汽動(dòng)式引風(fēng)機(jī)在超臨界350 MW機(jī)組上的應(yīng)用

，， ，

(1.北京國(guó)際電氣工程有限責(zé)任公司，北京 100041;2.河北建投任丘熱電有限公司，河北 任丘 062550； 3.國(guó)網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院，石家莊 050021)

0 引 言

根引風(fēng)機(jī)是鍋爐機(jī)組的主要輔機(jī)，是機(jī)組安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備。大功率的電站輔機(jī)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)還是小汽機(jī)驅(qū)動(dòng)，一直是人們討論的話題。特別是目前國(guó)內(nèi)大部分電網(wǎng)的調(diào)度特點(diǎn)是按發(fā)電機(jī)端的輸出功率(銘牌功率)進(jìn)行調(diào)度。減少?gòu)S用電耗能、增加機(jī)組的凈供電量、提高電廠的收益一定程度上已成為企業(yè)所追求的目標(biāo)。合理選擇引風(fēng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式也是電站設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容之一,對(duì)電廠安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起著重要的作用[1-3]。

1 設(shè)計(jì)條件

內(nèi)蒙古某熱電廠2×350 MW機(jī)組工程擬按安裝超臨界、燃煤、間接空冷機(jī)組，采用汽動(dòng)給水泵，每臺(tái)鍋爐配置2臺(tái)引風(fēng)機(jī)，系統(tǒng)阻力包括鍋爐本體阻力2 800 Pa，預(yù)留SCR阻力1 000 Pa，電布除塵器阻力1 200 Pa，脫硫系統(tǒng)按配置GGH考慮，阻力3 500 Pa，風(fēng)機(jī)初步選型參數(shù)見表1。

表1 引風(fēng)機(jī)選型主要參數(shù)

2 引風(fēng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式與引風(fēng)機(jī)形式的關(guān)系

引風(fēng)機(jī)由于風(fēng)量、風(fēng)壓、變工況運(yùn)行及經(jīng)濟(jì)性的要求，其形式有動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)、靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)和離心風(fēng)機(jī)。

動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)和靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)本身具備調(diào)節(jié)功能，其工況調(diào)節(jié)屬于定速調(diào)節(jié)。均是在運(yùn)行中風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變，動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)通過改變動(dòng)葉片角度，靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)通過改變?nèi)肟陟o葉的角度來(lái)改變風(fēng)機(jī)的性能曲線形狀，使工作點(diǎn)位置改變，從而實(shí)現(xiàn)工況調(diào)節(jié)的。

離心式風(fēng)機(jī)本身不具備調(diào)節(jié)功能，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠。運(yùn)行點(diǎn)與設(shè)計(jì)值一致時(shí)，在性能曲線高效區(qū)，風(fēng)機(jī)效率較高；若運(yùn)行點(diǎn)偏離設(shè)計(jì)值時(shí)，風(fēng)機(jī)效率下降較快，風(fēng)機(jī)效率較低。

對(duì)于風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)形式而言，速度調(diào)節(jié)的節(jié)能效果較好。因?yàn)樗俣日{(diào)節(jié)時(shí)風(fēng)壓與流量成二次曲線關(guān)系，與風(fēng)機(jī)系統(tǒng)阻力特性吻合，風(fēng)機(jī)可以始終運(yùn)行在最高效率線上，整體效率最高。速度調(diào)節(jié)又有液力偶合器調(diào)節(jié)、變頻調(diào)速及小汽機(jī)調(diào)速等技術(shù)。液偶技術(shù)相對(duì)成熟，但液偶故障率偏高，且自身熱效應(yīng)導(dǎo)致其實(shí)際效率偏低，節(jié)能效果不理想；大功率高壓變頻器進(jìn)入電力市場(chǎng)時(shí)間不長(zhǎng)，可靠性尚需檢驗(yàn)，且工頻與變頻之間尚不能自由切換，而且切換時(shí)對(duì)電網(wǎng)沖擊較大，易引起電網(wǎng)波動(dòng)。與液偶及變頻調(diào)速比較，小汽機(jī)調(diào)速更加穩(wěn)定可靠。

小汽機(jī)調(diào)速已大量應(yīng)用于泵的調(diào)節(jié)，其實(shí)際運(yùn)行情況與風(fēng)機(jī)類似，理論機(jī)理相同。

對(duì)于采用小汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)選型考慮如下因素：

(1)動(dòng)調(diào)軸流風(fēng)機(jī)臨界轉(zhuǎn)速較低，葉片窄而長(zhǎng)，其固有頻率偏低而且需要避開的頻率密集，對(duì)速度調(diào)節(jié)相當(dāng)敏感，如采用調(diào)速方式時(shí)，一般風(fēng)機(jī)葉片也是定角度運(yùn)行，不推薦采用調(diào)速方式。

(2)與動(dòng)調(diào)風(fēng)機(jī)比較，靜調(diào)風(fēng)機(jī)臨界轉(zhuǎn)速高，葉片采用寬而短的等強(qiáng)度葉片，其固有頻率十倍于設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速甚至更高，對(duì)速度調(diào)節(jié)的適應(yīng)性好。對(duì)本工程而言，選型受到制約，無(wú)法采用。

(3)定速離心風(fēng)機(jī)帶基本負(fù)荷時(shí)，風(fēng)機(jī)效率穩(wěn)定；偏離設(shè)計(jì)點(diǎn)時(shí)，效率較低。在采用變速技術(shù)后，效率有所保證。

綜上所述，采用汽動(dòng)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，引風(fēng)機(jī)推薦采用離心風(fēng)機(jī)。在低負(fù)荷時(shí)可降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率、壽命、噪音及可靠性、安全性都大有好處。故汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)方案推薦采用小汽輪機(jī)變轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)離心風(fēng)機(jī)。

3 引風(fēng)機(jī)采用小汽機(jī)驅(qū)動(dòng)的方案

引風(fēng)機(jī)采用小汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的方案按小汽機(jī)型式的不同有兩種方案選擇：一種是汽源采用主機(jī)的四段抽汽，排汽至小汽機(jī)凝汽器，經(jīng)小機(jī)凝結(jié)水泵將凝結(jié)水打入主機(jī)凝汽器，即凝汽式小汽機(jī)方案；另一種是汽源采用鍋爐低溫再熱器出口的再熱蒸汽，小汽機(jī)排汽至除氧器或5號(hào)低加或主機(jī)中低壓缸聯(lián)通管，即背壓式小汽機(jī)方案。

3.1 凝汽式小汽機(jī)方案

凝汽式小汽機(jī)方案是采用四段抽汽作為引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)的汽源，四段抽汽經(jīng)小汽機(jī)做功后排汽至小汽機(jī)凝汽器，排汽在凝汽器中被循環(huán)水冷卻后的凝結(jié)水由小機(jī)凝結(jié)水泵輸送至主機(jī)凝汽器熱井中，循環(huán)水由自然通風(fēng)空冷塔或機(jī)械通風(fēng)空冷塔冷卻。為保證啟動(dòng)和低負(fù)荷時(shí)的汽源供應(yīng)，小汽機(jī)進(jìn)汽另從輔助蒸汽聯(lián)箱接出一路，正常運(yùn)行時(shí)小汽機(jī)工作汽源來(lái)自主汽輪機(jī)四段抽汽，啟動(dòng)和低負(fù)荷時(shí)汽源來(lái)自輔助蒸汽。

方案系統(tǒng)復(fù)雜，需增加軸封供汽系統(tǒng)、凝結(jié)水系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)、凝汽器等，但系統(tǒng)相對(duì)比較獨(dú)立，受主汽輪機(jī)熱力系統(tǒng)的影響較小。

方案需注意的問題如下：

(1)采用凝汽式小汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)引風(fēng)機(jī)，系統(tǒng)稍復(fù)雜，需增加軸封系統(tǒng)、凝結(jié)水系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)、凝汽器等，但系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，均屬成熟系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)和運(yùn)行上都有很多經(jīng)驗(yàn)。方案在設(shè)計(jì)上還需要考慮汽源問題和小汽機(jī)與引風(fēng)機(jī)的匹配問題。

(2)因引風(fēng)機(jī)距離主廠房汽源點(diǎn)較遠(yuǎn)，汽源的穩(wěn)定性是至關(guān)重要的問題。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，引風(fēng)機(jī)小汽輪機(jī)在40%THA以上負(fù)荷都可以采用四段抽汽驅(qū)動(dòng)，這樣，在一般運(yùn)行情況下，不需要與冷段或輔汽進(jìn)行切換，汽源是比較穩(wěn)定的，在40%THA以下需切換成輔汽或冷段時(shí)需要注意閥門切換的控制問題，通過一定的控制策略，基本可以保證汽輪機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行，但需要不斷摸索，初期可能存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。

(3)小汽機(jī)凝汽器的循環(huán)冷卻水冷卻方式可以有兩個(gè)選擇：循環(huán)冷卻水進(jìn)入主機(jī)自然通風(fēng)間冷塔冷卻和進(jìn)入輔機(jī)機(jī)械通風(fēng)間冷塔冷卻。如采用主機(jī)的自然通風(fēng)間冷塔冷卻，容易受外界氣象條件影響，小機(jī)為高背壓、變背壓小機(jī)，在背壓變化時(shí)存在和主機(jī)及給水泵汽輪機(jī)用汽控制協(xié)調(diào)問題，有一定的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。如采用機(jī)械通風(fēng)間冷塔，小機(jī)為低背壓小機(jī)，且背壓受外界氣象條件影響相對(duì)較小，但成本增加較大，廠用電負(fù)荷會(huì)稍高。此問題需要水工專業(yè)再下階段核算并與業(yè)主方討論確定。專題暫按小機(jī)循環(huán)冷卻水由主機(jī)自然通風(fēng)間冷塔冷卻考慮。

(4)由于引風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速較低，驅(qū)動(dòng)引風(fēng)機(jī)的小汽機(jī)轉(zhuǎn)速較高，汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)需通過齒輪箱減速后與引風(fēng)機(jī)相連，引風(fēng)機(jī)與小汽機(jī)之間存在較大的轉(zhuǎn)速比(一般約為6～7)，所配置的減速齒輪箱需同時(shí)滿足大功率、高轉(zhuǎn)速(輸入端)、大速比的要求，為保證性能，目前一般采用進(jìn)口的、可靠性較高的星形齒輪，成本也相應(yīng)提高。

(5)另外，由于采用變速齒輪連接，小汽輪機(jī)在調(diào)試和啟動(dòng)初期，風(fēng)機(jī)均跟著小汽輪機(jī)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，在一臺(tái)引風(fēng)機(jī)運(yùn)行，一臺(tái)引風(fēng)機(jī)調(diào)試或在啟動(dòng)初期時(shí)，風(fēng)機(jī)可能會(huì)產(chǎn)生鼓風(fēng)效應(yīng)而發(fā)熱，為此，需設(shè)置旁路管道解決。

3.2 背壓式小汽機(jī)方案

背壓式小汽機(jī)方案是采用主機(jī)再熱蒸汽作為引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)的汽源，再熱蒸汽經(jīng)小汽機(jī)做功后排汽至除氧器或5號(hào)低加或主機(jī)中低壓缸聯(lián)通管，系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，但與主汽輪機(jī)的熱力系統(tǒng)關(guān)系較緊密，對(duì)控制系統(tǒng)要求較高，且使得機(jī)組的控制方式和控制邏輯變得復(fù)雜，特別是變工況時(shí)更為突出。另外小汽機(jī)本體的疏水和汽封漏汽凝結(jié)水需經(jīng)專門的收集水箱經(jīng)泵打回主汽輪機(jī)凝汽器。

根據(jù)鍋爐廠的反饋意見，采用背壓式方案，從低溫再熱器出口抽汽對(duì)于鍋爐再熱器出口汽溫的控制有一定的影響，變負(fù)荷時(shí)有可能會(huì)增大減溫水量，降低機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，但通過適當(dāng)?shù)拇胧?，也可解決，對(duì)鍋爐的影響也基本是可控的，對(duì)控制的要求可能會(huì)高一些。

對(duì)于小汽機(jī)排汽主機(jī)中低壓缸聯(lián)通管，由于工程為供熱機(jī)組，中壓缸排汽本身采用需要用中低壓缸聯(lián)通管上的調(diào)節(jié)閥來(lái)調(diào)節(jié)采暖蒸汽，如再增加引風(fēng)機(jī)小汽機(jī)的排汽，對(duì)機(jī)組中壓缸排汽的控制將帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。

4 引風(fēng)機(jī)采用小汽機(jī)驅(qū)動(dòng)的方案比較

通過上述對(duì)引風(fēng)機(jī)小汽輪機(jī)的兩種方案分析，總結(jié)出兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)見表2。

表2 引風(fēng)機(jī)采用小汽機(jī)驅(qū)動(dòng)的方案比較

5 小 結(jié)

鑒于背壓式方案對(duì)主機(jī)熱力系統(tǒng)的影響較大，控制較復(fù)雜，考慮到發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性、可控性，工程引風(fēng)機(jī)汽動(dòng)驅(qū)動(dòng)方案采用凝汽式小汽機(jī)方案。

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