吳 斌

(江蘇省電力設(shè)計(jì)院，江蘇 南京 211102)

我國是目前世界上最大的煤炭生產(chǎn)國和消費(fèi)國，環(huán)境和資源壓力決定了節(jié)能減排將是我國長期的、基本的國策。各發(fā)電公司為了執(zhí)行國家政策、降低發(fā)電煤耗、提高經(jīng)濟(jì)效益，對火力發(fā)電系統(tǒng)和設(shè)備采取了大量的節(jié)能減排優(yōu)化措施。其中，改變引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，將引風(fēng)機(jī)由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)變?yōu)樾∑麢C(jī)驅(qū)動(dòng)，是目前少數(shù)電廠采取的優(yōu)化措施之一。引風(fēng)機(jī)采用小汽機(jī)驅(qū)動(dòng)后，將節(jié)省數(shù)量可觀的廠用電，增加電廠的對外售電量，無疑會(huì)提高電廠的售電收入。但本文的重點(diǎn)是以某1000MW工程為例，從能源轉(zhuǎn)換的角度，對引風(fēng)機(jī)各種不同的驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行定量的對比分析，得出各種驅(qū)動(dòng)方式的節(jié)能效果，供業(yè)內(nèi)參考。

1 引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式

目前電力行業(yè)的引風(fēng)機(jī)絕大多數(shù)采用傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式。近年來，少數(shù)電廠采取優(yōu)化措施，對1000MW等級的鍋爐引風(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。各廠采用的小汽機(jī)型式和系統(tǒng)又有所不同，有的采用純凝式汽輪機(jī)及其系統(tǒng)，如；華能海門電廠一期工程；有的采用背壓式汽輪機(jī)及其系統(tǒng)，如國電北侖三期改造工程。引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式主要有以下三種：

①電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)

②純凝式小汽機(jī)驅(qū)動(dòng)

③背壓式小汽機(jī)驅(qū)動(dòng)

下面以某1000MW工程為例，將電廠看成一個(gè)整體系統(tǒng)，把各種驅(qū)動(dòng)方式置于同等原始條件下比較，即各驅(qū)動(dòng)方式下全廠輸入能量相同，鍋爐蒸發(fā)量、汽機(jī)進(jìn)汽量都是相同的，比較全廠供電量的變化。對于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，計(jì)算出電動(dòng)機(jī)的耗電量即為機(jī)組供電量的損失；對于小汽機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，計(jì)算出因小汽機(jī)用汽而減少的機(jī)組發(fā)電出力，視為該方式的等效耗電功率，從而計(jì)算出機(jī)組供電量的損失。最后分析對比引風(fēng)機(jī)各種驅(qū)動(dòng)方式所需的耗電功率和節(jié)能效果。

2 參考工程概況

某工程新建2×1000MW超超臨界燃煤機(jī)組。鍋爐采用東方鍋爐股份有限公司生產(chǎn)的超超臨界參數(shù)、前后墻對沖燃燒、固態(tài)排渣、單爐膛、一次再熱、平衡通風(fēng)、П型布置直流鍋爐。汽機(jī)選用上海電氣集團(tuán)股份有限公司生產(chǎn)的超超臨界、一次再熱、單軸、四缸四排汽、雙背壓、凝汽式機(jī)組，型號為N1030-27/600/600。發(fā)電機(jī)為上海汽輪發(fā)電機(jī)有限公司設(shè)計(jì)制造的水氫氫冷卻、無刷勵(lì)磁汽輪發(fā)電機(jī)，效率98.98%。

機(jī)組運(yùn)行模式見表1。

表1 機(jī)組年運(yùn)行模式

機(jī)組缸效見表2。

表2 機(jī)組缸效

每臺(tái)鍋爐引風(fēng)機(jī)與脫硫增壓風(fēng)機(jī)合并設(shè)置，配兩臺(tái)50%容量的靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)。引風(fēng)機(jī)各工況的參數(shù)見表3。

表3 引風(fēng)機(jī)各工況參數(shù)表(設(shè)計(jì)煤種)

3 電動(dòng)引風(fēng)機(jī)耗能計(jì)算

根據(jù)引風(fēng)機(jī)各工況下軸功率、機(jī)械效率、電機(jī)效率可計(jì)算出風(fēng)機(jī)實(shí)際耗電量，也是機(jī)組損失的電出力和供電量，見表4。

表4 單臺(tái)電動(dòng)引風(fēng)機(jī)各工況耗電

表4續(xù)

4 純凝式汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)耗能計(jì)算

小汽機(jī)汽源來自主機(jī)四級抽汽，背壓5.7kPa。

引風(fēng)機(jī)采用小汽機(jī)驅(qū)動(dòng)后，相當(dāng)于全程調(diào)速，因此引風(fēng)機(jī)在部分負(fù)荷下仍能保持高效率運(yùn)行，節(jié)能效果顯著。根據(jù)風(fēng)機(jī)軸功率、機(jī)械效率、小汽機(jī)效率計(jì)算出小汽機(jī)進(jìn)汽量，進(jìn)一步計(jì)算出機(jī)組因抽汽供小汽機(jī)而減少的等效耗電功率和年等效耗電量，見表5。

表5 單臺(tái)純凝式汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)各工況耗能

5 背壓式汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)耗能計(jì)算

小汽機(jī)汽源來自主機(jī)高壓缸排汽，小汽機(jī)排汽排入除氧器加以利用。該方案節(jié)省了凝汽器及相應(yīng)配套設(shè)施，系統(tǒng)相對簡單。但由于抽取高壓缸排汽后，會(huì)影響到機(jī)組的回?zé)岷驮贌嵯到y(tǒng)，對鍋爐各受熱面的吸熱分配也產(chǎn)生影響，因此該方案要與主機(jī)廠配合實(shí)施，高排抽汽量不宜過大，對1000MW級機(jī)組，不宜超過150t/h。

同樣，根據(jù)風(fēng)機(jī)軸功率、機(jī)械效率、小汽機(jī)效率計(jì)算出小汽機(jī)進(jìn)汽量，進(jìn)一步計(jì)算出機(jī)組因抽汽供小汽機(jī)而減少的等效耗電功率和年等效耗電量，見表6。

表6 單臺(tái)背壓式汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)各工況耗能

6 引風(fēng)機(jī)不同驅(qū)動(dòng)方式能耗對比

通過上面的計(jì)算可知，在設(shè)定的年運(yùn)行模式下，背壓式汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)年等效耗電量最少，電動(dòng)引風(fēng)機(jī)和純凝式汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)耗電量相當(dāng)。

電動(dòng)引風(fēng)機(jī)的能源利用轉(zhuǎn)換流程為：蒸汽熱能→汽輪發(fā)電機(jī)組輸出電能→電動(dòng)機(jī)輸出動(dòng)能→驅(qū)動(dòng)引風(fēng)機(jī)。該方式優(yōu)點(diǎn)是汽輪發(fā)電機(jī)組、電動(dòng)機(jī)的能源轉(zhuǎn)換效率較高，缺點(diǎn)是定速引風(fēng)機(jī)在低負(fù)荷時(shí)的效率很低。

純凝式汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)能源利用轉(zhuǎn)換流程為：蒸汽熱能→小汽輪機(jī)輸出動(dòng)能→驅(qū)動(dòng)引風(fēng)機(jī)。該方式優(yōu)點(diǎn)是引風(fēng)機(jī)采用變速運(yùn)行，在低負(fù)荷時(shí)仍能保持很高效率，節(jié)能效果顯著。缺點(diǎn)是小汽輪機(jī)相對內(nèi)效率比主機(jī)低10%～20%，熱功轉(zhuǎn)換效率偏低。

背壓式汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)能源利用轉(zhuǎn)換流程為：①蒸汽熱能→小汽輪機(jī)輸出動(dòng)能→驅(qū)動(dòng)引風(fēng)機(jī)；②小機(jī)排汽熱能→除氧器加熱→排擠部分四級抽汽→汽輪發(fā)電機(jī)組輸出電能。該方式優(yōu)缺點(diǎn)同純凝式汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)，不同的是小汽機(jī)排汽較低品質(zhì)的蒸汽替換了較高品質(zhì)的蒸汽進(jìn)主機(jī)做功，使得該方式的綜合效率有了進(jìn)一步提高。

圖1 引風(fēng)機(jī)不同驅(qū)動(dòng)方式等效耗電功率對比圖

引風(fēng)機(jī)不同驅(qū)動(dòng)方式等效耗電功率對比見表7和圖1。

表7 引風(fēng)機(jī)不同驅(qū)動(dòng)方式等效耗電功率對比(單臺(tái)風(fēng)機(jī)/kW)

通過上面的圖表可知，三種驅(qū)動(dòng)方式中，背壓式汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)各工況等效耗電功率最低，是節(jié)能效果最好的一種節(jié)能方式。與純凝式小汽機(jī)相比，假設(shè)背壓式小汽機(jī)排汽進(jìn)入主機(jī)繼續(xù)作功，由于主機(jī)效率高、背壓低，因此這部分汽流比在純凝式小汽機(jī)中作功的冷源損失要低，效率顯然要高于純凝式小汽機(jī)驅(qū)動(dòng)方式(見圖1中的假想線)。如果利用背壓式小汽機(jī)排汽(THA工況：1.1825MPa，199.8℃)加熱除氧器，則可以排擠更高品質(zhì)的四級抽汽(1.075MPa，361.9℃)去主機(jī)作功，將進(jìn)一步提升節(jié)能效果(見圖1中的曲線3)，使得主機(jī)損失的軸功率比小汽機(jī)驅(qū)動(dòng)引風(fēng)機(jī)需要的軸功率還低，值得關(guān)注。

7 結(jié)論

(1)引風(fēng)機(jī)采用小汽機(jī)驅(qū)動(dòng)，節(jié)能主要體現(xiàn)在機(jī)組低負(fù)荷時(shí)，引風(fēng)機(jī)通過調(diào)速運(yùn)行，仍能保持很高的效率，節(jié)能效果顯著。

(2)引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式中，采用背壓式小汽機(jī)節(jié)能效果最好。

(3)THA工況下，電動(dòng)引風(fēng)機(jī)比純凝式汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)節(jié)能效果好；50%THA工況下，純凝汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)比電動(dòng)引風(fēng)機(jī)節(jié)能效果好。綜合分析，采用純凝式汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)節(jié)能效果并不顯著，如果機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷率水平較高，甚至不節(jié)能。

(4)從節(jié)能角度出發(fā)，應(yīng)優(yōu)先選擇背壓式汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)。選擇純凝式汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)方案時(shí)，要結(jié)合機(jī)組的負(fù)荷率水平進(jìn)行綜合分析后確定。

[1]馬曉瓏，劉超.超超臨界1000MW機(jī)組采用汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)引風(fēng)機(jī)的可行性[J].熱力發(fā)電，2010，39(8).

[2]馬曉瓏，等.汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)在超超臨界1000MW機(jī)組中的應(yīng)用[J].熱力發(fā)電，2011，40(6).

[3]范永春，吳阿峰.引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式選擇的經(jīng)濟(jì)性評價(jià)方法[J].電力建設(shè)，2010，31(1).

[4]馮庭有.對大容量引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式的分析.電站輔機(jī)，2010，31(4).

[5]齊玄，等.660MW超超臨界機(jī)組引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式的選擇[J].華電技術(shù)，2011，33(12).