董志強
摘 要: 本文分析了給水泵汽輪機驅動引風機技術經(jīng)濟方面的內容,介紹了關鍵技術,小汽輪機耗汽量計算模型,采用汽動引風機售電收益增加分析等方面的內容。
關鍵詞: 小汽輪機;驅動;引風機
基于國內燃煤發(fā)電廠高參數(shù)、大容量的發(fā)展趨勢,鍋爐引風機的容量也越來越大。同時發(fā)電廠加裝脫硫裝置時普遍將引風機與脫硫增壓風機合并,從而使得引風機的功率進一步增大。引風機電機容量增大后帶來了廠用電增加、廠用電電壓等級需要提高、啟動電流大(在多個電廠曾出現(xiàn)因引風機啟動電流過大引起母線電壓降低引起設備跳閘的情況)等問題,給廠用電系統(tǒng)帶來沖擊。且電機驅動模式下,無論引風機采用靜葉可調還是動葉可調,由于電機定速運行,在機組低負荷或變負荷工況下,電機造成的額外廠用電損失很大,能源浪費嚴重。若采用變頻電機,可通過轉速調節(jié)風機風量,節(jié)約30%的能源。但變頻電機的成本昂貴,尤其是大功率的變頻電機,其造價將直接影響發(fā)電廠的初投資規(guī)模。
一、關鍵技術分析
根據(jù)鍋爐汽動給水泵啟動、運行、停止和日常維護的經(jīng)驗,汽輪機驅動的引風機具有運行安全,結構緊湊,自動化程度高,節(jié)能效果顯著等特點,是一種比較優(yōu)化的能源利用方式。可以徹底解決上述問題,同時也可以通過汽輪機的變速調節(jié),有效提高引風機在低負荷工況運行下的效率,使風機在不同負荷下保持高效率等優(yōu)點。另外,采用汽輪機代替電機驅動引風機可將蒸汽的熱能直接轉化為機械能,減少能量轉換環(huán)節(jié)和能量損失,提高熱能的利用效率。
驅動引風機的汽輪機為純凝式,配置凝汽器、抽真空系統(tǒng)(含真空泵)、凝結水輸送系統(tǒng)(含凝結水泵)、減速齒輪箱、供汽系統(tǒng)、軸封系統(tǒng)、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)等。由主機四抽供汽,采用下排汽模式,排汽進入單獨的小凝汽器,小機凝結水通過小凝結水泵回到主機主凝汽器,循環(huán)水與主廠房循環(huán)水系統(tǒng)相連接。小汽輪機設計正常工作汽源采用汽輪機四段抽汽,啟動和調試用輔助蒸汽。小汽輪機設置獨立的軸封系統(tǒng),軸封末端回汽至汽封加熱器。每臺小汽輪機配置1臺凝汽器與2臺凝結水泵,其凝結水經(jīng)小機凝結水泵升壓后打入主機凝汽器熱井,小機的有關疏水則排入其單獨設置的疏水擴容器中。
機組在啟動、調試階段,引風機運行不僅要滿足鍋爐啟動要求,還要滿足以下各項要求:
1.鍋爐冷態(tài)通風試驗
鍋爐冷態(tài)通風試驗主要是對一、二次風量進行標定、一次風配平,以及模擬額定負荷工況內流場觀測等,鍋爐總風量基本要求在80%BMCR以上,風機出力接近額定負荷狀態(tài)。
本機組冷態(tài)通風試驗時一般不進行爐內流場觀察,只進行風量的標定、配平等工作,風機出力要求可相應降低,鍋爐總風量基本要求為40%BMCR。
2. 鍋爐本體化學清洗
若采用新的化學清洗工藝“催化檸檬酸”法,無需啟動風機。
3. 鍋爐蒸汽沖管
鍋爐蒸汽沖管基本有穩(wěn)壓沖管、降壓沖管及穩(wěn)壓降壓相結合等方式。穩(wěn)壓沖管時,爐膛熱負荷在45%BMCR左右,引風機總出力在45%~50%BMCR左右。降壓沖管時,引風機總出力40%BMCR可滿足要求。
4. 鍋爐最小風量要求
本機組鍋爐的最小直流負荷為25%BMCR。為確保鍋爐安全運行,通過爐膛的風量都不應低于25%BMCR,當?shù)陀?5%BMCR風量時,鍋爐將觸發(fā)MFT。
在鍋爐點火后,一般將風量調整至40~50%BMCR風量,避免由于燃燒不穩(wěn)引起風量波動而導致鍋爐滅火。
綜上分析,風機的啟動容量至少為40%BMCR,即汽動風機在本機供汽前至少要具備40%BMCR容量的運行能力才可以保證方案的可行性。
二、小汽輪機耗汽量計算模型
引風機小汽輪機的抽汽量是影響汽動引風機耗能的重要參數(shù)之一,也是汽動引風機系統(tǒng)節(jié)能評價和優(yōu)化運行的基礎,但是目前缺少小汽輪機耗汽量的測量手段,需要建立相應的計算模型。
根據(jù)汽動引風機運行特性模型,可確定不同工況下引風機的功率和轉速等工作參數(shù),本文在這些引風機工作參數(shù)的基礎上,通過對小汽輪機能量平衡分析給出小汽輪機抽汽量計算方法。
小汽輪機從蒸汽源輸入的凈功Pin可按式(1)計算。
(1)
式中 -----小汽輪機排汽焓(kJ/kg);
小汽輪機的能量守恒方程如式(2)所示。
(2)
式中 -----對引風機輸出的凈功,W; ------機械功損失,W;
I-----轉動慣量,kg.m2/rad;N——小汽機轉速,rad/s;
由此可得到小汽輪機轉速的狀態(tài)方程如式(3)所示。
(3)
機組在穩(wěn)定工況運行時,可認為小機轉速保持不變,即 , 可通過式(4)計算獲得。
(4)
式(4)中,小汽輪機效率 由小汽輪機轉速和進出口蒸汽參數(shù)決定,可由式(5)估算。
(5)
式中
——小汽輪機額定工況效率;
——額定工況下抽汽等熵焓降值,kJ/kg;
——抽汽等熵膨脹排氣焓值,kJ/kg;
Nd—— 小汽輪機額定工況轉速,rad/s。
根據(jù)引風機出力情況得出Pout后,式(1)、(2)、(3)、(4)、(5)組成的方程組封閉,可計算小汽輪機抽汽量Dt。
汽動引風機系統(tǒng)的運行特性是汽動引風機系統(tǒng)研究的核心內容,也是實現(xiàn)其狀態(tài)監(jiān)測和運行優(yōu)化的基礎。綜合引風機特性模型和管路阻力特性模型對現(xiàn)場引風機工作點進行了計算,并與現(xiàn)場實際運行數(shù)據(jù)進行了對比,結果表明本課題所建模型在機組主要負荷段內具有較高的準確性。進而實現(xiàn)引風機運行性能的在線監(jiān)測,對引風機系統(tǒng)的安全可靠運行乃至機組正常運行都具有十分重要的意義。此外,為定量評價汽動引風機系統(tǒng)的能耗水平,本課題還建立了引風機小汽輪機耗汽量的簡化計算模型,實現(xiàn)了小汽機汽耗量的定量計算。
三、采用汽動引風機售電收益增加分析
按照發(fā)電廠機組機爐電匹配、銘牌功率標定的原則,機組銘牌功率并未扣除輔機設備消耗的電功率。鑒于這一特點,如果降低發(fā)電廠的廠用電指標,可以提高電廠對外售電收入。在電廠龐大的輔機設備群中,鍋爐引風機是僅次于鍋爐給水泵的第二大耗電設備。
該電廠如果機組年運行小時7500h,年利用小時5500h,則單臺引風機每年消耗的電量為:3782×1500+3014×4000+2502×2000=2273.3萬kWh,全廠引風機每年消耗的電量為:9093.2萬kWh。根據(jù)測算,該工程成本電價(含稅)321元/MWh,低于現(xiàn)階段當?shù)厣暇W(wǎng)標桿電價(448.2元/MWh)約127.3元/MWh。
如果采用汽輪機替代電機驅動引風機,單臺引風機每年可節(jié)電2273.3萬kWh,全廠引風機每年可節(jié)電9093.2萬kWh。降低的廠用電按每度電收益0.1273元計算,全廠可增加的售電收入為1157.6萬元,經(jīng)濟效益明顯。
四、采用汽動引風機調節(jié)性能更優(yōu)帶來的節(jié)電收益分析
經(jīng)咨詢風機廠家,采用動調風機+定速電機與靜調風機+小汽機,在不同運行工況的效率如下,相應計算各工況節(jié)電量及總節(jié)電量。
可以看出,在變負荷工況下,采用變速電機可以顯著提高風機效率,降低功耗,為電廠節(jié)能。
假定該電廠機組年運行小時7500h,利用5500h,則單臺引風機采用汽輪機驅動后可節(jié)電量182萬kWh,以以標煤耗270g/kWh折算,折合約標煤491.4t,全廠可節(jié)約標煤1965.6t,按標煤價格1050元/t計算,則每年可節(jié)約燃煤費用206.4萬元。endprint