CN108678987B - 一种电站风机分档运行调节方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电站风机分档运行调节方法，包括以下步骤：1)风机分档运行的档位按照风机运行转速ni进行划分；2)根据风机的运行状态确定风机分档运行的档位数目N；3)根据风机在每个档位运行的经济性和安全性确定每档的实际运行转速ni和叶片/挡板角度α调节范围[α1,α2]，每档的叶片/挡板角度α调节范围是相同的；4)风机从高档位向低档位切换，或者风机从低档位向高档位切换时，风机运行转速ni和叶片/挡板角度α同步进行切换，等到切换完成后，风机运行转速ni保持不变，仅对风机叶片/挡板角度α进行调节。本发明通过调节变转速驱动设备的转速实现风机的分档运行，提高风机在中低负荷工况下的运行效率，进而提高风机的全负荷工况运行性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃煤电厂烟气系统所使用的风机(包括离心风机、静叶可调式轴流风机和动叶可调式轴流风机等)的调节方法，具体涉及一种电站风机分档运行调节方法。
背景技术
目前全国各类火电机组电站风机的主要形式有离心风机、静叶可调式轴流风机和动叶可调式轴流风机等。虽然电站风机的设计效率较高(比如动叶可调式轴流风机的最高设计效率接近90％)，但是电站风机在中低负荷工况下的实际运行效率往往偏低，实际运行效率较最高设计效率偏差往往可达20％以上。造成电站风机实际运行效率偏低的主要原因是电站风机定转速运行时，风机在中低负荷工况运行时并未通过风机的高效区域。
为了提高电站风机的中低开度下的运行效率，设备厂家往往单纯采用变频调速的方法。这样，不仅调节方式单一，而且全转速调节存在着较大的共振风险。因此，有必要研究出新的风机运行调节技术，以提高电站风机的全工况运行效率。
发明内容
为解决现有常规风机运行调节技术存在的问题，本发明的目的在于提供了一种电站风机分档运行调节方法，该方法在不改变电站风机本体结构的前提下，在风机外面配备变转速驱动设备，通过调节变转速驱动设备的转速实现风机的分档运行，提高风机在中低负荷工况下的运行效率，进而提高风机的全负荷工况运行性能。
本发明采用如下技术方案来实现的：
一种电站风机分档运行调节方法，包括以下步骤：
1)风机分档运行的档位按照风机运行转速ni进行划分；
2)根据风机的运行状态确定风机分档运行的档位数目N；
3)根据风机在每个档位运行的经济性和安全性确定每档的实际运行转速ni和叶片/挡板角度α调节范围[α1,α2]，每档的叶片/挡板角度α调节范围是相同的；
4)风机从高档位向低档位切换，或者风机从低档位向高档位切换时，风机运行转速ni和叶片/挡板角度α同步进行切换，等到切换完成后，风机运行转速ni保持不变，仅对风机叶片/挡板角度α进行调节。
本发明进一步的改进在于，步骤2)中，风机分档运行的档位数目N按照以下方法选取：
①当风机叶片/挡板角度α满足
条件时，取档位数目N＝3，其中，αmin-design为风机叶片/挡板设计最小角度，单位为°，αmax-design为风机叶片/挡板设计最大角度，单位为°，αmax为风机叶片/挡板定转速运行时的最大角度，单位为°；
②当风机叶片/挡板角度α满足
条件时，取档位数目N＝4；
③当风机叶片/挡板角度α满足
条件时，取档位数目N＝5。
本发明进一步的改进在于，步骤3)中，风机每个档位的实际运行转速ni和叶片/挡板角度α调节范围[α1,α2]按照以下约束条件选取：
①风机每个档位的实际运行转速ni满足如下条件：
②风机每个档位的实际运行转速ni和风机叶片/挡板角度α满足如下条件：
③风机在第1个档位运行，此时对应实际运行转速n1，且叶片/挡板角度α＝α1时，风机的出力满足机组日常运行时所需的最低出力要求；风机在第N个档位运行，此时对应实际运行转速nN，且叶片/挡板角度α＝α2时，风机的出力满足机组日常运行时所需的最高出力要求；
根据上面三个约束条件，并结合第1步给出的档位数目N，即可确定得到风机每个档位的实际运行转速ni和叶片/挡板角度α调节范围[α1,α2]的最优解，即为风机运行的档位划分和叶片/挡板角度的调节范围。
本发明进一步的改进在于，步骤4)中，风机由高档位向低档位的切换方法如下：
步骤1：当风机在某一档位且不在最低档位运行时，如果叶片/挡板角度α已经下降到α1，且机组负荷继续下降时，那么风机由高档位向低档位进行切换；
步骤2：风机由高档位向低档位开始切换时，将变转速驱动设备由高档位对应风机转速ni向低档位对应风机转速ni-1逐渐进行切换，同步调节风机叶片/挡板角度α，切换时保证锅炉炉膛的稳定燃烧，并保证风烟系统的波动相对较小；
步骤3：等到切换完成后，将变转速驱动设备的转速保持恒定，保持风机运行转速ni-1不变，仅对风机叶片/挡板角度α进行调节，满足锅炉风烟系统的出力要求，直到下一次需要换挡为止。
本发明进一步的改进在于，步骤4)中，风机由低档位向高档位的切换方法如下：
步骤1：当风机在某一档位且不在最高档位运行时，如果叶片/挡板角度α已经升高到α2，且机组负荷继续升高时，那么风机由低档位向高档位进行切换；
步骤2：风机由低档位向高档位开始切换时，将变转速驱动设备由低档位对应风机转速ni-1向高档位对应风机转速ni逐渐进行切换，同步调节风机叶片/挡板角度α，切换时保证锅炉炉膛的稳定燃烧，并保证风烟系统的波动相对较小；
步骤3：等到切换完成后，将变转速驱动设备的转速保持恒定，保持风机运行转速ni不变，仅对风机叶片/挡板角度α进行调节，满足锅炉风烟系统的出力要求，直到下一次需要换挡为止。
本发明具有如下有益的技术效果：
本发明提供的一种电站风机分档运行调节方法，通过风机运行转速ni对风机的分档运行档位进行划分，可以灵活选取风机分档运行的方式，并精准设置每个档位风机的实际运行效率η和失速裕度k，改善风机的全负荷工况运行性能，同时风机可以自由向相邻档位(包括从高档位向低档位和从低档位向高档位切换两种方式)进行切换，保证风机分档运行调节的顺利实现；
进一步，本发明给出了按照风机叶片/挡板角度α确定分档运行档位数目N的方法，可以简单明了的获得分档运行档位数目N；
进一步，根据转速ni约束条件、效率以及失速裕度约束条件和机组出力要求约束条件，求解得到风机每个档位的实际运行转速ni和叶片/挡板角度α调节范围[α1,α2]的最优解，这样风机分档运行的调节方法中的核心参数就确定了；
进一步，本发明给出了风机向相邻档位(包括从高档位向低档位和从低档位向高档位切换两种方式)进行切换的方法，保证了风机分档运行调节可以顺利实现。
附图说明
图1为本发明的原理示意图；
图2为本发明的设备示意图；
图3为本发明中的风机叶片/挡板角度示意图。
其中，图1中，N为风机分档运行的档位数目(3≤N≤5)，i为风机分档的序号(i＝1,···,N)，ni为风机在第i档位的运行转速(i＝1,···,N)，单位r/min，ndesign为风机的额定转速，单位r/min，α1为风机叶片/挡板分档运行时的最小角度，单位为°，α2为风机叶片/挡板分档运行时的最大角度，单位为°，η为风机的实际运行效率，k为风机的失速裕度。
图2中，1.变转速驱动设备，2.风机。
图3中，α为风机叶片/挡板角度，单位为°，αmin-design为风机叶片/挡板设计最小角度，单位为°，αmax-design为风机叶片/挡板设计最大角度，单位为°，αmax为风机叶片/挡板定转速运行时的最大角度，单位为°。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明做出进一步的说明。
如图1至图3所示，本发明提供的一种电站风机分档运行调节方法，包括以下步骤：风机2分档运行的档位按照风机运行转速ni进行划分；根据风机2的运行状态确定风机分档运行的档位数目N；根据风机2在每个档位运行的经济性和安全性确定每档的实际运行转速ni和叶片/挡板角度α调节范围[α1,α2]，每档的叶片/挡板角度α调节范围是相同的；风机2从高档位向低档位切换，或者风机2从低档位向高档位切换时，风机运行转速ni和叶片/挡板角度α同步进行切换，等到切换完成后，风机运行转速ni保持不变，仅对风机叶片/挡板角度α进行调节。具体实施方法如下：
1、确定风机分档运行的档位数目N(3≤N≤5)。按照风机运行转速ni对风机运行档位进行划分时，需要确定风机分档运行的档位数目N。风机分档运行的档位数目N按照以下方法选取：
①当风机叶片/挡板角度α满足
条件时，取档位数目N＝3，其中，αmin-design为风机叶片/挡板设计最小角度，单位为°，αmax-design为风机叶片/挡板设计最大角度，单位为°，αmax为风机叶片/挡板定转速运行时的最大角度，单位为°；
②当风机叶片/挡板角度α满足
条件时，取档位数目N＝4；
③当风机叶片/挡板角度α满足
条件时，取档位数目N＝5。
2、确定风机2每个档位的实际运行转速ni(1≤i≤N)和叶片/挡板角度α调节范围[α1,α2]。其中，风机2在每个档位上具有相同的叶片/挡板角度α调节范围[α1,α2]。风机2每个档位的实际运行转速ni和叶片/挡板角度α调节范围[α1,α2]按照以下约束条件选取：
①风机2每个档位的实际运行转速ni满足如下条件：
②风机2每个档位的实际运行转速ni和风机叶片/挡板角度α满足如下条件：
③风机2在第1个档位(对应实际运行转速n1)运行，且叶片/挡板角度α＝α1时，风机2的出力满足机组日常运行时所需的最低出力要求；风机2在第N个档位(对应实际运行转速nN)运行，且叶片/挡板角度α＝α2时，风机2的出力必须满足机组日常运行时所需的最高出力要求。
根据上面三个约束条件，并结合第1步给出的档位数目N，就能确定风机2每个档位的实际运行转速ni和叶片/挡板角度α调节范围[α1,α2]的最优解，风机运行的档位划分和叶片/挡板角度的调节范围就确定了。
3、风机2由高档位向低档位切换，或者风机2由低档位向高档位切换的方法。风机不同档位切换时，风机运行转速ni和叶片/挡板角度α同步进行切换，等到切换完成后，风机运行转速ni保持不变，仅对风机叶片/挡板角度α进行调节；此外，风机2不能跳档切换，即风机档位切换时必须切换到相邻的档位，不能跳过相邻的档位进行切换。风机档位切换的方法如下：
①风机2由高档位向低档位的切换方法如下：
步骤1：当风机2在某一档位运行时(风机不在最低档位运行)，如果叶片/挡板角度α已经下降到α1，且机组负荷继续下降时，那么风机需要由高档位向低档位进行切换；
步骤2：风机2由高档位向低档位开始切换时，将变转速驱动设备1由高档位对应风机转速ni向低档位对应风机转速ni-1逐渐进行切换，同步调节风机叶片/挡板角度α，切换时必须保证锅炉炉膛的稳定燃烧，并保证风烟系统的波动较小，切换所需时间由负荷降低速率而定，一般需要几分钟时间；
步骤3：等到切换完成后，将变转速驱动设备1的转速保持恒定，保持风机运行转速ni-1不变，仅对风机叶片/挡板角度α进行调节，满足锅炉风烟系统的出力要求，直到下一次需要换挡为止。
②风机2由低档位向高档位的切换方法如下：
步骤1：当风机2在某一档位运行时(风机不在最高档位运行)，如果叶片/挡板角度α已经升高到α2，且机组负荷继续升高时，那么风机2需要由低档位向高档位进行切换；
步骤2：风机2由低档位向高档位开始切换时，将变转速驱动设备1由低档位对应风机转速ni-1向高档位对应风机转速ni逐渐进行切换，同步调节风机叶片/挡板角度α，切换时必须保证锅炉炉膛的稳定燃烧，并保证风烟系统的波动较小，切换所需时间由负荷升高速率而定，一般需要几分钟时间；
步骤3：等到切换完成后，将变转速驱动设备1的转速保持恒定，保持风机运行转速ni不变，仅对风机叶片/挡板角度α进行调节，满足锅炉风烟系统的出力要求，直到下一次需要换挡为止。
实施例
国内某660MW机组引风机为动叶可调式轴流风机，风机额定转速ndesign＝990r/min，风机叶片/挡板设计最小角度αmin-design＝25°，风机叶片/挡板设计最大角度αmax-design＝80°，风机叶片/挡板定转速运行时的最大角度αmax＝70°。
1、经过计算，
风机叶片/挡板角度α满足
条件，取档位数目N＝3；
2、根据3个约束条件，并结合上面给出的档位数目N，计算得到n1＝870r/min，n2＝930r/min，n3＝990r/min，α1＝45°，α2＝70°。
3、风机2由高档位向低档位切换，或者风机2由低档位向高档位切换的方法按照本发明的方法实施。
风机分档运行调节改造完成后，较改造前2台引风机年节电量约306万kW·h，厂用电率约下降0.1％，风机节能效果显著。
Claims (4)
1.一种电站风机分档运行调节方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)风机(2)分档运行的档位按照风机运行转速ni进行划分；
2)根据风机(2)的运行状态确定风机分档运行的档位数目N；其中，风机分档运行的档位数目N按照以下方法选取：
①当风机叶片/挡板角度α满足
条件时，取档位数目N＝3，其中，αmin-design为风机叶片/挡板设计最小角度，单位为°，αmax-design为风机叶片/挡板设计最大角度，单位为°，αmax为风机叶片/挡板定转速运行时的最大角度，单位为°；
②当风机叶片/挡板角度α满足
条件时，取档位数目N＝4；
③当风机叶片/挡板角度α满足
条件时，取档位数目N＝5；
3)根据风机(2)在每个档位运行的经济性和安全性确定每档的实际运行转速ni和叶片/挡板角度α调节范围[α1,α2]，每档的叶片/挡板角度α调节范围是相同的；
4)风机(2)从高档位向低档位切换，或者风机(2)从低档位向高档位切换时，风机运行转速ni和叶片/挡板角度α同步进行切换，等到切换完成后，风机运行转速ni保持不变，仅对风机叶片/挡板角度α进行调节。
2.根据权利要求1所述的一种电站风机分档运行调节方法，其特征在于，步骤3)中，风机(2)每个档位的实际运行转速ni和叶片/挡板角度α调节范围[α1,α2]按照以下约束条件选取：
①风机(2)每个档位的实际运行转速ni满足如下条件：
②风机(2)每个档位的实际运行转速ni和风机叶片/挡板角度α满足如下条件：
③风机(2)在第1个档位运行，此时对应实际运行转速n1，且叶片/挡板角度α＝α1时，风机(2)的出力满足机组日常运行时所需的最低出力要求；风机(2)在第N个档位运行，此时对应实际运行转速nN，且叶片/挡板角度α＝α2时，风机(2)的出力满足机组日常运行时所需的最高出力要求；
根据上面三个约束条件，并结合第2步给出的档位数目N，即可确定得到风机(2)每个档位的实际运行转速ni和叶片/挡板角度α调节范围[α1,α2]的最优解，即为风机运行的档位划分和叶片/挡板角度的调节范围。
3.根据权利要求2所述的一种电站风机分档运行调节方法，其特征在于，步骤4)中，风机(2)由高档位向低档位的切换方法如下：
步骤1：当风机(2)在某一档位且不在最低档位运行时，如果叶片/挡板角度α已经下降到α1，且机组负荷继续下降时，那么风机由高档位向低档位进行切换；
步骤2：风机(2)由高档位向低档位开始切换时，将变转速驱动设备(1)由高档位对应风机转速ni向低档位对应风机转速ni-1逐渐进行切换，同步调节风机叶片/挡板角度α，切换时保证锅炉炉膛的稳定燃烧，并保证风烟系统的波动相对较小；
步骤3：等到切换完成后，将变转速驱动设备(1)的转速保持恒定，保持风机运行转速ni-1不变，仅对风机叶片/挡板角度α进行调节，满足锅炉风烟系统的出力要求，直到下一次需要换挡为止。
4.根据权利要求2所述的一种电站风机分档运行调节方法，其特征在于，步骤4)中，风机(2)由低档位向高档位的切换方法如下：
步骤1：当风机(2)在某一档位且不在最高档位运行时，如果叶片/挡板角度α已经升高到α2，且机组负荷继续升高时，那么风机(2)由低档位向高档位进行切换；
步骤2：风机(2)由低档位向高档位开始切换时，将变转速驱动设备(1)由低档位对应风机转速ni-1向高档位对应风机转速ni逐渐进行切换，同步调节风机叶片/挡板角度α，切换时保证锅炉炉膛的稳定燃烧，并保证风烟系统的波动相对较小；
步骤3：等到切换完成后，将变转速驱动设备(1)的转速保持恒定，保持风机运行转速ni不变，仅对风机叶片/挡板角度α进行调节，满足锅炉风烟系统的出力要求，直到下一次需要换挡为止。
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