂提供参数的依据，是否留有裕量及其大小,(,特别是空气预热器一、二次风的漏风率、制粉系统的出力及阻力,),；设计院的管道设计是否合理和风,(,烟,),量及阻力计算时是否已留有裕量；最后总的裕量是否合适等。,B,提供风机的选型参数不能只有一个设计工况点参数，必须包括：,选型工况,(TB),点、,BMCR,工况点、发电机组满发,(,经济运行,),工况点、,50%BMCR,附近工况点，不投油最低稳燃工况点及锅炉点火啟动工况点的参数。,如果只有,TB,和,BMCR,两工况点的参数就选择风机，往往造成选出的风机不能满足低负荷工况的需要。甚至造成轴流风机失速（喘振），或离心风机工作在气流高脉动区，给风机安全稳定运行带来隐患。,、合理选择风机的型式和型号大小,为选择到合适的风机型式和型号，首先要有风机所在系统的阻力特性，即发电机组在各种负荷工况及可能的异常工况,(,如上节所列,),下运行时该系统的流量和阻力。其次要了解机组的负荷特性,(,即负荷率,),。,选型时，首先按,TB,工况参数选取风机型式和型号大小，然后将,系统阻力特性,(,换算到所要选择的风机特性曲线相同的状态,),画到所,选的风机性能特性曲线图上，观查所要选的风机是否能满足安全稳,定运行的需要。即阻力线要完全落在风机稳定区域内且失速裕度足,夠。,在满足安全运行需要后，再按机组负荷率进行计算比较，选择,年耗电量最小的风机型号。但在确定风机型式,(,离心、动调轴流、,静调轴流,),时，还要考虑风机设备费、基础费、占地大小及运行可,靠性等进行技术经济比较后再最终确定。,A,常规调节方式,1),离心风机叶轮入口轴向导叶调节；,2),离心风机进风箱入口百叶窗式档板调节；,3),排粉风机入口节流调节；,4),轴流风机的静叶调节；,5),轴流风机的动叶调节,。,先进的转速调节,1),双速电机变极调节,-,适合于风机富裕量大于,20%,2),调速型液力耦合噐调节,-,经济调速范围为,40%-90%,3),调速型液力离合噐,()-,经济调速范围为,40%-100%,4),变频调速,-,目前最好的调速方式，但价高有谐波污染。选型应注意整体效益和安全可靠性,(,频率、扭振等,),问题。,3.2.3,采用先进的调节方式,现有各调节方式比较,风机最好的调节方法为变转速调节，其次是动叶调节轴流,式风机、其余依次是静叶调节轴流式风机、离心风机的入口导,叶调节、离心风机进风箱入口百叶窗门调节 ，排粉机采用节流,调节是最差的。,变转速调节在我国电厂中成功应用的有：双速电动机、调,速型液力耦合器和变频器。其它如可控硅串级调速电机、滑差,电动机、调速型液力离合器,(,离合器,),有各别应用。,在己投运的风机上加装变转速装置应注意的问题,风机与管网系统是否匹配。如果风机与管网系统匹配不好，,即系统阻力特性线未通过风机的高效区，机组满负荷运行或风机,全速运行调节机构,(,如有,),全开时，风机运行效率就不高。那么,既使采用变速调节，风机运行效率也还是低的。对此，必须首先,对风机进行改造，然后再选配变速调节设备。,再有就是，要对转子的固有频率及轴系的扭振频率进行校核,计算，防止出现轴系扭振和在某些转速下运行时引起转子部件共,振的发生。,、改造低效运行的风机,上世纪九十年代前，火电厂风机改造主要是推广高效风机。,西安热工研究院在总结国内电厂风机改造的经验教训之后，,提出了风机改造的新思路。即注重发挥改造的整体效益，而不,是片面追求风机本身的最高效率。将改造低效运行风机提高运,行效率和提高风机本身运行可靠性结合起来；将降低风机运行,电耗同尽量节省改造费用结合起来；在进行风机本身改造的同,时，充分考虑管路系统特性及运行方式等，使节能改造效果更,显著。风机改造的步骤和主要方法是：,A,改前试验,通过改前风机运行性能试验得出系统阻力特性；确定合理的,风机设计参数；评价风机进、出口管道布置的合理性；以及在,风机改造的同时有无必要改造系统中的其它设备和管道。,B,确定风机改造范围,根据改前试验结果，进行风机选型设计，并尽可能利用原风,机设备部件,(,如电机、基础、传动组、等尽可能不换，机壳尽,量少改或不改,),，减少改造工作量和成本。,C,进行结构设计,采用先进的有限元法对叶轮整体应力进行计算，合理选用材料及其,厚度；对引风机及排粉机应采取有效防磨措施；对大型离心风机优先采,用双吸双支撑结构，并采用棘形,(,锯齿刑,),中盘，以减轻叶轮重量、减轻,磨损；对采用入口轴向叶片调节的大型离心风机，在其后的集流噐中加,装中心涡消旋器，以避免调节门在,50%,左右开度时风机及进、出口管道剧,烈振动。最终达到提高风机运行稳定性和可靠性的目的。,D,选择合适的调节方式,经技术经济分析，选择调节效率和可靠性高的调节装置。,E,改造不合理的进出口管道布置,在改造风机的同时，改造不合理的风机进出口管道布置，或在不合理,的弯道处加装导流叶片。以改善风机工作条件、降低系统阻力，从而达,到多节电的目的。,变频调速是目前最好的调速方式，且其可靠性高。近年来由于高压变频器国产化加快，价格有所降低，采用变频调速在我国火电厂风机中逐渐增多。但设备价格仍然是影响大型火电厂风机的选用的关键，已有采用变频调速节电效果不明显不合算的实例。,因此选用变频器，不要将按节流调节理论推导出的风机、泵类负载采用变频器后可获得,20%-30%,以上的节电率应用到火电厂风机上，必须根据实际负荷率和所配风机的实际运行效率进行详细经济分析后再决定是否选用。这是由火电厂风机及其系统特性决定的。,四、火电厂风机采用变频调速的节电量分析,1,、火电厂风机除排粉风机外没有采用节流凋节的大,型火电厂风机。因此按档报节流调节的计算方法不适,用于排粉机以外的火电厂风机,(,送、引、一次、脱硫,风机等,),；,2,、锅炉风,(,烟,),系统的流量与锅炉负荷不是按一次方,关系变化。因为锅炉低负荷时氧量都要高于额定负,荷、预热器在不同负荷时的漏风率不同、少投运的燃,烧器还需要有一定的冷却空气量等，使得锅炉送风量,和烟气量随锅炉负荷的降低要小于一次方关系；,3,、锅炉风,(,烟,),系统的阻力随锅炉负荷,(,或发电负荷,),的变化并不是简单的二次方关系，通常在,(1.5-1.8),次方之间。,这与系统内的设备和风,(,烟,),门的特性及管道布置有,关。对于采用中速磨直吹式制粉系统的锅炉，其一次,风系统的总阻力随风量的变化关系更远低于二次方。,这是因为此时锅炉负荷的变化主要采用磨煤机投运台,数去适应，磨煤机的出力变化不大，因而其阻力变化,小，反应到一次风机上就出现风量随锅炉负荷变化较,大，而压力变化较小。,4,、采用变频调速并不能改变风机的性能，并且还增,加了变频器自身带来的损失（尽管其相对于其它凋速,装置损失较小）。,对于在己投运的火电厂风机上加装变频装置，,更要注意风机与所在系统是否匹配的问题，如不匹,配，即系统阻力特性线未通过风机的高效区域，风机,在全速运行时的效率就不高。那么采用变频调速后,，风机运行效率始终也不高，节能达不到理想状况。,5,、采用变频调速的节电率与发电机组的负荷率直接相,关。机组负荷率高,(,高转速运行时间多,),，节电率就,低；机组负荷率低,(,低转速运行时间长,),，节电率就,高。,以下用一实例来说明火电厂风机采用变频调速后的,节电量计算。,某电厂一台,1004t/h,媒粉锅炉。配有两台静叶可调轴流式风机。其设计规范示于下表，其性能曲线如图,4,所示,。,项目,单位,数值,型号,/,AN30e6,工况,/,BMCR,工况,TB,工况,风压,Pa,3895,4868,比压能,Nm/kg,4899,6347,风量,m,3,/h(m,3,/s),1004400(279),1185480(329.3),静叶调整范围,/,-75,30,介质温度,120,120.6,介质密度,kg/ m,3,0.795,0.767,风机轴功率,kW,1278,1880,风机效率,86.8,87,电机型号,/,YFKK800,8,电机功率,kW,2240,该引风机自投运以后，一直存存电耗高的问题，该型引风机热态运行性能试验的结果示于图,4,。,从图,4,可见，该型风机与与锅炉烟气系统极不匹配，风,机出力富裕量过大。在机组满负荷（,335MW,）时，平均,每台引风机风量为,274.4 m3 / s,，风压为,2619Pa,。分,别为风机设计工况（,TB,）的倍和倍造成两台风,机入口调节门开度在,45%(,调节叶片角度在,-30),以下,运行。因而运行效率低，电耗高。,对此风机，热工院提出了两个改方案进行比较。一,是改变频调节，二是将电机转速由,740r/min,降至,596r/min,，同时更换风机叶轮，将叶片数由,19,片降至,13,片、变成,AN30e6(V13+4),型风机。,AN30e6(V19+4),型风机采用变频器进行转速调节后，其风机性能如图,5,所示。,名称,符号,单位,计算公式或来源,工况,1,工况,2,工况,3,工况,4,机组负荷,E,MW,控制室显示值,335,290,240,190,风机烟气量,q,v,M,3,/s,实际测量值,274,4,237.4,217,85,181.1,风机压力,p,F,Pa,实际测量值,2619,2115,1752,1122.1,风机比压能,Y,J/kg,3323.3,2704,2223.8,1377,风机空气功率,P,u,kW,P,U,= q,v,* p,F,/1000,718,6,502.2,381,7,203.2,定速风机叶轮效率,R,%,查图,4,83.7,76.0,61.0,36.5,变速风机叶轮效率,rb,%,查图,5,86.4,86.5,86.75,86.5,定速风机轴效率,a,%,a,=0.98*,R,82,0,74.48,59.8,35.8,变速风机轴效率,ab,%,ab,=0.98*,Rb,84.67,84.77,85.02,84.77,变频器效率,b,%,变频器厂提供,95,95,95.0,95,电机效率,e,%,假设,94,94,94.0,94,定速电机输入功率,P,t,kW,P,t,= P,u,/,a,/,e,932.3,717.3,679.0,603.8,变速电机输入功率,P,tb,kW,P,tb,= P,u,/,ab,/,e,/,b,950.46,663.4,502.5,268.4,年运行小时,H,h,电厂提供,2400,1200,2400,1200,定速运行年耗电量,N,MWh,N= P,t,*H,2237.5,860.8,1629.6,724.6,变速运行年耗电量,N,b,MWh,N,B,= P,Tb,*H,2281.1,796.1,1206.0,322.0,定速年总耗电量,N,e,MWh,N,e,=N,5452.5,变速年总耗电量,N,eb,MWh,N,eb,=N,b,4605.2,用变频年总节电量,N,J,kWh,N,J,= N,e,- N,eb,847300,由图,5,可见，当采用变转速调节后，风机运行效率有很大提高，其节电量计算如下表,从表,2,可见，该风机改变频调速的节电率可达,15%,，若,按的电价计算，一年只能节约万元。,而要加装,2240kW,的高压变频装置系统，却需,250,万元以,上。不计投资利息也需,14,年才能回收改造成本。,因此，此方案不宜采用。,该风机虽然出力过大，与系统特性极不匹配。但采用变频调速经济上仍不合算。究其原因,一是该型风机采用入口导叶调节，调节性能较好，因此在机组满负荷运行时，原风机效率与变转速调节效率相差很小，加上变频器自身的损耗，反而多耗电；,二是低负荷变频调速运行时，风机效率虽比定速运行高出很多,(190MW,负荷高出,50,个百分点,),，但低负荷时风机空气功率大大减小，节电量有限；,三是变频装置价格过于昂贵，节电量虽大，但靠节电量不足以偿还初投资。,AN30e6(V19+4),型引风机降速并将叶轮更换为,AN30e6(V13+4),型风机叶轮后，其性能曲线示于图,6,。,由图,6,可见，该引风机在,596r/min,转速下运行时，完全,可以满足引风机在,BMCR,工况下的需要，因此，决定将,原,746 r/min,的引风机电机改造为具有,746 r/min,和,596r/min,两种转速的双速电机，并更换叶轮。当电机,在低速,596r/min,运行时，电机功率为,1400kw,，对应风,机最大轴功率仍有倍的安全系数，完全满足电动机,功率的选型要求。并且由于电机基础保持不变，减小,了很大工作量。,按图,6,可得改造后的风机运行效率，节电计算见表,3,。,表,3,更换叶轮并降转速到,596r/min,运行时的节电量计算,名称,符号,单位,计算公式或来源,工况,1,工况,2,工况,3,工况,4,机组负荷,E,MW,控制室显示值,335,290,240,190,风机烟气量,q,v,M,3,/s,实际测量值,274,4,237.45,217.85,181.1,风机压力,p,F,Pa,实际测量值,2619,2115,1752,1122.1,风机空气功率,P,u,kW,P,U,= q,v,* p,F,/1000,718,65,502.2,381.7,203.2,风机叶轮效率,R,%,查图,4,87,86.5,85,66.0,风机轴效率,a,%,a,=0.98*,R,85.26,84.77,83.3,64.68,电机效率,e,%,假设,94,94,94,94,电机输入功率,P,t,kW,P,t,= P,u,/,a,/,e,896.7,630.2,487.5,334.2,年运行小时,H,h,电厂提供,2400,1200,2400,1200,年耗电量,N,MWh,N= P,t,*H,2152.1,756.24,1169.9,401.0,年总耗电量,N,e,MWh,N,e,=N,4479.2,改前牟总耗电量,N,e,MWh,查表,2,5452.5,年总节电量,N,J,kWh,N,J,= N,e,- N,eb,973300,从表,3,可见，改造后的风机运行效率与变频改造,的风机效率相当。但由于没有变频装置自身的损,耗，其节电量比改变频还多。,叶轮改造后，实测,335MW,、,290MW,和,240MW,三工况的风,机运行轴效率分别达到由,85.8%,、,83%,和,77.5%,。实测三,工况电动机输入功率分别为,885kW,、,637kW,和,532kW,。与,表,3,的计算值基本吻合。,一台风机的改造成本为,42,万元,(,电机改双速,20,万元，,更换新叶轮,22,万元,),。按实测风机电机的耗功计算，改,后一台风机年节电量为,973300kWh,，按元,/kWh,的,电价计算，一年节约万元，约二年可回收成本。,结论,引风机通过降速和叶轮改造后，风机裕量过大,的问题已解决，风机运行效率大幅度提高，由改,前的,58.5%,提高到,84.1%,，节电效果十分显著。风,机运行稳定，噪音明显下降。达到了节能降耗目,的。,1,、概况,一台,350MW,机组的两台一次风机为,G9-3624D,型离,心式风机，其设计规范如下表。自机组投运以后，一,直存在着运行操作中易发生喘振现象、风机出口管道,振动大、噪音高和电耗大等问题。曾经进行过更换叶,轮改造，但未取得成功。,五、一台,350MW,燃煤机组一次风机综合改造,一次风机设计规范,名称,项目,单位,TB,点,MCR,一,次,风,机,型式,G9-36-124D,数量,台,2,风机直径,mm,2400,风机转速,R/min,990,进口流量,m,3,/h,287892,179640,风机静压升,Pa,14386,11066,进口温度,40,20,进口密度,Kg/m,3,1.121,1.197,风机效率,%,82,65,风机轴功率,kW,1439,880,电,动,机,型号,YFKK6306,容量,kW,1600,电压,V,6000,电流,A,182.5,转数,r/min,994,数量,台,2,2,改前试验结果及分析改前风机性能曲线及试验结果见下图, 从上图可见：风机实际运行在小开度低流量的低效区域，该型风机与实际的一次风系统不匹 配，有必要对风机进行改造。, 风机出口风道振动测量结果：最大振动部位在紧结冷风联络管后，振动速度达,18mm/s-32mm/s,之间，主频率为,41Hz-50Hz,之间，约为风机转速频率的倍，是较典型的风机入口中心涡引气的气流压力脉动激振的结果。, 噪声测量结果：风机噪声随负荷而增大，当机组负荷从,180MW,增加到,350MW,时，风机噪声由,96dB,增加到,98dB,以上，虽然风机进口已装有消音器，但噪声仍超标，需进一步治理。,2),选型参数的确定,风量确定：在机组满负荷实测参数的基础上考虑锅炉负荷的修正，即,从实验负荷按一次方关系修正到,BMCR,工况流量。同时可根据实测的锅炉有,关参数按磨煤机通风量及预热器一次风漏风量计算结果进行比较，分析实,测数据的可信度，在得到实测数据可信基础上，以实测数据为依据，再留,出适当裕量确定出选型量。,本次实测并修正到,BMCR,的风量为,51.659 m3/s,，取,5%,的裕量并沿整后取,为,54.0 m3/s,。,风压确定：根据实测的风机压力和一次系统阻力特性换算至选型风量,下的系统阻力，再留适当裕量确定出实际需要的风机压力，然后再换算到,标准进口状态,(,介质密度为,1.2kg/m3),下确定出选型风压。,本次测试得出，当风量为,48.665 m3/s,时，一次风系统阻力为,2169pa,，,且系统阻力随风量成方次变化。选取,10%,冈压裕量后，最终选型风压,为,14500Pa,。,3),风机选型结果,风机选型计算见下表,序号,名称,符号,单位,方案,1,方案,2,1,设计流量,q,v,m,3,/h,54.0,54.0,2,设计全压,p,t,Pa,14500,14500,3,设计转速,n,r/min,990,990,4,湿空气标准密度,0,kg/m,3,1.2858,1.2858,5,风机入口静压,P,st1,Pa,-600,-600,6,风机入口绝对压力,P,1,Pa,100600,100600,7,设计风机入口介质密度,1,kg/m,3,1.2,1.2,8,压缩修正系数,k,p,0.95234,0.95234,9,比转速,n,s,31.64,31.64,10,选择风机型式,G6-34,G5-29,11,流量系数,0.0755,0.05583,12,压力系数,0.64,0.5215,13,功率系数,0.0605,0.039,14,风机内效率,in,%,82.5,85.8,15,风机直径,D,2q,m,2.577,2.875,16,风机直径,D,2p,m,2.587,2.866,17,选定风机直径,D,2,m,2.6,2.9,18,计算风机流量,q,1,m,3,/h,199641.1,199567.5,19,计算风机全压,p,t0,Pa,13950,14141,20,压缩修正系数,k,p,0.95197,0.95133,21,实际产生全压,p,t,Pa,14653,14865,22,需电机功率,P,d,kw,1163,1295.4,从上表计算结果看，选用,G6-3426D,型风机代替原,G9-,3624D,型风机比较合理。该型风机是热工院研制出的高效板型,后弯叶片风机，具有效率高、结构强度好、运转平稳、噪声低,的特点。其直径虽由增加到，但因叶轮窄叶轮重量反,比原叶轮轻。其基础、轴承、电动机及传动组不需更换。只需,更换叶轮、机壳和集流器三件。,另外，由于新风机机壳较窄，需在进口调节门后加,180mm,的,短圆管。风机出口也需换一过度段以弥补机壳变窄及出口中心,与出口管段中心的不一致。,4),其它改造措施,为防止中心涡流进入叶轮，引发风机气流压力的较大波,动，激发风机机壳及出口管道的大振动，风机改造时在轴向进,口调节门后加装一图示的反涡流装置。,为降低风机噪声，采用双层机壳，并在两层机壳中间充,填,NOVIPET,环保吸音隔热绵。在风机进、出口管道外敷设同样吸,音材料。,5),改造结果,改造前后热态运行性能试验结果见下表和下图,序号,项 目,单位,改造前,改造后,1,2,1,2,1,机组负荷,MW,350,349,2,锅炉蒸发量,kg/s,302.5,299.0,3,表盘挡板开度,44,42,100,100,4,风机电流,A,115.0,109.2,102.3,98.3,5,实测风机流量,m,3,/s,50.5,46.9,56.3,55.4,6,实测风机压力,Pa,12250.4,12088.5,13384.9,13507.9,7,介质密度,m,3,/kg,1.1571,1.1630,1.2496,1.2391,8,风机耗功,kW,960.0,957.8,856.3,847.2,9,风机效率,66.62,61.42,85.80,85.82,10,效率平均提高值,22.42,11,节能量（改后条件下）,W,353.63,12,换算到设计条件下,=1.2 m,3,/kg,13,风机压力,Pa,12589.2,13130.7,14,风机流量,m,3,/s,97.33,111.7,转速,n=990r/min,介质密度,3,3,20,25,30,35,40,45,50,55,60,65,70,75,80,流量,q,效率, ,10,F,压力,p,F,kPa,6),结论,通过对,G9-3624D,型风机综合改造为,G6-3426D,型风机,后，当机组满负荷运行时，风机运行效率由原,64%,提高到,85%,。