引風機驅動方式技術經(jīng)濟分析

郭兆君，付祥衛(wèi)，方 琪

（中國電力工程顧問集團東北電力設計院有限公司，長春 130021）

為滿足我國經(jīng)濟發(fā)展以及環(huán)境保護方面愈加嚴格的要求，新建火力發(fā)電廠燃煤機組均同步安裝脫硫裝置，且取消脫硫旁路煙道，采用引風機和增壓風機合并設置方案。合并后的引風機所消耗的軸功率較高，約占機組銘牌功率的1.0%以上。如果采用電動機驅動，系統(tǒng)比較簡單成熟，但會帶來廠用電率增加、啟動電流過大等問題；如果采用汽輪機驅動，可明顯降低廠用電消耗，但又存在初投資相對較高、系統(tǒng)運行維護復雜、機組熱耗升高等弊端。下面針對某2×660 MW 超超臨界機組擴建工程的雙列布置引風機不同驅動方式進行技術經(jīng)濟比較、分析。

1 引風機驅動方式概述

1.1 電動機驅動

引風機采用電動機驅動屬于成熟設計，廣泛應用于國內外各電廠。按照電動機的轉速調節(jié)方式，分為定速電動機和配置變頻器的調速電動機。

1.2 汽輪機驅動

1.2.1 采用汽輪機驅動的可行性

近年來，隨著機組容量的不斷加大，并且引風機與脫硫增壓風機合并設置成為主流技術方案，引風機的功率也在不斷增加，成為電廠內耗能較高的輔機。根據(jù)我國目前的電網(wǎng)調度方式和電廠技術指標考核方式，各發(fā)電企業(yè)都在努力降低廠用電率，提高上網(wǎng)電量，因此，都在探討各新建電廠和老廠改造項目采用汽輪機驅動引風機的可行性和技術經(jīng)濟性。根據(jù)近些年的實踐經(jīng)驗，用汽輪機驅動引風機已經(jīng)沒有技術障礙，并且在適宜的外部條件下，其經(jīng)濟性也比較可觀。

1.2.2 系統(tǒng)設計分析

汽輪機驅動引風機的汽源方案有2種選擇：一種是汽源采用主機的高壓缸排汽，即背壓式小汽機方案；另一種是汽源采用主機的四段抽汽，即凝汽式小汽機方案。引風機采用小汽機驅動可以有如下3種方案，其相關熱力系統(tǒng)簡述如下。

a.背壓式小汽機排汽至除氧器方案。引風機小汽機為背壓式，正常運行汽源均來自主機的高壓缸排汽，小汽機排汽至除氧器。機組啟動、低負荷運行及主汽輪機跳閘期間汽源來自全廠輔汽系統(tǒng)，小汽機排汽經(jīng)減溫減壓后排至主機凝汽器或鍋爐啟動疏水擴容器排汽管。

采用該方案，為保證小汽輪機有足夠的排汽壓力，小汽機的級數(shù)較少，用汽量較大（約為凝汽式小汽機的2倍）。為防止除氧器汽化，主機至除氧器的四段抽汽量必須減小，最終四段抽汽量遠小于小汽機排汽量，除氧器的壓力已不能隨主機四抽的壓力進行滑壓運行，而是隨引風機小汽機的排汽壓力運行。雖然可以靠小汽機排汽管上的調節(jié)閥來控制小汽機排汽進除氧器的壓力，以實現(xiàn)與主機四段抽汽壓力的匹配，但同時又影響到了小汽機本身的進汽量和轉速，熱力系統(tǒng)的匹配和調節(jié)變得相當繁瑣、操控性變差；若分流至凝汽器，則有部分排汽的冷端損失沒有被回熱系統(tǒng)利用，經(jīng)濟性變差。

b.背壓式小汽機排汽至中壓缸排汽管方案。引風機小汽機為背壓式，正常運行汽源均來自主機的高壓缸排汽，小汽機排汽至主機中壓缸到低壓缸的排汽管。機組啟動、低負荷運行及主汽輪機跳閘期間汽源來自全廠輔汽系統(tǒng)，小汽機排汽經(jīng)減溫減壓后排至主機凝汽器或鍋爐啟動疏水擴容器排汽管。

采用該方案，背壓機的級數(shù)增加，進汽量相對減少，主機中壓缸到低壓缸的排汽管的排汽量約為小機排汽量的15倍，其受小汽機排汽參數(shù)和流量的影響較小。小汽機的背壓則基本由主機中壓缸排汽管的壓力來確定，小汽機排汽管上無須設置調節(jié)閥來控制排汽的壓力，負荷直接由進汽調閥控制，控制系統(tǒng)變得簡單，易操作。對于主機的整個回熱系統(tǒng)，相當于從高壓缸排汽分流了約5%的蒸汽去驅動引風機小汽機，再將小汽機排汽與主機中壓缸排汽匯合，進入主機低壓缸，對主機的整個回熱系統(tǒng)（包括除氧器）有少量的影響。

c.凝汽式方案。引風機小汽機及給水泵小汽機均為凝汽式，正常運行汽源均來自主機的四段抽汽，低負荷運行汽源均來自主機的冷再熱蒸汽。給水泵距主汽輪機較近，小汽機直接排汽至主機凝汽器；引風機距主汽輪機較遠，小汽機排汽至自帶的小凝汽器，經(jīng)小機凝結水泵將凝結水打入主機凝汽器。

在灌注混凝土的過程中，要在完成二次清孔作業(yè)以后的半小時之內開展。如果超出時間限制，就必須要對孔底沉渣厚度進行重復檢測，在各項指標都合格的情況下，才能夠開展混凝土的灌注作業(yè)。

采用該方案，系統(tǒng)相對較獨立，受主汽輪機熱力系統(tǒng)的影響較?。恍∑麢C本體的疏水和汽封漏汽凝結水可直接回收至小機凝汽器，但增加了小機凝結水泵、小機真空泵以及循環(huán)水泵的耗電量。

2 引風機配置方案組合

2.1 引風機類型選擇

所依托工程的設計煤種為淮南煤，校核煤種為混煤。由于該工程引風機考核工況TB點揚程已超過10kPa，靜調風機的壓頭無法滿足此參數(shù)的要求，經(jīng)與廠家協(xié)調，引風機可采用雙級動葉可調軸流風機。同時根據(jù)動葉可調軸流風機結構及調節(jié)特性，采用汽輪機驅動不能做到全負荷無極變速調節(jié)，小汽機只能控制在3個轉速運行調節(jié)，即鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量BMCR 點轉速為990r/min，75%BMCR 點轉速為740r/min，50%BMCR 點轉速為500 r/mim，在小汽機的3個轉速的區(qū)間，采用風機動葉調節(jié)細調。

2.2 引風機配置方案組合

綜合前面的論述，按“風機類型＋驅動裝置類型”組合，形成4種引風機配置方案：方案1，動調風機＋定速電動機驅動；方案2，動調風機＋凝汽式小汽機驅動；方案3，動調風機＋背壓式小汽機驅動（排汽至主機中壓缸排汽管道）；方案4，動調風機＋背壓式小汽機驅動（排汽至除氧器）。

3 引風機參數(shù)選擇

3.1 電動引風機參數(shù)

由于該工程為擴建工程，發(fā)電設備年利用時間按一期工程近5年平均數(shù)計算，為5 345h。引風機采用雙列布置，其選型參數(shù)見表1，其中THA 工況為熱耗考核工況。

表1 單臺動調引風機選型參數(shù)

3.2 凝汽式小汽機參數(shù)

采用動調風機和凝汽式小汽機的配置方案，單臺凝汽小汽機的相關參數(shù)見表2。

3.3 背壓式小汽機參數(shù)

a.采用動調風機和背壓式小汽機的配置方案，小汽機排汽至中壓缸排汽管道。單臺背壓小汽機的相關參數(shù)見表3。

b.采用動調風機和背壓式小汽機的配置方案，小汽機排汽排至除氧器，單臺背壓小汽機的相關參數(shù)見表4。

表2 單臺凝汽式小汽機的相關參數(shù)

表3 單臺背壓式小汽機排汽至中壓缸排汽管道的相關參數(shù)

表4 單臺背壓式小汽機排汽排至除氧器的相關參數(shù)

4 技術經(jīng)濟比較

技術經(jīng)濟的比較采用電力行業(yè)認可的最小年費法。年費用是計及資金時間價值的動態(tài)理論，用一個固定費用率f將投資、折舊、利息、稅金、管理（人員工資和待遇）、保險等費用，平均分攤到電廠投產(chǎn)后至還貸折舊完畢期間的每一年之中，并加上年運行費用。其表達式為：

FN＝f×FZ0＋FU0

式中：FN為年費用；f＝0.17；FZ0為設備投資；FU0為運行費用。

為了方便計算，把大修費、管理費等折算入f之中，經(jīng)濟比較時，按成本電價比較。3種方案的主要技術經(jīng)濟對比見表5，電價按不含稅成本電價0.28元/（kW·h）計算，上網(wǎng)電價按0.366 5 元/（kW·h）計算，不含稅標煤價按683.76元/t計算。

由于機組在全年的運行負荷是變化的，為了使技術經(jīng)濟比較更具有說服力，供電煤耗采用100%THA、75%THA、50%THA 工況下的供電煤耗的加權平均值。從表5可以看出，方案1在發(fā)電煤耗和供電煤耗方面均為最低，是最節(jié)能的方案。方案2和方案3供電煤耗高于方案1的原因，主要有以下幾點。

a.蒸汽及凝結水長距離輸送過程會造成熱量損失。從汽輪機抽汽口到電除塵器后的引風機，蒸汽管道壓降約10%，溫降約5℃，蒸汽焓值損失約0.3%。

b.小汽機轉速一般在3 000r/min 以上，其與引風機之間需要通過齒輪箱進行降速并傳遞功率，降速及能量傳遞過程亦會造成能量的損失。本次計算傳遞效率按98%計算。

c.凝汽式小汽機本身的絕對效率較主汽輪機要低，背壓式比凝汽式的小汽機的效率還要低。

d.凝汽式小汽機消耗一定量的汽輪機抽汽，在汽輪機進汽量不變的情況下，發(fā)電功率下降，造成主機熱耗升高，經(jīng)計算100%THA 工況熱耗增加約1.65%。

e.背壓式小汽機消耗一定量的冷段蒸汽。對于沒有熱用戶的機組，背壓機排汽不能用于供熱而排到回熱系統(tǒng)，增加了機組的熱耗，經(jīng)計算100%THA 工況熱耗增加約3.57%。

5 結論

通過對3種方案的技術經(jīng)濟性對比，在發(fā)電煤耗和供電煤耗方面，定速電動機驅動的動調引風機方案要比其他兩個方案都低，是最節(jié)能的、因此推薦采用的動調引風機方案。經(jīng)測算，當標煤價不變、上網(wǎng)電價降到0.312 3元/（kW·h）以下時，引風機凝汽式小汽機驅動方案的年費用將高于電動方案；當上網(wǎng)電價不變、標煤價升到850 元/t以上時，引風機凝汽式小汽機驅動方案的年費用也將高于電動方案。對于上網(wǎng)電價高、標煤價低的電廠，采用汽動引風機方案更經(jīng)濟；相反，對于上網(wǎng)電價低、標煤價高的電廠，則更適合采用電動引風機方案。

表5 3種方案的技術經(jīng)濟對比

綜上所述，對于一個電廠的雙列布置引風機采用何種驅動方式需要對初投資、機組年設備利用時間、上網(wǎng)電價和標準煤價等因素進行綜合考慮。更重要的一點是：引風機驅動方式應采用供電煤耗最低的方案，即便是年費用再低，如果其供電煤耗高，也不符合國家節(jié)能減排政策。