引风机驱动方式技术经济分析

2015-04-01郭兆君付祥卫

吉林电力 2015年2期

郭兆君，付祥卫，方琪

（中国电力工程顾问集团东北电力设计院有限公司，长春 130021）

为满足我国经济发展以及环境保护方面愈加严格的要求，新建火力发电厂燃煤机组均同步安装脱硫装置，且取消脱硫旁路烟道，采用引风机和增压风机合并设置方案。合并后的引风机所消耗的轴功率较高，约占机组铭牌功率的1.0%以上。如果采用电动机驱动，系统比较简单成熟，但会带来厂用电率增加、启动电流过大等问题；如果采用汽轮机驱动，可明显降低厂用电消耗，但又存在初投资相对较高、系统运行维护复杂、机组热耗升高等弊端。下面针对某2×660 MW 超超临界机组扩建工程的双列布置引风机不同驱动方式进行技术经济比较、分析。

1 引风机驱动方式概述

1.1 电动机驱动

引风机采用电动机驱动属于成熟设计，广泛应用于国内外各电厂。按照电动机的转速调节方式，分为定速电动机和配置变频器的调速电动机。

1.2 汽轮机驱动

1.2.1 采用汽轮机驱动的可行性

近年来，随着机组容量的不断加大，并且引风机与脱硫增压风机合并设置成为主流技术方案，引风机的功率也在不断增加，成为电厂内耗能较高的辅机。根据我国目前的电网调度方式和电厂技术指标考核方式，各发电企业都在努力降低厂用电率，提高上网电量，因此，都在探讨各新建电厂和老厂改造项目采用汽轮机驱动引风机的可行性和技术经济性。根据近些年的实践经验，用汽轮机驱动引风机已经没有技术障碍，并且在适宜的外部条件下，其经济性也比较可观。

1.2.2 系统设计分析

汽轮机驱动引风机的汽源方案有2种选择：一种是汽源采用主机的高压缸排汽，即背压式小汽机方案；另一种是汽源采用主机的四段抽汽，即凝汽式小汽机方案。引风机采用小汽机驱动可以有如下3种方案，其相关热力系统简述如下。

a.背压式小汽机排汽至除氧器方案。引风机小汽机为背压式，正常运行汽源均来自主机的高压缸排汽，小汽机排汽至除氧器。机组启动、低负荷运行及主汽轮机跳闸期间汽源来自全厂辅汽系统，小汽机排汽经减温减压后排至主机凝汽器或锅炉启动疏水扩容器排汽管。

采用该方案，为保证小汽轮机有足够的排汽压力，小汽机的级数较少，用汽量较大（约为凝汽式小汽机的2倍）。为防止除氧器汽化，主机至除氧器的四段抽汽量必须减小，最终四段抽汽量远小于小汽机排汽量，除氧器的压力已不能随主机四抽的压力进行滑压运行，而是随引风机小汽机的排汽压力运行。虽然可以靠小汽机排汽管上的调节阀来控制小汽机排汽进除氧器的压力，以实现与主机四段抽汽压力的匹配，但同时又影响到了小汽机本身的进汽量和转速，热力系统的匹配和调节变得相当繁琐、操控性变差；若分流至凝汽器，则有部分排汽的冷端损失没有被回热系统利用，经济性变差。

b.背压式小汽机排汽至中压缸排汽管方案。引风机小汽机为背压式，正常运行汽源均来自主机的高压缸排汽，小汽机排汽至主机中压缸到低压缸的排汽管。机组启动、低负荷运行及主汽轮机跳闸期间汽源来自全厂辅汽系统，小汽机排汽经减温减压后排至主机凝汽器或锅炉启动疏水扩容器排汽管。

采用该方案，背压机的级数增加，进汽量相对减少，主机中压缸到低压缸的排汽管的排汽量约为小机排汽量的15倍，其受小汽机排汽参数和流量的影响较小。小汽机的背压则基本由主机中压缸排汽管的压力来确定，小汽机排汽管上无须设置调节阀来控制排汽的压力，负荷直接由进汽调阀控制，控制系统变得简单，易操作。对于主机的整个回热系统，相当于从高压缸排汽分流了约5%的蒸汽去驱动引风机小汽机，再将小汽机排汽与主机中压缸排汽汇合，进入主机低压缸，对主机的整个回热系统（包括除氧器）有少量的影响。

c.凝汽式方案。引风机小汽机及给水泵小汽机均为凝汽式，正常运行汽源均来自主机的四段抽汽，低负荷运行汽源均来自主机的冷再热蒸汽。给水泵距主汽轮机较近，小汽机直接排汽至主机凝汽器；引风机距主汽轮机较远，小汽机排汽至自带的小凝汽器，经小机凝结水泵将凝结水打入主机凝汽器。

在灌注混凝土的过程中，要在完成二次清孔作业以后的半小时之内开展。如果超出时间限制，就必须要对孔底沉渣厚度进行重复检测，在各项指标都合格的情况下，才能够开展混凝土的灌注作业。

采用该方案，系统相对较独立，受主汽轮机热力系统的影响较小；小汽机本体的疏水和汽封漏汽凝结水可直接回收至小机凝汽器，但增加了小机凝结水泵、小机真空泵以及循环水泵的耗电量。

2 引风机配置方案组合

2.1 引风机类型选择

所依托工程的设计煤种为淮南煤，校核煤种为混煤。由于该工程引风机考核工况TB点扬程已超过10kPa，静调风机的压头无法满足此参数的要求，经与厂家协调，引风机可采用双级动叶可调轴流风机。同时根据动叶可调轴流风机结构及调节特性，采用汽轮机驱动不能做到全负荷无极变速调节，小汽机只能控制在3个转速运行调节，即锅炉最大连续蒸发量BMCR 点转速为990r/min，75%BMCR 点转速为740r/min，50%BMCR 点转速为500 r/mim，在小汽机的3个转速的区间，采用风机动叶调节细调。

2.2 引风机配置方案组合

综合前面的论述，按“风机类型＋驱动装置类型”组合，形成4种引风机配置方案：方案1，动调风机＋定速电动机驱动；方案2，动调风机＋凝汽式小汽机驱动；方案3，动调风机＋背压式小汽机驱动（排汽至主机中压缸排汽管道）；方案4，动调风机＋背压式小汽机驱动（排汽至除氧器）。

3 引风机参数选择

3.1 电动引风机参数

由于该工程为扩建工程，发电设备年利用时间按一期工程近5年平均数计算，为5 345h。引风机采用双列布置，其选型参数见表1，其中THA 工况为热耗考核工况。

表1 单台动调引风机选型参数

3.2 凝汽式小汽机参数

采用动调风机和凝汽式小汽机的配置方案，单台凝汽小汽机的相关参数见表2。

3.3 背压式小汽机参数

a.采用动调风机和背压式小汽机的配置方案，小汽机排汽至中压缸排汽管道。单台背压小汽机的相关参数见表3。

b.采用动调风机和背压式小汽机的配置方案，小汽机排汽排至除氧器，单台背压小汽机的相关参数见表4。

表2 单台凝汽式小汽机的相关参数

表3 单台背压式小汽机排汽至中压缸排汽管道的相关参数

表4 单台背压式小汽机排汽排至除氧器的相关参数

4 技术经济比较

技术经济的比较采用电力行业认可的最小年费法。年费用是计及资金时间价值的动态理论，用一个固定费用率f将投资、折旧、利息、税金、管理（人员工资和待遇）、保险等费用，平均分摊到电厂投产后至还贷折旧完毕期间的每一年之中，并加上年运行费用。其表达式为：

FN＝f×FZ0＋FU0

式中：FN为年费用；f＝0.17；FZ0为设备投资；FU0为运行费用。

为了方便计算，把大修费、管理费等折算入f之中，经济比较时，按成本电价比较。3种方案的主要技术经济对比见表5，电价按不含税成本电价0.28元/（kW·h）计算，上网电价按0.366 5 元/（kW·h）计算，不含税标煤价按683.76元/t计算。

由于机组在全年的运行负荷是变化的，为了使技术经济比较更具有说服力，供电煤耗采用100%THA、75%THA、50%THA 工况下的供电煤耗的加权平均值。从表5可以看出，方案1在发电煤耗和供电煤耗方面均为最低，是最节能的方案。方案2和方案3供电煤耗高于方案1的原因，主要有以下几点。

a.蒸汽及凝结水长距离输送过程会造成热量损失。从汽轮机抽汽口到电除尘器后的引风机，蒸汽管道压降约10%，温降约5℃，蒸汽焓值损失约0.3%。

b.小汽机转速一般在3 000r/min 以上，其与引风机之间需要通过齿轮箱进行降速并传递功率，降速及能量传递过程亦会造成能量的损失。本次计算传递效率按98%计算。

c.凝汽式小汽机本身的绝对效率较主汽轮机要低，背压式比凝汽式的小汽机的效率还要低。

d.凝汽式小汽机消耗一定量的汽轮机抽汽，在汽轮机进汽量不变的情况下，发电功率下降，造成主机热耗升高，经计算100%THA 工况热耗增加约1.65%。

e.背压式小汽机消耗一定量的冷段蒸汽。对于没有热用户的机组，背压机排汽不能用于供热而排到回热系统，增加了机组的热耗，经计算100%THA 工况热耗增加约3.57%。

5 结论

通过对3种方案的技术经济性对比，在发电煤耗和供电煤耗方面，定速电动机驱动的动调引风机方案要比其他两个方案都低，是最节能的、因此推荐采用的动调引风机方案。经测算，当标煤价不变、上网电价降到0.312 3元/（kW·h）以下时，引风机凝汽式小汽机驱动方案的年费用将高于电动方案；当上网电价不变、标煤价升到850 元/t以上时，引风机凝汽式小汽机驱动方案的年费用也将高于电动方案。对于上网电价高、标煤价低的电厂，采用汽动引风机方案更经济；相反，对于上网电价低、标煤价高的电厂，则更适合采用电动引风机方案。