660 MW超超臨界機(jī)組引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式的選擇

齊玄，程祖田，張金奎，李磊

(1.河南省電力勘測設(shè)計(jì)院，河南 鄭州 450007;2.華電漯河發(fā)電有限公司，河南 漯河 462300)

0 引言

隨著化石能源的日益枯竭，國家正在加緊推進(jìn)全社會的節(jié)能降耗工作。業(yè)界對小汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)大功率設(shè)備(如大機(jī)組給水泵等)已取得共識。鑒于目前機(jī)組負(fù)荷率普遍不高的情況，部分電廠對小汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)其他大功率設(shè)備(如引風(fēng)機(jī))進(jìn)行研究，以提高電廠的經(jīng)濟(jì)性。

據(jù)了解，國內(nèi)1000 MW機(jī)組已有采用汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)引風(fēng)機(jī)的成功經(jīng)驗(yàn)，但660 MW機(jī)組尚處于研究階段。本文結(jié)合河南某電廠2×660 MW超超臨界機(jī)組的實(shí)際情況，對電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)引風(fēng)機(jī)和汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)引風(fēng)機(jī)的方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，為660 MW超超臨界機(jī)組引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式選擇提供依據(jù)。

1 電動(dòng)引風(fēng)機(jī)方案

1.1 電動(dòng)引風(fēng)機(jī)選型

該廠擬選用2臺50%容量的靜葉可調(diào)軸流式引風(fēng)機(jī)。風(fēng)機(jī)采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速不可調(diào)，在低負(fù)荷下風(fēng)機(jī)效率較低，根據(jù)鍋爐燃燒系統(tǒng)計(jì)算，電動(dòng)引風(fēng)機(jī)參數(shù)見表1。

1.2 電動(dòng)機(jī)選型

根據(jù)引風(fēng)機(jī)選型參數(shù)，擬選用電動(dòng)機(jī)參數(shù)為:額定功率，6 300 kW;型號，IP54;額定電壓，6 kV;冷卻方式，空冷。電動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)見表2。

1.3 電動(dòng)機(jī)方案系統(tǒng)配置

每臺電動(dòng)引風(fēng)機(jī)配置1個(gè)潤滑油站，油站冷卻水采用工業(yè)水，每個(gè)油站冷卻水量為1.1 t/h。廠用變壓器及封閉母線需考慮電動(dòng)機(jī)容量，電纜需采用高壓電纜。該方案設(shè)備布置簡單，占用場地較小且運(yùn)行維護(hù)方便。

2 汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)引風(fēng)機(jī)方案

2.1 汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)

風(fēng)機(jī)若采用汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速可調(diào)，風(fēng)機(jī)可保持高效運(yùn)行。汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)見表3。

2.2 汽輪機(jī)選型

能滿足上述引風(fēng)機(jī)參數(shù)要求的汽輪機(jī)可以采用純凝式汽輪機(jī)和背壓式汽輪機(jī)。

由于電廠周邊基本沒有工業(yè)及民用熱負(fù)荷，故該工程暫不考慮背壓式汽輪機(jī)方案，引風(fēng)機(jī)均采用純凝式汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)。汽源采用主機(jī)四段抽汽，排汽排入單獨(dú)設(shè)置的小汽輪機(jī)凝汽器，用循環(huán)水將排汽冷卻成凝結(jié)水回收工質(zhì)。汽輪機(jī)選型參數(shù)見表4。

2.3 汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)方案系統(tǒng)配置

2.3.1 供汽系統(tǒng)

小汽輪機(jī)正常進(jìn)汽汽源取自四段抽汽，低負(fù)荷蒸汽汽源取自低溫再熱蒸汽，小汽輪機(jī)備用汽源來自輔助蒸汽。

2.3.2 凝結(jié)水系統(tǒng)

每臺小汽輪機(jī)設(shè)置2臺容量為主機(jī)VWO工況下110%凝結(jié)水量的電動(dòng)凝結(jié)水泵，1臺運(yùn)行，1臺備用。引風(fēng)機(jī)組凝結(jié)水管道通過小汽輪機(jī)凝結(jié)水泵升壓后接入主機(jī)凝汽器回收。

2.3.3 軸封系統(tǒng)

軸封供汽取與小汽輪機(jī)進(jìn)汽相同汽源，通過調(diào)節(jié)閥和減溫器后為汽輪機(jī)軸封供汽。小汽輪機(jī)軸封漏汽通過小汽輪機(jī)軸封冷卻器冷凝，疏水回小汽輪機(jī)凝汽器。

2.3.4 凝汽器抽真空系統(tǒng)

凝汽器采用真空泵抽真空系統(tǒng)，每臺小汽輪機(jī)設(shè)置2臺真空泵，1臺運(yùn)行，1臺備用。

2.3.5 潤滑油系統(tǒng)

每臺小汽輪機(jī)配置1套潤滑油系統(tǒng)。潤滑油系統(tǒng)設(shè)有可靠的供油設(shè)備及輔助供油設(shè)備，在啟動(dòng)、停機(jī)、正常運(yùn)行和事故工況下，滿足小汽輪機(jī)所有軸承的用油量及汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)組設(shè)備所有軸承的用油。小汽輪機(jī)潤滑油系統(tǒng)還配置了消防設(shè)施。

表1 電動(dòng)引風(fēng)機(jī)參數(shù)

表2 電動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)

表3 汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)

2.3.6 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)

每臺機(jī)組擬設(shè)置3臺管道泵，2運(yùn)1備。管道泵擬露天布置，于廠區(qū)循環(huán)水供水管道直接取水，管道上裝設(shè)有膠球清洗裝置?；厮尤胙h(huán)水回水管道進(jìn)入冷卻塔冷卻。

表4 純凝式汽輪機(jī)的選型參數(shù)

2.3.7 其他系統(tǒng)

小汽輪機(jī)冷油器冷卻水從爐后開式冷卻水母管引接?？諝鈮嚎s機(jī)房位于2臺機(jī)組除塵器之間，壓縮空氣系統(tǒng)直接從空氣壓縮機(jī)房引接。

2.3.8 總體布置

小汽輪機(jī)及其相關(guān)的輔機(jī)設(shè)備、控制系統(tǒng)必須布置在室內(nèi)。小汽輪機(jī)排汽可采用下排汽或上排汽模式。上排汽模式的凝汽器外置，布置于除塵器后煙道框架內(nèi)，小汽輪機(jī)排汽管道架空布置，現(xiàn)場占地面積大，系統(tǒng)布置復(fù)雜，設(shè)備檢修不方便。故該工程擬采用下排汽方案。

汽輪機(jī)的中心線標(biāo)高和引風(fēng)機(jī)一致，均為3.25 m。變速箱采用行星齒輪結(jié)構(gòu)，為同軸布置，兩端均為膜片式聯(lián)軸器，便于減小軸系振動(dòng)。小汽輪機(jī)凝汽器布置于小汽輪機(jī)下部空間，凝汽器基礎(chǔ)挖深－6 m。小汽輪機(jī)上部設(shè)置檢修過軌，滿足小汽輪機(jī)的檢修及凝汽器抽管的需要。

采用汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)后，后煙道框架的跨度需增加2 m，相應(yīng)A列到煙囪中心線的距離需增加約3 m。

3 技術(shù)比較

從技術(shù)角度上講，風(fēng)機(jī)采用汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)方案是可行的。

若采用汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)引風(fēng)機(jī)，可以降低廠用電率，提高電廠的運(yùn)行指標(biāo)。汽輪機(jī)可方便地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，使風(fēng)機(jī)在不同負(fù)荷下保持高效率，提高風(fēng)機(jī)效率，避免大電機(jī)啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)電流對廠用電系統(tǒng)的影響。

同時(shí)，采用小汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)引風(fēng)機(jī)，系統(tǒng)復(fù)雜、故障率高、機(jī)組安全性低。

采用凝汽式汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)引風(fēng)機(jī)，增加了四段抽汽的抽汽量，主機(jī)發(fā)電功率下降。2個(gè)方案熱經(jīng)濟(jì)性計(jì)算結(jié)果見表5。

4 經(jīng)濟(jì)比較

4.1 投資估算

(1)根據(jù)風(fēng)機(jī)廠提供的配合數(shù)據(jù)，每臺機(jī)組的2臺引風(fēng)機(jī)總價(jià)為300萬元，配套電動(dòng)機(jī)為160萬元。

(2)若汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)引風(fēng)機(jī)方案，根據(jù)相關(guān)小汽輪機(jī)制造廠初步報(bào)價(jià)，每臺(套)約820萬元。供貨范圍包括汽輪機(jī)本體、油站、齒輪箱(按進(jìn)口)、小汽輪機(jī)凝汽器及控制系統(tǒng)。每臺機(jī)組設(shè)置1臺小汽輪機(jī)，共1640萬元。

(3)汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)方案其他配套系統(tǒng)的管道及閥門等共計(jì)投資333萬元/機(jī)組。

表5 熱經(jīng)濟(jì)性計(jì)算結(jié)果

(4)電氣投資變化。方案1電動(dòng)引風(fēng)機(jī)方案和方案2汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)方案投資比較具體數(shù)據(jù)見表6。

表6 電氣投資比較(單臺機(jī)組)萬元

采用汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)方案，每臺機(jī)組電氣方面配套成本可減少130萬元。

(5)熱工控制投資變化。除隨汽輪機(jī)、凝汽器等主設(shè)備配套供貨的儀控設(shè)備費(fèi)用外，方案2配套系統(tǒng)增加的儀表、儀表閥門、各種類型的電纜、電纜橋架、電纜保護(hù)管以及DCS I/O點(diǎn)等費(fèi)用及安裝工程費(fèi)用為148萬元。

(6)土建方面費(fèi)用變化。采用汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)方案，土建方面需要增加混凝土坑、底板、樁基以及小汽輪機(jī)配套系統(tǒng)的建筑車間。同時(shí)，因小汽輪機(jī)檢修需要，引風(fēng)機(jī)框架跨度需增加2 m左右。土建方面總投資共計(jì)320萬元。

(7)安裝、調(diào)試及其他費(fèi)用變化。方案2配套系統(tǒng)的新增安裝費(fèi)用共計(jì)約200萬元，新增調(diào)試費(fèi)用約54萬元，新增項(xiàng)目管理費(fèi)、項(xiàng)目技術(shù)服務(wù)費(fèi)、生產(chǎn)準(zhǔn)備費(fèi)、預(yù)備費(fèi)等其他費(fèi)用約144萬元。該項(xiàng)費(fèi)用總計(jì)398萬元。

(8)2個(gè)方案投資差額。綜合計(jì)算，汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)方案比電動(dòng)引風(fēng)機(jī)方案單臺機(jī)組新增投資約2549萬元。

4.2 年售電收益差額

4.2.1 機(jī)組的年運(yùn)行小時(shí)數(shù)

對于火力發(fā)電廠而言，機(jī)組的年運(yùn)行小時(shí)數(shù)、年利用小時(shí)數(shù)、年利用率等條件對經(jīng)濟(jì)比較結(jié)果有明顯的影響。機(jī)組運(yùn)行模式按表7提供的參數(shù)考慮。

4.2.2 年收益差額

根據(jù)河南省電網(wǎng)調(diào)度情況，節(jié)省的廠用電可全部上網(wǎng)銷售，年售電收益差額=2個(gè)方案的年節(jié)電量差額×售電價(jià)格=(電動(dòng)引風(fēng)機(jī)方案電動(dòng)機(jī)所需要的輸出功率－汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)方案主機(jī)減少功率及輔機(jī)消耗功率)×售電價(jià)格。

在3種負(fù)荷工況下的年售電收益差額計(jì)算見表8。

表7 不同負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)間組合 h

表8 年售電收益差額計(jì)算(單臺機(jī)組)

由表8可知，每臺機(jī)組汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)方案比電動(dòng)引風(fēng)機(jī)方案年增加收益353.25萬元。

4.3 經(jīng)濟(jì)性分析結(jié)果

在主汽輪機(jī)進(jìn)汽量一定的情況下，方案2由于增加了主機(jī)的四段抽汽量，導(dǎo)致主機(jī)發(fā)電功率減少。但由于小汽輪機(jī)替代了電動(dòng)機(jī)，在低負(fù)荷時(shí)，年上網(wǎng)售電量增加。采用年綜合費(fèi)用法計(jì)算，2個(gè)方案綜合年費(fèi)用差約為－77.61萬元。技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較見表9。

5 結(jié)論

表9 技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較(單臺機(jī))

綜上所述，引風(fēng)機(jī)若采用方案1，系統(tǒng)簡單，機(jī)組安全性高，運(yùn)行維護(hù)方便。引風(fēng)機(jī)若采用方案2，廠用電率降低，可有效消除大電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)電流對廠用電系統(tǒng)的影響。就本文舉例的電廠而言，每臺機(jī)組投資增加約2549.00萬元，全年增加售電收益約353.25萬元。經(jīng)計(jì)算，方案1綜合年費(fèi)用比方案2多77.61萬元。

由于方案2系統(tǒng)復(fù)雜，故障點(diǎn)增加，運(yùn)行維護(hù)工作量大，機(jī)組安全性能降低。因此，對于660 MW超超臨界機(jī)組，暫不推薦方案2。

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