自生通风力对电站锅炉引风机运行工况的影响

1自生通风力对电站锅炉引风机运行工况的影响TheInfluenceofSelf-generatingVentilatingForceonOperatingConditionofInducedDraftFanforPowerStation武兴民李海松/西安电力高等专科学校摘要:根据电站锅炉烟道特点,通过计算烟道中的自生通风力，分析了自生通风力对管网特性曲线和引风机运行工况及引风机选型的影响。关键词：引风机自生通风力性能曲线运行工况烟道中图分类号：TH43文献标识码：B文章编号：1006-8155（2005）04-0000-00Abstract:Accordingtothecharacteristicoffurnaceflueforpowerstation,theinfluenceofself-generatingventilatingforceonpipe-netcharacteristiccurveandoperatingconditionandselectionofinduceddraftfanwereanalyzedthroughcomputingself-generatingventilatingforceinflue.Keywords:InducedfanSelf-generatingventilatingforcePerformancecurveOperatingconditionFlue1引言引风机的工作过程是抽出锅炉燃料燃烧后生成的烟气，通过管道和烟囱，将其排入大气。由于烟气的温度较高，密度较小，炉膛出口处压力大多为微负压，因此，电力院校的《泵与风机》教科书和风机说明书大都认为管网阻力与容积流量的平方成正比关系，即p=KQ2,其中：p为风机的全压，Q为风机的容积流量，K为管网的阻力系数。对于电站锅炉烟道，由于烟囱的高度尺寸较大，烟道进出口截面之间存在较大的高度差，而热烟气的密度小于冷空气，烟道内会产生向上的通风力，即自生通风力。自生通风力与风机的压力共同作用，以克服管网阻力（包括烟囱的阻力）。由于自生通风力的作用，引风机出口截面的静压也常为负值。自生通风力使管网特性曲线偏移，从而改变了风机的运行工况。如果忽略自生通风力，则会使风机的选型偏大，运行效率下降，功耗增加。2电站锅炉烟道特点1234567891.炉膛2.屏式过热器3.对流过热器4.再热器5.省煤器6.空气预热器7.除尘器8.引风机9.烟囱图1电站锅炉烟道构成及工作过程示意图图1为大中型锅炉最广泛采用的一种布置方式（Π型布置）。锅炉部分由垂直炉膛、水平烟道和下行对流烟道（即垂直烟道，又称烟井）3部分组成。煤粉和空气在炉膛内强烈燃烧后，高温烟气沿______________收稿日期：2004-09-21西安市7100322炉膛向上运动，经过水平烟道、垂直烟道、除尘器、引风机后,通过烟囱排入大气。火焰中心的温度可达1500℃以上，由于水冷壁吸热，炉膛出口处烟温约为1100℃。为了提高热力循环效率、保证生产安全，在炉膛出口和烟道中布置有过热器、再热器、省煤器和空气预热器。与这些设备换热后，烟气温度逐渐降低，流经风机的烟温约为135℃。在风机进口前装有除尘器。烟道最后一个装置是烟囱，由于电站锅炉的烟囱都很高，自生通风力主要产生于烟囱。3自生通风力的计算烟气通道区段的自生通风力计算公式)(2732730ytyyHgp(1)H——计算区段烟道进出口截面高度差，mg——重力加速度，m/s2——当地空气密度，kg/m30y——0℃时的烟气密度，kg/m3ty——烟气温度，℃当烟气向上流动时，结果取正值；反之，取负值。把各段烟道的自生通风力相加，即得烟道总的自生通风力yypp(2)从式（1）可见，自生通风力取决于烟气温度与烟道进出口截面的高度差，计算时，各段烟道烟气温度的取值对计算结果的准确性至关重要。垂直烟道的自生通风力可按烟井的总高度和井的进出口平均烟温计算；空气预热器出口至烟囱出口的烟温可采用引风机处的烟温，计算高度可直接采用预热器出口与烟囱出口的标高差。4烟道阻力损失与引风机管网特性曲线烟道阻力损失包括沿程损失与局部损失。设Ⅰ—Ⅰ、Ⅱ—Ⅱ截面为引风机进出口管道上任意两个截面，根据伯努里方程，可得流体从外界获得的能量为)()(21222222ppccccdlp（3）——局部阻力系数——沿程阻力系数c——计算截面处烟气平均流速——计算截面处烟气密度l——各段烟道的长度d——各段烟道的直径或当量直径p、p—Ⅰ、Ⅱ截面的静压,取表压c、c—Ⅰ、Ⅱ截面的平均流速式（3）的物理意义：流体从外界获得的能量，用于克服管网阻力，提高动能和压力能。在式（3）中，如果Ⅱ—Ⅱ截面取在烟囱外侧，则pⅡ=0,cⅡ=0；Ⅰ—Ⅰ截面取炉膛出口处，这里烟气流速很小，压力为微负压，所以pⅠ=0,cⅠ=0。如此，则式（3）得以简化，其物理意义也简化为风机的全压与烟道自生通风力之和等于烟道总阻力损失。即2222ccdlppy（4）3由式（4）可见，右边各项均与流速的平方成正比，说明烟道总阻力与容积流量的平方成正比。因此，管网性能曲线为ypKQp2(5)为便于风机选型，流量取引风机进口截面处的流量，与风机说明书一致。p=kQ2-pyp=kQ2Q0pηABC图2管网性能与引风机的运行工况5自生通风力对管网性能与引风机的运行工况的影响如图2，由于存在自生通风力，管网特性曲线向下平移了py,与风机的性能曲线的交点从A点移到了B点。锅炉排烟量取决于锅炉负荷，因此，B点并非实际运行工况。实际风量仍然是QA,问题是pA比实际全压高了py。设C点为风机的实际运行工况，则QC=QA，pc=pA-py，所以，正确的做法是以C点为设计点，进行风机选型。大型机组的锅炉烟囱一般在100m以上，自生通风力与风机全压之比py/p=10%～15%。由于风机的功率与全压和流量之积成正比，如果采用节流调节，则意味着有10%～15%的功率损失在风门挡板处；采用静叶调节（我国300MW、600MW机组引风机一般用静叶可调轴流通风机），改变风机性能曲线，在流量不变，全压下降10%～15%时，风机的运行效率也明显下降；即使采用代价昂贵的变频调速技术，风机的运行效率也偏离了最高效率点（即风机设计点）。大型机组引风机的功率大都在1000kW以上，一台锅炉配两台引风机，功耗每增加1%，则意味着一个机组年运行成本增加数万元。忽略自生通风力的作用，会使引风机选型过大，年耗电费用增加几十万乃至上百万元。6结论（1）由于存在自生通风力，管网特性曲线向下平移，引风机的运行工况点也随之偏移。忽略自生通风力，会使风机的选型偏大，运行效率下降，功耗增加。（2）自生通风力取决于烟气温度与烟道进出口截面的高度差，技术改造中，换热器、除尘器的改变，会使烟温变化，从而使自生通风力发生变化。参考文献[1]李恩辰.锅炉设备及运行.水利电力出版社，1991.[2]郭力君.泵与风机.中国电力出版社,1997.