高溫風(fēng)機(jī)的汽電雙拖動(dòng)技術(shù)研究

胡希栓，肖 陽

1 前言

國內(nèi)早期的水泥窯余熱發(fā)電站因技術(shù)條件、裝備水平、操作水平所限，裝機(jī)規(guī)模較低。以5 000t/d生產(chǎn)線為例，早期設(shè)計(jì)建設(shè)的余熱發(fā)電站的裝機(jī)規(guī)模一般為7.5MW。隨著水泥企業(yè)對(duì)余熱發(fā)電系統(tǒng)理解的加深，水泥窯結(jié)合余熱發(fā)電站的技術(shù)越來越成熟，現(xiàn)在設(shè)計(jì)建設(shè)的余熱發(fā)電站的規(guī)模一般為9MW。一些早期建成的、裝機(jī)容量較小的余熱發(fā)電站，因余熱鍋爐產(chǎn)汽量增大，就會(huì)發(fā)生汽輪發(fā)電機(jī)組超發(fā)的情況。該情況的出現(xiàn)是因?yàn)?，一方面汽輪發(fā)電機(jī)組長(zhǎng)期處于額定工況以上工作，給機(jī)組運(yùn)行帶來安全隱患；另一方面，為了保證汽輪發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行，不得不人為降低余熱鍋爐的產(chǎn)汽量，造成余熱資源的浪費(fèi)。為了解決這一問題，水泥企業(yè)可采用如下方案：（1）將原有裝機(jī)小的汽輪發(fā)電機(jī)組更換為裝機(jī)大的汽輪發(fā)電機(jī)組；（2）在保留原有汽輪發(fā)電機(jī)組的前提下，增加一臺(tái)小的汽輪發(fā)電機(jī)組，使余熱資源得到充分利用。以上兩種方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，本文在此不展開論述。

本文旨在介紹一種新的余熱利用技術(shù)——汽電雙拖動(dòng)高溫風(fēng)機(jī)技術(shù)。此技術(shù)一方面解決余熱鍋爐的多余蒸汽利用問題，另一方面蒸汽的熱能可直接轉(zhuǎn)化為拖動(dòng)高溫風(fēng)機(jī)的機(jī)械能，提高了能量轉(zhuǎn)化效率。從能源有效利用的角度分析，電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備經(jīng)過以下能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)：蒸汽—汽輪機(jī)—發(fā)電機(jī)—電力傳輸網(wǎng)絡(luò)—電動(dòng)機(jī)—轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備；汽輪機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備經(jīng)過以下能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)：蒸汽—汽輪機(jī)—轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備。兩相比較，汽輪機(jī)直接拖動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備減少了能量轉(zhuǎn)換的中間環(huán)節(jié)，其能源的有效利用率更高。高溫風(fēng)機(jī)的電機(jī)拖動(dòng)和汽輪機(jī)拖動(dòng)的自由轉(zhuǎn)換，不會(huì)影響水泥窯系統(tǒng)的正常生產(chǎn)，為有需要的水泥熟料生產(chǎn)企業(yè)提供了一種可選擇的技術(shù)方案，充分利用了系統(tǒng)多余蒸汽節(jié)電，實(shí)現(xiàn)了能量綜合利用，從而給企業(yè)帶來豐厚的經(jīng)濟(jì)效益。

2 汽電雙拖動(dòng)高溫風(fēng)機(jī)的技術(shù)路線

目前汽電雙拖動(dòng)高溫風(fēng)機(jī)主要有以下兩種技術(shù)形式：

方案一：汽輪機(jī)和電動(dòng)機(jī)同側(cè)拖動(dòng)高溫風(fēng)機(jī)；

方案二：汽輪機(jī)和電動(dòng)機(jī)對(duì)側(cè)拖動(dòng)高溫風(fēng)機(jī)。

2.1 各方案的配置及改造

2.1.1 方案一的配置和改造

方案一，拖動(dòng)機(jī)組主要由工業(yè)拖動(dòng)汽輪機(jī)、齒輪減速箱、變速離合器、電動(dòng)機(jī)、風(fēng)機(jī)等組成。按照實(shí)際情況，將高溫風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)改造成雙出軸形式，將汽輪機(jī)與電動(dòng)機(jī)布置在同側(cè)驅(qū)動(dòng)高溫風(fēng)機(jī)。其中，低速聯(lián)軸器為膜片聯(lián)軸器，3S離合器可以保證在汽輪機(jī)不做功的情況下，將其解列出系統(tǒng)，降低電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)負(fù)荷。

2.1.2 方案二的配置和改造

方案二，拖動(dòng)機(jī)組主要由工業(yè)拖動(dòng)汽輪機(jī)、齒輪減速箱、超越離合器、風(fēng)機(jī)、超越離合器、電機(jī)等組成。按照實(shí)際情況，將高溫風(fēng)機(jī)改造成雙出軸形式，將汽輪機(jī)與電動(dòng)機(jī)布置在風(fēng)機(jī)的兩側(cè)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備。其中，低速聯(lián)軸器為膜片聯(lián)軸器，風(fēng)機(jī)兩側(cè)均布置超越離合器，可以保證在汽輪機(jī)或電動(dòng)機(jī)不做功的情況下，將其解列出系統(tǒng)。

2.2 兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)比較（表1）

3 高溫風(fēng)機(jī)汽電雙拖動(dòng)的工作流程

表1 兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)比較

3.1 由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)切換至汽輪機(jī)拖動(dòng)的過程

（1）電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)運(yùn)行設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行，汽輪機(jī)暖機(jī)沖轉(zhuǎn)并具備啟動(dòng)條件，蒸汽參數(shù)滿足汽輪機(jī)帶負(fù)荷要求；

（2）汽輪機(jī)啟動(dòng)并逐步增加負(fù)荷，此時(shí)電動(dòng)機(jī)不做調(diào)整，高溫風(fēng)機(jī)由汽輪機(jī)和電動(dòng)機(jī)同時(shí)拖動(dòng)；

（3）增加汽輪機(jī)負(fù)荷至可以單獨(dú)拖動(dòng)運(yùn)行設(shè)備（此過程中電動(dòng)機(jī)電流逐步下降，由于異步電動(dòng)機(jī)與電網(wǎng)相聯(lián)，其轉(zhuǎn)速?zèng)Q定于電網(wǎng)頻率）；

（4）電動(dòng)機(jī)電流降至某一定值時(shí)，人工解列電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)切換至汽輪機(jī)拖動(dòng)。

3.2 由汽輪機(jī)拖動(dòng)切換至電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的過程

（1）與電網(wǎng)協(xié)調(diào)準(zhǔn)備完畢，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)（注意觀測(cè)此時(shí)電流，此時(shí)電動(dòng)機(jī)和汽輪機(jī)同時(shí)拖動(dòng)）；

（2）緩慢降低汽輪機(jī)負(fù)荷至汽輪機(jī)完全脫開。

3.3 自動(dòng)控制部分

（1）汽輪機(jī)ETS功能在高溫風(fēng)機(jī)的PLC系統(tǒng)完成；

（2）汽輪機(jī)505系統(tǒng)裝于PLC柜上，注意PLC柜的散熱能力；

（3）運(yùn)行設(shè)備控制室操作臺(tái)上安裝停機(jī)按鈕；

（4）兩個(gè)停機(jī)按鈕分別用于緊急停汽輪機(jī)或電動(dòng)機(jī)，另一個(gè)按鈕用于緊急啟動(dòng)直流油泵。

表2 汽力拖動(dòng)投運(yùn)前（2016年8月）電耗統(tǒng)計(jì)表

表3 汽力拖動(dòng)投運(yùn)后（2017年8月）電耗統(tǒng)計(jì)表

3.4 汽輪機(jī)和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)

汽輪機(jī)拖動(dòng)風(fēng)機(jī)時(shí)，根據(jù)生產(chǎn)線DCS提供的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速給定值，通過汽輪機(jī)505系統(tǒng)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)而保證風(fēng)機(jī)入口負(fù)壓的穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行；電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)風(fēng)機(jī)時(shí)，根據(jù)生產(chǎn)線DCS提供的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速給定值，通過變頻器調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速，進(jìn)而保證設(shè)備入口負(fù)壓的穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3.5 富余蒸汽量的利用

蒸汽量富余時(shí)，如果余熱鍋爐所產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)，拖動(dòng)高溫風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行的情況下，仍有一定量的富余蒸汽，則這部分富余的蒸汽可以進(jìn)入原余熱電站汽輪發(fā)電機(jī)，使其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?/p>

4 意義及前景

從表2、表3可以看出，在不考慮線損等因素下，電耗降低10.76kWh/t熟料，按照日產(chǎn)熟料5 700t計(jì)算，日節(jié)電量61 000kWh左右，減掉余熱鍋爐、循環(huán)水等輔助設(shè)施用電量，日節(jié)電56 000kWh。當(dāng)量法計(jì)算折合標(biāo)準(zhǔn)煤約6.89t/d，減少溫室氣體CO2、NOX等排放約17.17t/d，節(jié)約電費(fèi)2.91萬元/d，噸熟料生產(chǎn)成本降低約5元。無論是從節(jié)能減排保護(hù)環(huán)境，還是公司運(yùn)營“增節(jié)降”方面來說，意義都非常大?！?/p>