汽電雙驅(qū)引風(fēng)機(jī)設(shè)備特點(diǎn)及經(jīng)濟(jì)性探討

孟金國(guó)

（晉控電力山西長(zhǎng)治發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 長(zhǎng)治 046000）

1 汽電雙驅(qū)引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)設(shè)備

某電廠(chǎng)每臺(tái)機(jī)組配置2臺(tái)50%鍋爐最大連續(xù)出力容量的汽電雙驅(qū)引風(fēng)機(jī)及凝汽器，2臺(tái)異步電動(dòng)/發(fā)電機(jī)及傳動(dòng)連接部件。汽電雙驅(qū)引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)由背壓式汽輪機(jī)、定速比齒輪箱、異步電動(dòng)機(jī)、動(dòng)葉調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)組成，定速比齒輪箱設(shè)置有離合器功能，異步電動(dòng)機(jī)與動(dòng)葉調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)同軸連接，定速比齒輪箱與異步電動(dòng)機(jī)同軸連接，背壓式汽輪機(jī)與定速比齒輪箱同軸連接。具體情況如圖1所示。

圖1 汽電雙驅(qū)引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)組成及連接圖

背壓式汽輪機(jī)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“小汽機(jī)”）設(shè)置獨(dú)立的油系統(tǒng)，不僅為各軸承及齒輪箱提供合格的潤(rùn)滑油，而且為小汽機(jī)調(diào)節(jié)及保安系統(tǒng)提供合格的調(diào)節(jié)油。小汽機(jī)運(yùn)行期間盡量處于閥門(mén)控制模式運(yùn)行（在滿(mǎn)足冷凝流量的條件下），一般不投自動(dòng)控制模式。小汽機(jī)設(shè)置獨(dú)立的間接冷卻循環(huán)水系統(tǒng)、凝結(jié)水系統(tǒng)、軸封系統(tǒng)、真空系統(tǒng)，汽源分別為四抽和輔汽，并采用外切換方式。小汽機(jī)排汽采用上排汽，排入自帶的凝汽器，凝結(jié)水經(jīng)自帶的小汽機(jī)凝泵升壓后外排或回收至主機(jī)排氣裝置。每臺(tái)機(jī)的2臺(tái)小汽機(jī)的排汽進(jìn)入凝汽器由循環(huán)水進(jìn)行冷卻，升溫后的循環(huán)熱水進(jìn)入本機(jī)的間冷塔冷卻，熱量排放到大氣，冷卻后的循環(huán)水再返回小汽機(jī)凝汽器冷卻小汽機(jī)排汽。間冷塔內(nèi)引風(fēng)機(jī)的冷卻扇段與給水泵小汽機(jī)的冷卻扇段交替或間隔布置，2臺(tái)機(jī)共設(shè)2座間冷塔，3臺(tái)小汽機(jī)循環(huán)水泵為擴(kuò)大單元制，互為備用。

2 汽電雙驅(qū)引風(fēng)機(jī)運(yùn)行控制方法

2.1 純電機(jī)驅(qū)動(dòng)運(yùn)行方式

圖2為純電機(jī)驅(qū)動(dòng)引風(fēng)機(jī)控制方式，定速比齒輪箱的離合器處于脫開(kāi)狀態(tài)，背壓式汽輪機(jī)與動(dòng)葉調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)脫開(kāi)，異步電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)使動(dòng)葉調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)。

圖2 純電機(jī)驅(qū)動(dòng)引風(fēng)機(jī)控制方式

2.2 汽電混驅(qū)運(yùn)行方式

圖3為汽電混驅(qū)引風(fēng)機(jī)控制方式。當(dāng)機(jī)組運(yùn)行至最低穩(wěn)燃負(fù)荷以上，汽源參數(shù)滿(mǎn)足沖轉(zhuǎn)條件時(shí)，小汽機(jī)掛閘，投入轉(zhuǎn)速閉環(huán)自動(dòng)控制模式，通過(guò)控制小汽機(jī)進(jìn)汽調(diào)閥改變進(jìn)汽流量，實(shí)現(xiàn)小汽機(jī)轉(zhuǎn)速控制，經(jīng)過(guò)暖機(jī)過(guò)程后，控制小汽機(jī)轉(zhuǎn)速升至與異步電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速，升速過(guò)程中小汽機(jī)通過(guò)定速比齒輪箱的離合器接入系統(tǒng)，使小汽機(jī)與異步電動(dòng)機(jī)、動(dòng)葉調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)并軸運(yùn)行[1]。

圖3 汽電混驅(qū)引風(fēng)機(jī)控制方式

2.3 汽驅(qū)發(fā)電運(yùn)行方式

小汽機(jī)與異步電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速，小汽機(jī)控制由轉(zhuǎn)速閉環(huán)自動(dòng)控制模式切換為閥門(mén)開(kāi)環(huán)手動(dòng)控制模式，使小汽機(jī)進(jìn)入閥控模式，可由用戶(hù)調(diào)節(jié)進(jìn)氣量。小汽機(jī)滑壓運(yùn)行，異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)化為發(fā)電機(jī)形式運(yùn)行，使同軸系統(tǒng)中小汽機(jī)驅(qū)使動(dòng)葉調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)運(yùn)行。

3 汽電雙驅(qū)引風(fēng)機(jī)相關(guān)邏輯保護(hù)

由于汽電雙驅(qū)引風(fēng)機(jī)除了傳統(tǒng)的風(fēng)機(jī)、電機(jī)、油系統(tǒng)外，還有配套的小汽機(jī)及其附屬設(shè)備，系統(tǒng)比較龐大，所以可靠性相比傳統(tǒng)的引風(fēng)機(jī)要低。因此，汽電雙驅(qū)引風(fēng)機(jī)的系統(tǒng)邏輯保護(hù)設(shè)定關(guān)系到整個(gè)機(jī)組的運(yùn)行可靠性[2]。在本項(xiàng)目中，風(fēng)機(jī)和電機(jī)的保護(hù)可按照傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)保護(hù)的邏輯來(lái)設(shè)置，電動(dòng)機(jī)跳閘觸發(fā)引風(fēng)機(jī)跳閘故障減負(fù)荷RB（run back）并且聯(lián)動(dòng)小汽機(jī)跳閘。但在小汽機(jī)跳閘時(shí)，在一定的負(fù)荷范圍內(nèi)可以不聯(lián)跳電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)帶引風(fēng)機(jī)運(yùn)行。

3.1 引風(fēng)機(jī)及電機(jī)的保護(hù)

引風(fēng)機(jī)及電機(jī)保護(hù)跟傳統(tǒng)機(jī)組一致，主要包括引風(fēng)機(jī)附屬油系統(tǒng)的油壓、油量保護(hù)，風(fēng)機(jī)及電機(jī)的驅(qū)動(dòng)端和非驅(qū)動(dòng)端的軸承溫度保護(hù)，電機(jī)線(xiàn)圈溫度保護(hù)，風(fēng)機(jī)振動(dòng)、電機(jī)振動(dòng)及失速保護(hù)，單側(cè)空預(yù)器跳閘，雙側(cè)引風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)單側(cè)送風(fēng)機(jī)跳閘，爐膛負(fù)壓低三值及出入口門(mén)的相關(guān)聯(lián)鎖。引風(fēng)機(jī)及電機(jī)相關(guān)保護(hù)動(dòng)作后，引風(fēng)機(jī)RB觸發(fā)，同時(shí)聯(lián)鎖跳閘小汽機(jī)及附屬設(shè)備。

3.2 小汽機(jī)的保護(hù)

小汽機(jī)屬于獨(dú)立的一套系統(tǒng)，有獨(dú)立的附屬設(shè)備，其邏輯保護(hù)應(yīng)包括自帶的小汽機(jī)電液控制系統(tǒng)MEH（micro-electro-hydraulic control system）保護(hù)及分布式控制系統(tǒng)DCS（distributed control system）優(yōu)化的邏輯保護(hù)。

小汽機(jī)MEH自帶保護(hù)主要包括以下幾方面：?jiǎn)?dòng)故障保護(hù)（小汽機(jī)閥位指令大于20%且轉(zhuǎn)速低于500 r/min），轉(zhuǎn)速偏差大保護(hù)（給定轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速偏差大于1 000 r/min），轉(zhuǎn)速故障保護(hù)（調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速1、2、3中有壞點(diǎn)（3取2）），MEH小汽機(jī)超速停機(jī)保護(hù)。

DCS優(yōu)化的邏輯保護(hù)主要包括以下幾方面：小汽機(jī)軸瓦及齒輪箱軸瓦軸溫及振動(dòng)保護(hù)，小汽機(jī)潤(rùn)滑油壓保護(hù)，軸位移大保護(hù)，排氣壓力高保護(hù)，熱井水位高保護(hù)。

3.3 小汽機(jī)跳閘后的邏輯

在本項(xiàng)目中，引風(fēng)機(jī)電機(jī)額定電流574 A，電機(jī)功率5 000 kW，純電機(jī)運(yùn)行不能滿(mǎn)足滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行要求，單臺(tái)引風(fēng)機(jī)純電運(yùn)行能帶450 MW不超出力，2臺(tái)引風(fēng)機(jī)能帶900 MW不超出力。因此，當(dāng)負(fù)荷在900 MW以上時(shí)，為保證機(jī)組安全運(yùn)行，小汽機(jī)跳閘邏輯設(shè)計(jì)為當(dāng)1臺(tái)或2臺(tái)小汽機(jī)跳閘后，不連跳電機(jī)開(kāi)關(guān)，而是聯(lián)鎖跳閘高層的F磨煤機(jī)或E磨煤機(jī)，觸發(fā)磨煤機(jī)RB來(lái)降低負(fù)荷到當(dāng)前的煤量所對(duì)應(yīng)的負(fù)荷值，保證2臺(tái)引風(fēng)機(jī)均不超出力，保證機(jī)組安全運(yùn)行。

4 汽電雙驅(qū)引風(fēng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性探討

汽電雙驅(qū)引風(fēng)機(jī)相比于傳統(tǒng)引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)既復(fù)雜又龐大，不僅增加了小汽機(jī)及其輔助系統(tǒng)，還增加了變速離合器，因而汽電雙驅(qū)引風(fēng)機(jī)的初期投資較傳統(tǒng)引風(fēng)機(jī)要大很多。另外，汽電雙驅(qū)引風(fēng)機(jī)由電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)，通過(guò)可離合定速比齒輪箱無(wú)擾接入小汽機(jī)后，由小汽機(jī)動(dòng)能直接驅(qū)動(dòng)引風(fēng)機(jī)，節(jié)省了廠(chǎng)用電，而且運(yùn)行時(shí)小汽機(jī)調(diào)閥始終保持全開(kāi)，減小了節(jié)流損失，維持了較高的效率，同時(shí)富裕動(dòng)能還可以帶動(dòng)電機(jī)超過(guò)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(guò)6 kV工作母線(xiàn)傳輸給廠(chǎng)內(nèi)其他用電負(fù)荷，大大降低了廠(chǎng)用電率[3-4]。1號(hào)機(jī)組汽電雙驅(qū)引風(fēng)機(jī)在沖車(chē)試驗(yàn)及不同負(fù)荷時(shí)電機(jī)驅(qū)動(dòng)與汽電雙驅(qū)的參數(shù)對(duì)比如表1所示。

表1 1號(hào)機(jī)引風(fēng)機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)與汽電雙驅(qū)參數(shù)對(duì)比

當(dāng)小汽機(jī)綜合閥位升到15%、并且轉(zhuǎn)速升至5 212 r/min時(shí)，離合器開(kāi)始嚙合，此時(shí)小汽機(jī)DEH自動(dòng)切為閥控運(yùn)行模式，隨后通過(guò)手動(dòng)開(kāi)小汽機(jī)閥位，引風(fēng)機(jī)電流逐漸減?。ㄓ捎诩夹g(shù)原因，引風(fēng)機(jī)電流顯示最低值為130 A左右），繼續(xù)加大閥位，引風(fēng)機(jī)電機(jī)綜保顯示功率開(kāi)始變負(fù)值，廠(chǎng)用變壓器A分支電流及廠(chǎng)用變壓器高壓側(cè)有功功率均持續(xù)下降。通過(guò)表1可以看出，在不同工況下，引風(fēng)機(jī)汽電雙驅(qū)運(yùn)行方式可以大大降低引風(fēng)機(jī)電流及廠(chǎng)用電率，這種汽電互補(bǔ)方式是該方案的最大亮點(diǎn)，大大減少了小汽機(jī)調(diào)氣門(mén)的節(jié)流損耗，節(jié)能降耗效果非常顯著。經(jīng)測(cè)算，該方案可降低廠(chǎng)用電率10%～20%。隨著配套設(shè)施的成熟、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的積累，在電力市場(chǎng)超低排放要求越來(lái)越高、節(jié)能環(huán)保限制越來(lái)越嚴(yán)的形勢(shì)下，其市場(chǎng)示范意義尤為重大。