“汽電雙驅(qū)”引風(fēng)機(jī)高效供熱

呂春俊++藺琪蒙

摘 要：目前電力行業(yè)廣泛采用的常規(guī)汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)在調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)存在節(jié)流損失，部分負(fù)荷小機(jī)效率很低。針對(duì)常規(guī)汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中小汽機(jī)效率偏低的問題，并結(jié)合二次再熱機(jī)組供熱的要求，特提出“汽電雙驅(qū)”引風(fēng)機(jī)排汽供熱方案?！捌婋p驅(qū)”引風(fēng)機(jī)由電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)至設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速，通過可離合定速比齒輪箱無擾接入小汽機(jī)后，由小機(jī)動(dòng)能直接驅(qū)動(dòng)引風(fēng)機(jī)，不占用廠用電，而且運(yùn)行時(shí)小機(jī)調(diào)閥始終保持全開，減小了節(jié)流損失，維持了較高的效率，同時(shí)富余動(dòng)能還可以帶動(dòng)電機(jī)超過同步轉(zhuǎn)速以異步發(fā)電機(jī)狀態(tài)運(yùn)行，發(fā)出的電量通過6kV工作母線傳輸給廠內(nèi)其他用電負(fù)荷，大大降低廠用電率。另外，小機(jī)排汽接至輔汽聯(lián)箱或直接對(duì)外供熱，具有較強(qiáng)的供熱經(jīng)濟(jì)性，達(dá)到了既節(jié)電又節(jié)能的效果。

關(guān)鍵詞：汽電雙驅(qū) 引風(fēng)機(jī) 離合器齒輪箱 供熱

中圖分類號(hào)：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）08（b）-0110-04

目前已投產(chǎn)的幾個(gè)二次再熱機(jī)組普遍存在低負(fù)荷欠溫的情況，調(diào)節(jié)手段單一，而熱電廠又肩負(fù)著供熱任務(wù)，季節(jié)性熱負(fù)荷與晝夜熱負(fù)荷均存在波動(dòng)較大的實(shí) 際情況，調(diào)節(jié)工況更加復(fù)雜；二次再熱機(jī)組設(shè)十級(jí)回?zé)嵯到y(tǒng)，抽汽供熱、輔助蒸汽、除氧器加熱等均無合適汽源，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上均為高品質(zhì)蒸汽經(jīng)減溫減壓后滿足熱力系統(tǒng)需要，熱經(jīng)濟(jì)損失大；電力行業(yè)廣泛采用的常規(guī)汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)在調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)存在節(jié)流損失，部分負(fù)荷小機(jī)效率很低。本文從供熱方案及引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式的選擇結(jié)合起來，并針對(duì)二次再熱機(jī)組的特點(diǎn)，研究一個(gè)合理的解決方案。

1 供熱方案的選擇

供熱方案應(yīng)在保證外部供熱的前提下保證機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，并兼顧經(jīng)濟(jì)性，包括：直接抽汽供熱方案及汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)供熱方案兩種。

1.1 直接抽汽供熱方案

優(yōu)點(diǎn)：（1）技術(shù)成熟，系統(tǒng)管路相對(duì)簡(jiǎn)單。（2）投資相對(duì)較少，主要是減溫減壓器費(fèi)用、管道費(fèi)用和電氣儀表費(fèi)用。

缺點(diǎn)：（1）直接將高參數(shù)蒸汽減溫減壓，熱損失較大，造成能源的直接浪費(fèi)。（2）當(dāng)熱負(fù)荷從夏季到冬季變化較大時(shí)，對(duì)鍋爐再熱器受熱面影響較大，不利于機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1.2 汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)供熱方案

采用汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)，除了降低廠用電、提高對(duì)外供電外，汽動(dòng)風(fēng)機(jī)可采用調(diào)速或者定速方式，也可提高機(jī)組部分負(fù)荷工況時(shí)風(fēng)機(jī)的效率。當(dāng)廠外有熱負(fù)荷用戶時(shí)，可將一部分抽汽或排汽引至熱網(wǎng)。

回?zé)岜硥菏叫∑啓C(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備技術(shù)是基于回?zé)峄驹?，將?qū)動(dòng)設(shè)備的小汽輪機(jī)的排汽和抽汽引到熱力循環(huán)中，排擠部分過熱度較高的主汽輪機(jī)抽汽，在回收工質(zhì)的同時(shí)達(dá)到提高機(jī)組熱效率的目的。當(dāng)廠內(nèi)或廠外有熱負(fù)荷用戶時(shí)，可將一部分抽汽或排汽引至輔汽或熱網(wǎng)進(jìn)行熱量回收，減 少冷源損失，從而能夠進(jìn)一步提高熱循環(huán)效率。

1.3 小結(jié)

考慮到供熱的可行性、可靠性，機(jī)組的安全穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性，推薦使用汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)供熱。

2 引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式的選擇

2.1 電動(dòng)引風(fēng)機(jī)

電力行業(yè)引風(fēng)機(jī)的傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方式為電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，技術(shù)成熟可靠?？晒┻x擇的風(fēng)機(jī)型式有三類：動(dòng)葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)、靜葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)以及雙速或變頻風(fēng)機(jī)?？紤]到調(diào)速齒輪箱價(jià)格昂貴，設(shè)備成本高，變頻裝置價(jià)格昂貴，設(shè)備成本、檢修費(fèi)用高，因此，在采用電動(dòng)引風(fēng)機(jī)的方案時(shí)，推薦采用定速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)+動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)。

雖然電動(dòng)引風(fēng)機(jī)方案技術(shù)成熟可靠，但電動(dòng)引風(fēng)機(jī)消耗高品位的電能，而且對(duì)名義上承擔(dān)基本負(fù)荷，實(shí)際上絕大多數(shù)時(shí)間運(yùn)行在部分負(fù)荷下的機(jī)組來說，電動(dòng)引風(fēng)機(jī)在部分負(fù)荷工況運(yùn)行下效率偏低，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性較差。

2.2 常規(guī)汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)

近年來，為了節(jié)省廠用電、增加供電量，已有不少電廠如國電北侖電廠、國電泰州電廠、國電諫壁電廠、華電望亭、華能南通等，對(duì)鍋爐引風(fēng)機(jī)采用工業(yè)汽輪機(jī)（小汽機(jī)）進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，并已成功投產(chǎn)運(yùn)行。

由于常規(guī)汽動(dòng)風(fēng)機(jī)可采用調(diào)速方式，具有變轉(zhuǎn)速功能，風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)主要依靠轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)，并非像電動(dòng)風(fēng)機(jī)一樣依靠葉片調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)。通過調(diào)速式靜葉風(fēng)機(jī)和動(dòng)調(diào)風(fēng)機(jī)的選型對(duì)比來看，兩個(gè)方案的風(fēng)機(jī)效率相差不大。

考慮到靜葉可調(diào)軸流式引風(fēng)機(jī)的價(jià)格低廉，可采用靜葉可調(diào)軸流式引風(fēng)機(jī)。在供熱量不大的情況下，推薦采用汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)方式。

2.3 “汽電雙驅(qū)”引風(fēng)機(jī)

為平衡供熱量和引風(fēng)機(jī)的功率，提出“汽電雙驅(qū)”引風(fēng)機(jī)排汽供熱技術(shù)。該技術(shù)方案中的小汽輪機(jī)與常規(guī)汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)保持一致，均采用背壓式汽輪機(jī)。根據(jù)引風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)方式的不同，“汽電雙驅(qū)”引風(fēng)機(jī)方案可分為：靜葉調(diào)速風(fēng)機(jī)方案、定速動(dòng)葉調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)方案。

靜葉調(diào)速風(fēng)機(jī)方案的軸系布置為：發(fā)電機(jī)（異步）—調(diào)速齒輪箱—變速背壓小機(jī)—定比齒輪箱—調(diào)速引風(fēng)機(jī)。定速動(dòng)葉調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)方案的軸系布置為：小汽機(jī)—定速比齒輪箱—電動(dòng)/發(fā)電機(jī)（異步）—定速引風(fēng)機(jī)（為實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)化風(fēng)機(jī)啟動(dòng)條件、小機(jī)檢修時(shí)可單獨(dú)解列等，小汽機(jī)布置于軸系端側(cè)較為合適，同時(shí)齒輪箱需帶離合器功能）。

靜葉調(diào)速引風(fēng)機(jī)方案中發(fā)電機(jī)通過調(diào)速齒輪箱與小汽機(jī)聯(lián)接，而調(diào)速齒輪箱的傳動(dòng)效率僅有90%（部分負(fù)荷時(shí)更低），遠(yuǎn)低于定速比齒輪箱（98%～99%），傳動(dòng)效率損失相對(duì)較高。定速動(dòng)葉可調(diào)引風(fēng)機(jī)方案中發(fā)電機(jī)則可選用定速比齒輪箱實(shí)現(xiàn)與小汽機(jī)的聯(lián)接，傳動(dòng)效率相對(duì)較高，介于98%～99%。

在同樣的進(jìn)汽量下，定速動(dòng)調(diào)引風(fēng)機(jī)方案由于小汽機(jī)向發(fā)電機(jī)側(cè)傳遞的功率較高，同時(shí)定速比齒輪箱的傳動(dòng)效率也遠(yuǎn)高于調(diào)速齒輪箱，因而發(fā)電機(jī)的輸入功率較高，對(duì)應(yīng)輸出的電量增加，降低了廠用電率。同時(shí)，調(diào)速齒輪箱較定速比齒輪箱價(jià)格昂貴，設(shè)備成本非常高。由此可見，在經(jīng)濟(jì)性方面，定速動(dòng)葉調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)方案更具優(yōu)勢(shì)。利用該節(jié)能新技術(shù)，配套背壓式小機(jī)，利用小機(jī)驅(qū)動(dòng)引風(fēng)機(jī)，將小機(jī)排汽對(duì)外供熱。

（1）進(jìn)汽調(diào)節(jié)閥全開，采用小發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)軸功率替代小機(jī)進(jìn)汽調(diào)閥節(jié)流調(diào)節(jié)軸功率，提高了小汽輪機(jī)的運(yùn)行效率，使其始終在高效區(qū)運(yùn)行，提高設(shè)備在低負(fù)荷工況的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。endprint

（2）在啟動(dòng)階段，電動(dòng)/發(fā)電機(jī)為電動(dòng)機(jī)型式，簡(jiǎn)化風(fēng)機(jī)啟動(dòng)條件，取消啟動(dòng)汽源，節(jié)省了啟動(dòng)汽源初投資。

（3））供熱方式更為靈活，根據(jù)不同熱負(fù)荷量，引風(fēng)機(jī)可以按照汽動(dòng)/汽電雙驅(qū)/電動(dòng)不同方式運(yùn)行。

（4）驅(qū)動(dòng)設(shè)備備用率高，汽動(dòng)、電動(dòng)互為備用，也可同時(shí)使用，可靠性高。

2.4 小結(jié)

考慮到驅(qū)動(dòng)引風(fēng)機(jī)的可行性、可靠性，機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，推薦使用“汽電雙驅(qū)”+定速動(dòng)葉可調(diào)引風(fēng)機(jī)。

3 “汽電雙驅(qū)”引風(fēng)機(jī)高效供熱方案

3.1 方案設(shè)想

“汽電雙驅(qū)”引風(fēng)機(jī)布置順序依次為汽輪機(jī)—齒輪箱（帶離合器）—異步電機(jī)—引風(fēng)機(jī)。如圖2所示。

進(jìn)汽汽源來一次再熱一級(jí)再熱器出口（參數(shù)11.3MPa（數(shù)據(jù)引用國電宿遷2×660MW機(jī)組工程初步設(shè)計(jì)），538℃），排汽參數(shù)為壓力1.5MPa、溫度350℃，與供熱、除氧器加熱、輔汽聯(lián)箱汽源參數(shù)匹配。

啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)帶引風(fēng)機(jī)運(yùn)行，離合器處于脫開狀態(tài)，小汽輪機(jī)不跟隨轉(zhuǎn)動(dòng)。抽汽參數(shù)滿足后，小汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)升速至同步轉(zhuǎn)速（750r/mim）附近，在此之前均為電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)；離合器嚙合后，小汽輪機(jī)與電動(dòng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)并軸運(yùn)行。小汽輪機(jī)主調(diào)門繼續(xù)開大（直至全開），轉(zhuǎn)速上升，直至超過同步轉(zhuǎn)速，此時(shí)為小汽輪機(jī)與電動(dòng)機(jī)混合驅(qū)動(dòng)狀態(tài)；小汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升，超過發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)化為發(fā)電機(jī)形式運(yùn)行，此時(shí)為小汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)。此時(shí)同軸系統(tǒng)中，小汽輪機(jī)負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)引風(fēng)機(jī)，而富余功率通過異步發(fā)電機(jī)將電量送至廠用電系統(tǒng)內(nèi)消納。若小汽輪機(jī)抽汽不足，轉(zhuǎn)速下降，則發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速也下降，低于同步轉(zhuǎn)速后，轉(zhuǎn)化為電動(dòng)機(jī)形式運(yùn)行，與汽輪機(jī)一起驅(qū)動(dòng)引風(fēng)機(jī)運(yùn)行；小汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速繼續(xù)下降，直至低于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速，則小汽輪機(jī)與系統(tǒng)脫離，此時(shí)由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)引風(fēng)機(jī)運(yùn)行。小汽輪機(jī)調(diào)門根據(jù)熱負(fù)荷（供熱量+輔汽用量+除氧器用量）調(diào)節(jié)蒸汽流量，引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉跟隨爐膛負(fù)壓控制，而整個(gè)軸系上不平衡的功率則由電機(jī)來負(fù)責(zé)平衡。以上整個(gè)過程全部是自動(dòng)控制，無需人工干預(yù)。

小汽機(jī)初步選型表如表1，由于各負(fù)荷下小機(jī)調(diào)閥全開，小機(jī)效率相比常規(guī)汽動(dòng)風(fēng)機(jī)有較大提高。通過“汽電雙驅(qū)”引風(fēng)機(jī)方案，引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)主調(diào)門始終處于全開狀態(tài)，效率保持在82%以上，節(jié)省了廠用電，提高了供熱效率，實(shí)現(xiàn)了能量的梯級(jí)利用。

3.2 供熱工況分析

（1）每臺(tái)機(jī)組設(shè)有常規(guī)熱源和備用熱源，基本能夠滿足對(duì)外供熱312t/h蒸汽的要求。

（2）兩臺(tái)機(jī)組正常運(yùn)行，合計(jì)對(duì)外供汽312t/h。

（3）當(dāng)機(jī)組承擔(dān)的熱負(fù)荷處于最小熱負(fù)荷與小機(jī)排汽量之間時(shí)，小機(jī)排汽供熱，剩余排汽量回?zé)嶂粱責(zé)嵯到y(tǒng)。

（4）當(dāng)機(jī)組承擔(dān)的熱負(fù)荷大于小機(jī)排汽量時(shí)，由二次冷段補(bǔ)充供熱。

（5）當(dāng)一臺(tái)或多臺(tái)小機(jī)檢修時(shí)，其余引風(fēng)機(jī)汽電雙驅(qū)運(yùn)行，排汽供熱，不足供熱量由二次冷段補(bǔ)，以滿足312t/h的供熱需求。

（6）當(dāng)一臺(tái)大機(jī)檢修時(shí)，則由另一機(jī)組兩臺(tái)小機(jī)排汽供熱156t/h+二次冷段補(bǔ)汽156t/h，以滿足312t/h的供熱需求。

（7）兩臺(tái)機(jī)組互為備用。

3.3 效益估算

通過“汽電雙驅(qū)”引風(fēng)機(jī)方案，在保證對(duì)外熱負(fù)荷的情況下，充分利用了供熱汽源的做功能力，將抽汽熱能轉(zhuǎn)化為汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)的動(dòng)能并補(bǔ)充部分電能，節(jié)省了廠用電，提高了供熱效率，實(shí)現(xiàn)了能量的梯級(jí)利用。

“汽電雙驅(qū)”引風(fēng)機(jī)方案與電動(dòng)引風(fēng)機(jī)方案、常規(guī)汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)方案相比，每臺(tái)機(jī)組增加投資分別為3160萬和1510萬元。雖然發(fā)電煤耗較后兩者高（發(fā)電量多），造成燃料費(fèi)用分別增加1225萬和790萬元，但由于增加了發(fā)電量，廠用電率低，供電煤耗反而低，售電收益較后兩者分別增加2934萬和1725萬元，總利潤分別增加1709萬和935萬元。多出的投資最多1.9年即可收回（按標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)750元/t，上網(wǎng)電價(jià)0.388元/kW·h計(jì)算）。

4 結(jié)論

（1）二次再熱鍋爐再熱汽溫控制本身是一大難點(diǎn)，再加上供熱負(fù)荷的不斷變化，對(duì)鍋爐受熱面的布置提出了巨大挑戰(zhàn)。因此采用供熱/回?zé)崾狡麆?dòng)引風(fēng)機(jī)技術(shù)，熱負(fù)荷較大時(shí)小機(jī)排汽供熱，熱負(fù)荷較小時(shí)采取剩余引風(fēng)機(jī)小機(jī)排汽回?zé)岬姆绞竭\(yùn)行，以減少供熱量少對(duì)鍋爐再熱器受熱面影響，使得機(jī)組更加安全穩(wěn)定運(yùn)行，避免出現(xiàn)再熱汽溫欠溫現(xiàn)象，提高再熱汽溫調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性。

（2）汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)供熱方案受熱負(fù)荷的局限，應(yīng)用較少，但“汽電雙驅(qū)”引風(fēng)機(jī)高效供熱方案可降低廠用電、提高機(jī)組部分負(fù)荷工況時(shí)風(fēng)機(jī)的效率，同時(shí)可以滿足供熱要求，因此在具備外部條件時(shí)建議采用。對(duì)外供熱機(jī)組，理應(yīng)優(yōu)先采用背壓式小汽機(jī)，排汽對(duì)外供熱。

（3）小機(jī)調(diào)閥全開，富余動(dòng)能還可以帶動(dòng)電機(jī)超過同步轉(zhuǎn)速以異步發(fā)電機(jī)狀態(tài)運(yùn)行，發(fā)出的電量傳輸給廠內(nèi)其他用電負(fù)荷，大大降低廠用電率，廠用電率僅1.99%（THA工況）。

（4）“汽電雙驅(qū)”引風(fēng)機(jī)排汽供熱技術(shù)減小了減溫減壓供熱帶來的節(jié)流損失，額定供熱量下，機(jī)組全年加權(quán)供電煤耗僅259.3g/kW·h，相比二次冷段減溫減壓供熱方案，供電煤耗降低1g/kW·h。

（5）“汽電雙驅(qū)”引風(fēng)機(jī)方案的初投資略高，但由于廠用電率的大大降低，多出的初投資1.9年即可回收。

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