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由于环保排放标准的日益严格，国内大型燃煤机组纷纷实施超洁净排放改造，如脱硝增容改造、静电除尘器前增设低温省煤器、湿法脱硫增加喷淋层等[1]。
某1 000 MW机组拟在2016—2018年进行超低排放改造，由于超低排放改造完成后，引风机及增压风机入口烟温、介质密度、烟气量及全压升均发生较大变化，为确保锅炉烟气系统以及各烟气净化设备的正常运行，引风机及增压风机需要进行改造或更换[2]。由于1 000 MW机组引风机及增压风机电动机功率变化对原有厂用电系统影响较大[3]，故应结合电厂的实际条件，对引风机及增压风机改造方案进行技术经济比选，得出适合工程的风机改造方案。
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该1 000 MW机组设置2台引风机和2台增压风机。引风机型式为静叶可调轴流式，增压风机型式为动叶可调轴流式，引风机与增压风机均采用电动机定速驱动。原引风机和增压风机技术参数如表1和表2所示。
表 1 原引风机主要设计技术参数(TB点)
Table 1.
Main design parameters of the original induced draft fan (TB point) 参数项目 数 值 风机压升/kPa 6.842 风机流量/(m3·h-1) 2.912 760×106 入口介质密度/(kg·m-3) 0.903 入口介质温度/ ℃ 125 额定功率/MW 6.900 额定电压/kV 6 表 2 增压风机主要设计技术参数(TB点)
Table 2.
Main design parameters of the booster fan(TB point) 参数项目 数 值 风机压升/kPa 3.450 风机流量/(m3·h-1) 2.77×106 额定功率/MW 3.4 额定电压/kV 6 -
引风机及增压风机改造方案核心是风机选型参数的选取。引风机及增压风机的选型参数主要有风机入口流量、入口温度、入口介质密度和风机全压升等。
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由于超低排放改造的需要，烟气再热装置由回转式GGH改为MGGH。MGGH烟气放热段设置在静电除尘器前，原静电除尘器拟采用低低温静电除尘强化方案，因此引风机改造方案中，其引风机入口烟温的选取按照90 ℃；增压风机改造方案中，其增压风机入口烟温的选取按照95 ℃(考虑引风机温升5 ℃)。
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原静叶可调轴流式引风机选型参数中，引风机入口流量BMCR工况为2.366 280×106 m3/h，即657.3 m3/s，该设计工况相对应的烟气设计温度为115 ℃，烟气设计介质密度为0.903 0 kg/m3。原选型参数烟气流量按常压101.3 kPa，未考虑引风机入口负压修正。
引风机改造方案中，其引风机入口烟气流量的选取按照理论计算工况烟气量，并进行负压修正，引风机入口流量为2.328 758×106 m3/h，即646.9 m3/s(相对温度为90 ℃，入口负压5 kPa)。
增压风机改造方案中，其增压风机入口烟气流量的选取按照理论计算工况烟气量，增压风机入口流量为2.244 306×106 m3/h，即623.4 m3/s(设计温度为95 ℃)。
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理论设计数值烟气介质密度为0.928 1 kg/m3，其对应烟气温度为115 ℃，换算到现引风机入口温度90 ℃，并考虑负压修正，烟气密度约为0.943 1 kg/m3；换算到增压风机入口温度95 ℃，烟气密度约为0.978 5 kg/m3。
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1)增引合并，引风机全压升
机组超低排放改造包括湿式脱硫塔增加除雾层和脱硫塔后增加湿式除尘器，改造后，“增引合并”引风机改造方案中，其引风机和增压风机联合全压升的选取按照初步计算值9.3 kPa(BMCR工况)考虑。
2)增引不合并，引风机及增压风机联合全压升
国内某1 000 MW机组超低排放改造后，“增引不合并”引风机及增压风机改造方案中，其引风机和增压风机联合全压升的选取按照初步计算值10.25 kPa考虑。
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引风机理论计算工况烟气流量修正后约为2.328 758×106 m3/h，即646.9 m3/s，温度90 ℃，烟气介质密度为0.943 1 kg/m3。
增压风机理论计算工况烟气流量修正后约为2.244 306×106 m3/h，即623.4 m3/s，温度95 ℃，烟气介质密度为0.978 5 kg/m3。
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1)引风机BMCR工况阻力7.1 kPa，增压风机BMCR工况阻力为3.15 kPa。原引风机型号改变，转速为735 r/min，电机功率为7.5 MW。增压风机及其电动机型号不变。
2)引风机改造方案为：原风机本体需要更换机壳装配、中间轴、叶轮装配、小集流器、扩压器、活节装配、出口膨胀节、失速报警差压取样管、润滑管路。原进气箱、进口膨胀节、主轴承装配若使用完好可利旧[4]；失速报警差压开关、测振装置、电动执行器、就地仪表箱若使用完好可利旧。
3)增压风机进行相应的防腐改造，防止低温烟气腐蚀。
方案一电气专业改造方案如下：
1)增压风机不改造，电动机功率仍为3.4 MW；引风机电动机改为7.5 MW。原引风机为6.9 MW，每台引风机仅增加600 kW。原分裂变压器计算负荷为44.107 5/25 126.5-25.126 5 MVA，引风机增大后计算负荷为45.127 5/25.636 5-25.636 5 MVA，原分裂厂高变容量为45/26-26 MVA，满足要求。
2)每台机组脱硫系统以及MGGH系统新增2台1.550 MW循环泵，新增2台450 kW热媒水循环泵(1用1备)。新增计算负荷约3.017 5 MVA。
3)每台机新增1台湿式管式静电除尘器，考虑到其它低压负荷，每台机新设容量为1.250 MVA的湿式除尘变1台。
4)上述新增负荷按全部接入脱硫段考虑，新增计算负荷4.017 5 MVA。双卷变压器所带C段目前计算负荷31.428 5 MVA，改造后C段负荷35.446 MVA。原双绕组变压器为33 MVA，容量不满足要求。厂高变改造可增容10%，则厂高变可增容为36.3 MVA，增容后厂高变容量满足增引合并要求。
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1)引风机BMCR工况阻力6 kPa，增压风机BMCR工况阻力为4.250 kPa。原增压风机型号改变，转速为745 r/min，电机功率为4.5 MW。引风机及其电机型号不变。
2)增压风机改造方案为：原增压风机需要全部更换，无可利旧部件。失速报警差压开关、测振装置、电动执行器、就地仪表箱若使用完好可利旧。
3)引风机进行相应的防腐改造，防止低温烟气腐蚀。
方案二电气专业改造方案如下：
1)引风机不改造，电动机功率仍为6.9 MW。原分裂变压器计算负荷为44.107 5/25.126 5-25.126 5 MVA，原分裂厂高变容量为45/26 -26 MVA，满足要求。
2)增压风机改造后，电动机功率为4.5 MW；增压风机接在脱硫段上，增压风机增加负荷1.1 MW，新增计算负荷935 kVA。
3)每台机组脱硫系统以及MGGH系统新增2台1.55 MW循环泵，新增2台450 kW热媒水循环泵(1用1备)。新增计算负荷约3.017 5 MVA。
4)每台机新增1台湿式管式静电除尘器，考虑到其它低压负荷，每台机新设容量为1.250 MVA的湿式除尘变1台。
5)上述新增负荷按全部接入脱硫段考虑，新增计算负荷4.952 5 MVA。双卷变压器所带C段目前计算负荷31.428 5 MVA，改造后C段负荷36.381 MVA。原双绕组变压器为33 MVA，容量不满足要求。厂高变改造可增容10%，则厂高变可增容为36.3 MVA，增容后厂高变容量满足增引合并要求。
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“增引合并”引风机改造方案主要是取消增压风机，引风机由原有静叶可调轴流式更换为动叶可调轴流式，并由引风机克服整个烟气系统(包括脱硫系统)的阻力。
“增引合并”引风机BMCR工况(如图1的工况点2所示)阻力9.3 kPa，流量2.328 758×106 m3/h，压头裕量按照1.2考虑，流量裕量按照1.1考虑，温度裕量按10 ℃考虑，TB工况(如图1的工况点1所示)全压升11.160 kPa，流量2.640 240×106 m3/h，转速为745 r/min，电机功率为9.6 MW。
图 1 增引合并改造后新引风机的性能曲线图
Figure 1. Performance curve of new induced draft fan
方案三电气专业改造方案如下：
根据引增合一调整后的负荷计算，原分裂绕组厂高变45/26-26 MVA计算负荷为50.567 5/29.206 5 -29.206 5MVA，所以改造后分裂绕组厂高变和起备变必须增容至51/30-30 MVA，且阻抗保持不变。
新联合引风机功率为9.6 MW～9.7 MW，如果在厂高变51/30-30 MVA起动，则计算压降为77.47%，不满足要求。如果在起备变51/30-30 MVA起动，则计算起动压降为81.15%，满足起动要求。如果在高厂变起动且满足起动压降不低于80%，则高厂变容量需58/32.7-32.7 MVA。
如果厂高变增容至58/32.7-32.7 MVA，经计算6 kV母线短路电流为热稳定44.242 kA，动稳定109.707 kA，原6 kV开关柜、6 kV封闭母线、6 kV电力电缆都不能满足动热稳定要求。
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综上所述，电气改造可供选择方案如下：
方案一：分裂绕组起备变和分裂绕组厂高变均增容至51/30-30 MVA，设置软启动器或者变频器，投资成本高，运行业绩少。可实现厂高变和启动变都可以启动联合引风机，正常运行。
方案二：分裂绕组起备变和分裂绕组厂高变均增容至51/30-30 MVA，不设置软启动器或者变频器。起动联合引风机必须在起备变，不能在厂高变侧起动，当单台引风机因故停运后重新启动，必须将母线段切换至起备变才能启动，厂用电切换复杂，增大了事故隐患。
方案三：分裂绕组起备变和分裂绕组厂高变均增容至51/30-30 MVA，厂高变增设有载调压装置，可以满足起动要求。起备变和高厂变均需返厂改造。
综合以上分析，在所有方案变压器均需返厂增容的前提下，方案三在变压器增容的同时加装厂高变有载调压装置，有效解决电动机起动要求，运行方式更加灵活可靠，因此本次增引合并改造电气方案推荐方案三。
改造方案在可靠、节约、利旧的原则下进行，分裂绕组起备变和分裂绕组厂高变返厂改造要充分利旧，节约改造费用。
增引合一后的联合风机电动机裕量选择不宜过大，电动机选择启动电流倍数推荐在5倍以下，尽量减小最大电动机起动对母线电压造成大的波动，影响机组安全运行。
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某1 000 MW机组引风机和增压风机改造方案经济比较如表3所示，表中初投资含电气设备，且不考虑设备维护费用的差异。
表 3 引风机和增压风机改造方案经济性对比(两台机组数值)
Table 3.
Economic comparison of the reformation of the induced draft fan and the booster fan (two units) 项目 方案一(引风机改造，增压风机不变) 方案二(引风机不变，增压风机改造) 方案三(增引合并) 设备初投资/万元 1 820 1 900 2 820 烟气侧阻力 基准 基准 -1 kPa 运行费用 风机电耗：基准 风机电耗：基准 风机电耗减少：4×800 kW 合计：基准 合计：基准 合计：-384万元 投资回收期 无投资回收效益 无投资回收效益 静态投资回收年限约为7.3年 对超低排放改造的影响 湿式静电除尘器及MGGH烟气吸热段布置无法合理布置 湿式静电除尘器及MGGH烟气吸热段布置无法合理布置 无影响，湿式静电除尘器及MGGH烟气吸热段布置合理 -
国内某1 000 MW机组实施超低排放改造后，“增引合并”是合理和必要的，主要理由如下：
1)实施超低排放，原有引风机和增压风机不能满足要求，必须对现有运行引风机或增压风机进行改造。(其中引风机不变，增压风机改造方案投资1 820万元；引风机改造，增压风机不变方案改造投资1 900万元)
2)若增引合并不实施，脱硫岛区域无法合理布置超低排放改造新增设备湿式静电除尘器等。
3)结合超低排放改造，增引合并方案烟气侧阻力降低约1 kPa，年运行费用减少约384万元，静态投资回收期约为7.3年。
4)增压风机进出口烟道弯头、异形件较多，烟气流场不合理，烟道存在振动、噪音较大现象。引增合并后，减少有效烟道弯头和异形件，有利于从源头上消除上述现象。
综上所述，1 000 MW机组实施超低排放改造，推荐“增引合并”改造方案。
Research on Reformation of Induced Draft Fan and Booster Fan for 1 000 MW Coal-fired Power Plant
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摘要:
[目的] 为确保锅炉烟气系统的正常运行，国内燃煤发电机组实施超低排放改造后，引风机及增压风机需要进行改造。 [方法] 以某1 000 MW燃煤机组为例从技术角度对引风机及增压风机三种可行的改造方案(只改引风机、只改增压风机以及增引合并)进行了比较，并结合工程实际情况进行了经济计算。 [结果] 得出增引合并方案的综合技术经济性最优。 [结论] 此比选方法和改造方案对其他燃煤机组引风机改造有较高的参考价值。 Abstract:[Introduction] In order to ensure the normal operation of the flue gas system of boiler, after the domestic coal-fired power plant is implemented with ultra-low emission reform, the induced draft fan and the booster fan need to be reform. [Method] Taking a 1 000 MW coal-fired unit as an example, the three possible reforming schemes of the induced draft fan and the booster fan (only the induced draft fan was changed, the booster fan was only changed, and the induced draft fan and booster fan were merged) were compared from the technical aspect, and made an economic calculation based on the actual unit. [Result] The result shows the merger scheme has lower cost. [Conclusion] This comparison method and modification scheme have high reference value for the induced draft fans reformation of other coal-fired power plant. -
表 1 原引风机主要设计技术参数(TB点)
Tab. 1.
Main design parameters of the original induced draft fan (TB point) 参数项目 数 值 风机压升/kPa 6.842 风机流量/(m3·h-1) 2.912 760×106 入口介质密度/(kg·m-3) 0.903 入口介质温度/ ℃ 125 额定功率/MW 6.900 额定电压/kV 6 
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表 2 增压风机主要设计技术参数(TB点)
Tab. 2.
Main design parameters of the booster fan(TB point) 参数项目 数 值 风机压升/kPa 3.450 风机流量/(m3·h-1) 2.77×106 额定功率/MW 3.4 额定电压/kV 6
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表 3 引风机和增压风机改造方案经济性对比(两台机组数值)
Tab. 3.
Economic comparison of the reformation of the induced draft fan and the booster fan (two units) 项目 方案一(引风机改造，增压风机不变) 方案二(引风机不变，增压风机改造) 方案三(增引合并) 设备初投资/万元 1 820 1 900 2 820 烟气侧阻力 基准 基准 -1 kPa 运行费用 风机电耗：基准 风机电耗：基准 风机电耗减少：4×800 kW 合计：基准 合计：基准 合计：-384万元 投资回收期 无投资回收效益 无投资回收效益 静态投资回收年限约为7.3年 对超低排放改造的影响 湿式静电除尘器及MGGH烟气吸热段布置无法合理布置 湿式静电除尘器及MGGH烟气吸热段布置无法合理布置 无影响，湿式静电除尘器及MGGH烟气吸热段布置合理
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[1] 梁思伟. 火电项目节能评估要点探讨 [J]. 南方能源建设，2016，3(4): 26-31. LIANG S W. Discuss on key points of energy saving evaluation for thermal power projects [J]. Southern Energy Construction，2016，3(4): 26-31. [2] 惠润堂，苗永旗，朱立平，等. 火电厂锅炉引风机改造策略研究 [J]. 环境工程，2015，33(5): 85-89. HUI R T, MIAO Y Q, ZHU L P，et al. Study on reformation strategy of boiler induced draft fan in thermal power plants [J]. Environmental Engineering，2015，33(5): 85-89. [3] 刘家钰，王宝华，岳佳全，等. 1 000 MW机组引风机与脱硫增压风机合并改造研究 [J]. 热力发电，2010，39(8): 45-50. LIU J Y, WANG B H, YUE J Q，et al. Study on retrofiting induced draft fan and FGD booster fan together for 1 000 MW unit [J]. 2010，39(8): 45-50. [4] 陈永良. 600 MW机组引风机与增压风机优化改造及分析 [J]. 华北电力技术，2015(4): 40-44. CHEN Y L. Optimization and analysis of induced draft fan and booster fan for 600 MW generating unit [J]. North China Electric Power，2015(4): 40-44. -
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图(1) / 表 (3)
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