1 000 MW超超臨界機(jī)組引風(fēng)機(jī)回?zé)崾奖硥簷C(jī)驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)及實(shí)踐

陳建縣

（國(guó)電浙江北侖第一發(fā)電有限公司，浙江 寧波 315800）

0 引言

北侖電廠(chǎng)現(xiàn)有2臺(tái)1 000 MW超超臨界機(jī)組和5臺(tái)600 MW亞臨界機(jī)組，是國(guó)內(nèi)裝機(jī)容量最大的火力發(fā)電廠(chǎng)之一，同時(shí)還承擔(dān)著北侖地區(qū)的工業(yè)供熱任務(wù)。根據(jù)供熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，低壓供熱汽源由2臺(tái)1 000 MW超超臨界機(jī)組提供，設(shè)計(jì)汽源為四段抽汽和高壓缸排汽（對(duì)應(yīng)二段抽汽）。機(jī)組高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，由四段抽汽對(duì)外供熱，低負(fù)荷時(shí)，汽輪機(jī)四段抽汽壓力無(wú)法滿(mǎn)足供熱壓力要求，則由高壓缸排汽對(duì)外供熱。由于目前機(jī)組平均負(fù)荷較低，大部分時(shí)間均由高壓缸排汽經(jīng)降壓后對(duì)外供熱，能量節(jié)流損失較大。

該1 000 MW機(jī)組的鍋爐引風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，由于引風(fēng)機(jī)為靜葉可調(diào)結(jié)構(gòu)，存在著很大的節(jié)流損失。同時(shí)，選擇引風(fēng)機(jī)電機(jī)功率時(shí)考慮了流量和壓頭裕量的最大工況（TB）點(diǎn)工況，在額定工況和低負(fù)荷工況時(shí)電機(jī)效率低。脫硫增壓風(fēng)機(jī)也存在同樣情況。

根據(jù)以上情況，借鑒給水泵采用汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的經(jīng)驗(yàn)，在2×1 000 MW超超臨界機(jī)組汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)的技改工程中，采用了回?zé)崾健⒈硥浩啓C(jī)驅(qū)動(dòng)引風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)方案，并已順利實(shí)施，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效率和社會(huì)效率。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

1.1 背壓式小汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)引風(fēng)機(jī)方案的難題

北侖電廠(chǎng)2×1 000 MW機(jī)組均是純凝式發(fā)電機(jī)組，與常規(guī)背壓式供熱機(jī)組“以熱定電”運(yùn)行方式不同，機(jī)組首先需要滿(mǎn)足電網(wǎng)供電要求，在此前提下對(duì)外供熱。

如果用常規(guī)背壓式小汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)引風(fēng)機(jī)，小汽輪機(jī)排汽僅排至熱網(wǎng)，當(dāng)背壓式小汽輪機(jī)排汽量與熱網(wǎng)供汽量無(wú)法平衡，無(wú)法同時(shí)滿(mǎn)足電網(wǎng)電量調(diào)節(jié)和熱網(wǎng)汽量調(diào)節(jié)的要求時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)以下情況：

（1）機(jī)組供電負(fù)荷高時(shí)，引風(fēng)機(jī)小汽輪機(jī)排汽量大于熱網(wǎng)用汽量。

（2）機(jī)組供電負(fù)荷低時(shí)，引風(fēng)機(jī)小汽輪機(jī)排汽量低于熱網(wǎng)用汽量。

（3）機(jī)組啟停和低負(fù)荷階段，小汽輪機(jī)排汽參數(shù)低，不能滿(mǎn)足熱網(wǎng)要求。

（4）熱網(wǎng)停運(yùn)時(shí)，小汽輪機(jī)停運(yùn)將導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)停運(yùn)，從而導(dǎo)致機(jī)組被迫停運(yùn)。

1.2 回?zé)崾奖硥浩啓C(jī)驅(qū)動(dòng)引風(fēng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

基于回?zé)峄驹?，可將?qū)動(dòng)設(shè)備的小汽輪機(jī)排汽引至熱力循環(huán)，在回收工質(zhì)的同時(shí)，將排汽的熱量回收到熱力循環(huán)的工質(zhì)中，或?qū)⑴牌凛o汽或熱網(wǎng)，回收排汽熱量，從而提高熱循環(huán)效率。

結(jié)合北侖電廠(chǎng)實(shí)際情況，采用回?zé)崾狡麆?dòng)引風(fēng)機(jī)技術(shù)，除將背壓汽輪機(jī)排汽供熱網(wǎng)外，另將排汽引至除氧器、輔助蒸汽等用戶(hù)。

背壓汽輪機(jī)排汽量與熱網(wǎng)供汽量的平衡可按以下方法進(jìn)行：

（1）機(jī)組供電負(fù)荷高，背壓汽輪機(jī)排汽量大于熱網(wǎng)用汽量時(shí)，將多出的排汽引至除氧器、輔助蒸汽等用戶(hù)。

（2）機(jī)組供電負(fù)荷低，背壓汽輪機(jī)排汽量低于熱網(wǎng)用汽量時(shí)，從系統(tǒng)冷段等處補(bǔ)蒸汽至熱網(wǎng)。

（3）機(jī)組啟停和低負(fù)荷階段，背壓汽輪機(jī)排汽參數(shù)低，不能滿(mǎn)足熱網(wǎng)要求，可將排汽引至除氧器等用戶(hù)。

（4）熱網(wǎng)停運(yùn)時(shí)，背壓汽輪機(jī)排汽至除氧器、輔助蒸汽等用戶(hù)。

回?zé)崾叫∑啓C(jī)系統(tǒng)的典型流程見(jiàn)圖1。

1.3 蒸汽系統(tǒng)方案

根據(jù)對(duì)外供熱的要求：低壓額定（最大）供汽流量 300 t/h， 壓力 0.7～1.2 MPa， 溫度 250～300℃。基于回?zé)崾叫∑啓C(jī)驅(qū)動(dòng)引風(fēng)機(jī)技術(shù)，為滿(mǎn)足小汽輪機(jī)排汽對(duì)外供熱參數(shù)的要求，小汽輪機(jī)供汽采用鍋爐一級(jí)再熱器出口蒸汽，壓力為5.8 MPa，溫度510℃，焓值3 460 kJ/kg，可提供背壓汽輪機(jī)所需焓降。

低負(fù)荷工況排汽溫度高時(shí)，采用冷段（5.9 MPa，360℃）混汽到小汽輪機(jī)正常進(jìn)汽，調(diào)節(jié)熱網(wǎng)供汽溫度。

兩臺(tái)機(jī)組通過(guò)輔汽系統(tǒng)對(duì)外供熱，引風(fēng)機(jī)背壓汽輪機(jī)的排汽可充分利用現(xiàn)有系統(tǒng)，接入輔汽系統(tǒng)對(duì)外供熱。另外增加背壓汽輪機(jī)排汽至除氧器的管路，滿(mǎn)足機(jī)組啟動(dòng)、熱網(wǎng)供汽參數(shù)與背壓汽輪機(jī)排汽匹配的要求。

1.4 煙氣系統(tǒng)方案

為達(dá)到深度節(jié)能的目的，在引風(fēng)機(jī)采用回?zé)崾奖硥浩啓C(jī)驅(qū)動(dòng)的同時(shí)，將原有脫硫增壓風(fēng)機(jī)拆除，合并引風(fēng)機(jī)和增壓風(fēng)機(jī)。根據(jù)北侖電廠(chǎng)鍋爐性能試驗(yàn)的結(jié)果，鍋爐本體煙氣系統(tǒng)運(yùn)行阻力比設(shè)計(jì)參數(shù)小了約1 000 Pa，同時(shí)考慮引風(fēng)機(jī)選型時(shí)有1.3倍的壓頭余量，經(jīng)過(guò)分析核算，確認(rèn)目前引風(fēng)機(jī)的出力能滿(mǎn)足與增壓風(fēng)機(jī)合并后的系統(tǒng)要求，且滿(mǎn)足調(diào)速小汽輪機(jī)的運(yùn)行匹配要求。基于以上分析，本工程每臺(tái)機(jī)組的汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)采用現(xiàn)有的2臺(tái)50%容量引風(fēng)機(jī)。

根據(jù)機(jī)組實(shí)際運(yùn)行情況，考慮到部份時(shí)段電網(wǎng)負(fù)荷很低，引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)的啟動(dòng)汽源不能保障的情況，同時(shí)為了充分利用現(xiàn)有的電動(dòng)機(jī)和配電設(shè)備，以提高機(jī)組啟動(dòng)的靈活性和運(yùn)行可靠性，本工程每臺(tái)機(jī)組配置1臺(tái)與現(xiàn)有引風(fēng)機(jī)規(guī)格相同的50%容量電動(dòng)啟動(dòng)引風(fēng)機(jī)。

1.5 整套系統(tǒng)方案特點(diǎn)

（1）利用回?zé)崾狡麆?dòng)引風(fēng)機(jī)技術(shù)，有效地解決了機(jī)組供熱與發(fā)電之間的矛盾，使機(jī)組在各種供熱工況下均能帶各種負(fù)荷。

（2）充分利用熱網(wǎng)供熱蒸汽的做功能力，減少節(jié)流能量損失，提高經(jīng)濟(jì)性。

（3）取消引風(fēng)機(jī)及增壓風(fēng)機(jī)的大功率電動(dòng)機(jī)，降低了廠(chǎng)用電率，增加了上網(wǎng)電量，提高了企業(yè)效益。

（4）采用可調(diào)速背壓汽輪機(jī)替代定速電動(dòng)機(jī)，提高引風(fēng)機(jī)在各種工況下的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，從而降低機(jī)組的供電煤耗，提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效益。

（5）解決了大功率電機(jī)變頻改造難度較大的問(wèn)題。

2 經(jīng)濟(jì)性分析

2.1 回?zé)崾狡麆?dòng)引風(fēng)機(jī)總收益計(jì)算

取消引風(fēng)機(jī)和增壓風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)后，將有效降低廠(chǎng)用電率，最終體現(xiàn)為多供電的經(jīng)濟(jì)效益。

2.1.1 增加煤耗成本

采用該技術(shù)改造方案，需要將低溫再熱蒸汽經(jīng)鍋爐一次再熱器加熱，按每臺(tái)機(jī)組115 t/h供熱（即背壓汽輪機(jī)耗汽量）計(jì)算，2臺(tái)機(jī)組相應(yīng)多用標(biāo)煤3.22 t/h，標(biāo)煤價(jià)格按850元/t計(jì)，則每年增加的供熱煤耗成本為1 505萬(wàn)元。

2.1.2 多供電收益

利用背壓汽輪機(jī)代替電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)引風(fēng)機(jī)，廠(chǎng)用電率相應(yīng)降低；同時(shí)對(duì)引風(fēng)機(jī)進(jìn)行技改，增加出力以替代脫硫增壓風(fēng)機(jī)，技改后可減少?gòu)S用電率1.2%。

廠(chǎng)用電率降低后，電廠(chǎng)售電相應(yīng)增加，經(jīng)計(jì)算，兩臺(tái)機(jī)組每年多售電收益為5 952萬(wàn)元。

2.1.3 工程總收益

采用汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)技改方案，節(jié)能效益體現(xiàn)為對(duì)電網(wǎng)多售電收益，減去增加的煤耗成本，兩臺(tái)機(jī)組每年的凈收益為4 447萬(wàn)元。

2.2 工程總投資及投資回收年限

每臺(tái)機(jī)組總投資約4 570萬(wàn)元，兩臺(tái)機(jī)組總投資約9 140萬(wàn)元，投資回收期約為2.1年，可見(jiàn)投資回收期很短。

2.3 節(jié)能分析

額定工況下，按每度電煤耗290 g計(jì)算，每臺(tái)機(jī)組發(fā)電煤耗增加1.61 t/h；風(fēng)機(jī)電功率折算的標(biāo)煤收益3.48 t/h；供電煤耗減少量（風(fēng)機(jī)電功率折算的標(biāo)煤收益減去發(fā)電煤耗增加量）為1.87 t/h；供電煤耗率減少1.87 g/kWh。由此可見(jiàn)，供電煤耗減少也相當(dāng)可觀。

3 結(jié)論

改造工程結(jié)束后進(jìn)行了熱力性能試驗(yàn)。對(duì)比性能試驗(yàn)結(jié)果，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均與原設(shè)計(jì)值十分接近。綜合以上論述，可得出以下結(jié)論：

（1）按照100%，75%，50%額定負(fù)荷段的年運(yùn)行小時(shí)數(shù)，對(duì)比汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)改造前后的供熱方式，兩臺(tái)機(jī)組年節(jié)電約13 000萬(wàn)kWh，年收益約4 500萬(wàn)元，2年左右即可收回投資，經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。

（2）加權(quán)平均供電煤耗率減少約1.81 g/kWh，2臺(tái)機(jī)組每年可節(jié)約標(biāo)煤約19 630 t，相當(dāng)于年減排 CO2約 54 208 t， SO2約 27 t（95%脫硫后），NOX約25 t（60%脫硝后），工程的社會(huì)效益也非常顯著。

（3）消除了原來(lái)存在的供熱噪音大、節(jié)流損失大等不利因素，同時(shí)提高了機(jī)組對(duì)外供熱的可靠性。

（4）改造后廠(chǎng)用電率下降約1.2%，機(jī)組額定工況廠(chǎng)用電率小于2.3%，創(chuàng)造了國(guó)內(nèi)同類(lèi)型機(jī)組的新紀(jì)錄。

國(guó)電北侖電廠(chǎng)2×1 000 MW機(jī)組國(guó)內(nèi)首創(chuàng)的回?zé)崾狡麆?dòng)引風(fēng)機(jī)節(jié)能技改工程已投入正常運(yùn)行，汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)軸系振動(dòng)等指標(biāo)優(yōu)良，回?zé)嵯到y(tǒng)控制靈活，改造工程取得圓滿(mǎn)成功。

[1]JB/T 4362-1999電站軸流式通風(fēng)機(jī)[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004.

[2]JB/T 6764-1993一般用途工業(yè)汽輪機(jī)技術(shù)條件[S].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993.

[3]JB/T 6765-1993特種用途工業(yè)汽輪機(jī)技術(shù)條件[S].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993.

[4]DL 5000-2000火力發(fā)電廠(chǎng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2001.