郭兆君，付祥衛(wèi)，方 琪

（中國電力工程顧問集團東北電力設(shè)計院有限公司，長春 130021）

為滿足我國經(jīng)濟發(fā)展以及環(huán)境保護方面愈加嚴格的要求，新建火力發(fā)電廠燃煤機組均同步安裝脫硫裝置，且取消脫硫旁路煙道，采用引風(fēng)機和增壓風(fēng)機合并設(shè)置方案。合并后的引風(fēng)機所消耗的軸功率較高，約占機組銘牌功率的1.0%以上。如果采用電動機驅(qū)動，系統(tǒng)比較簡單成熟，但會帶來廠用電率增加、啟動電流過大等問題；如果采用汽輪機驅(qū)動，可明顯降低廠用電消耗，但又存在初投資相對較高、系統(tǒng)運行維護復(fù)雜、機組熱耗升高等弊端。下面針對某2×660 MW 超超臨界機組擴建工程的雙列布置引風(fēng)機不同驅(qū)動方式進行技術(shù)經(jīng)濟比較、分析。

1 引風(fēng)機驅(qū)動方式概述

1.1 電動機驅(qū)動

引風(fēng)機采用電動機驅(qū)動屬于成熟設(shè)計，廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外各電廠。按照電動機的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方式，分為定速電動機和配置變頻器的調(diào)速電動機。

1.2 汽輪機驅(qū)動

1.2.1 采用汽輪機驅(qū)動的可行性

近年來，隨著機組容量的不斷加大，并且引風(fēng)機與脫硫增壓風(fēng)機合并設(shè)置成為主流技術(shù)方案，引風(fēng)機的功率也在不斷增加，成為電廠內(nèi)耗能較高的輔機。根據(jù)我國目前的電網(wǎng)調(diào)度方式和電廠技術(shù)指標(biāo)考核方式，各發(fā)電企業(yè)都在努力降低廠用電率，提高上網(wǎng)電量，因此，都在探討各新建電廠和老廠改造項目采用汽輪機驅(qū)動引風(fēng)機的可行性和技術(shù)經(jīng)濟性。根據(jù)近些年的實踐經(jīng)驗，用汽輪機驅(qū)動引風(fēng)機已經(jīng)沒有技術(shù)障礙，并且在適宜的外部條件下，其經(jīng)濟性也比較可觀。

1.2.2 系統(tǒng)設(shè)計分析

汽輪機驅(qū)動引風(fēng)機的汽源方案有2種選擇：一種是汽源采用主機的高壓缸排汽，即背壓式小汽機方案；另一種是汽源采用主機的四段抽汽，即凝汽式小汽機方案。引風(fēng)機采用小汽機驅(qū)動可以有如下3種方案，其相關(guān)熱力系統(tǒng)簡述如下。

a.背壓式小汽機排汽至除氧器方案。引風(fēng)機小汽機為背壓式，正常運行汽源均來自主機的高壓缸排汽，小汽機排汽至除氧器。機組啟動、低負荷運行及主汽輪機跳閘期間汽源來自全廠輔汽系統(tǒng)，小汽機排汽經(jīng)減溫減壓后排至主機凝汽器或鍋爐啟動疏水?dāng)U容器排汽管。

采用該方案，為保證小汽輪機有足夠的排汽壓力，小汽機的級數(shù)較少，用汽量較大（約為凝汽式小汽機的2倍）。為防止除氧器汽化，主機至除氧器的四段抽汽量必須減小，最終四段抽汽量遠小于小汽機排汽量，除氧器的壓力已不能隨主機四抽的壓力進行滑壓運行，而是隨引風(fēng)機小汽機的排汽壓力運行。雖然可以靠小汽機排汽管上的調(diào)節(jié)閥來控制小汽機排汽進除氧器的壓力，以實現(xiàn)與主機四段抽汽壓力的匹配，但同時又影響到了小汽機本身的進汽量和轉(zhuǎn)速，熱力系統(tǒng)的匹配和調(diào)節(jié)變得相當(dāng)繁瑣、操控性變差；若分流至凝汽器，則有部分排汽的冷端損失沒有被回?zé)嵯到y(tǒng)利用，經(jīng)濟性變差。

b.背壓式小汽機排汽至中壓缸排汽管方案。引風(fēng)機小汽機為背壓式，正常運行汽源均來自主機的高壓缸排汽，小汽機排汽至主機中壓缸到低壓缸的排汽管。機組啟動、低負荷運行及主汽輪機跳閘期間汽源來自全廠輔汽系統(tǒng)，小汽機排汽經(jīng)減溫減壓后排至主機凝汽器或鍋爐啟動疏水?dāng)U容器排汽管。

采用該方案，背壓機的級數(shù)增加，進汽量相對減少，主機中壓缸到低壓缸的排汽管的排汽量約為小機排汽量的15倍，其受小汽機排汽參數(shù)和流量的影響較小。小汽機的背壓則基本由主機中壓缸排汽管的壓力來確定，小汽機排汽管上無須設(shè)置調(diào)節(jié)閥來控制排汽的壓力，負荷直接由進汽調(diào)閥控制，控制系統(tǒng)變得簡單，易操作。對于主機的整個回?zé)嵯到y(tǒng)，相當(dāng)于從高壓缸排汽分流了約5%的蒸汽去驅(qū)動引風(fēng)機小汽機，再將小汽機排汽與主機中壓缸排汽匯合，進入主機低壓缸，對主機的整個回?zé)嵯到y(tǒng)（包括除氧器）有少量的影響。

c.凝汽式方案。引風(fēng)機小汽機及給水泵小汽機均為凝汽式，正常運行汽源均來自主機的四段抽汽，低負荷運行汽源均來自主機的冷再熱蒸汽。給水泵距主汽輪機較近，小汽機直接排汽至主機凝汽器；引風(fēng)機距主汽輪機較遠，小汽機排汽至自帶的小凝汽器，經(jīng)小機凝結(jié)水泵將凝結(jié)水打入主機凝汽器。

在灌注混凝土的過程中，要在完成二次清孔作業(yè)以后的半小時之內(nèi)開展。如果超出時間限制，就必須要對孔底沉渣厚度進行重復(fù)檢測，在各項指標(biāo)都合格的情況下，才能夠開展混凝土的灌注作業(yè)。

采用該方案，系統(tǒng)相對較獨立，受主汽輪機熱力系統(tǒng)的影響較小；小汽機本體的疏水和汽封漏汽凝結(jié)水可直接回收至小機凝汽器，但增加了小機凝結(jié)水泵、小機真空泵以及循環(huán)水泵的耗電量。

2 引風(fēng)機配置方案組合

2.1 引風(fēng)機類型選擇

所依托工程的設(shè)計煤種為淮南煤，校核煤種為混煤。由于該工程引風(fēng)機考核工況TB點揚程已超過10kPa，靜調(diào)風(fēng)機的壓頭無法滿足此參數(shù)的要求，經(jīng)與廠家協(xié)調(diào)，引風(fēng)機可采用雙級動葉可調(diào)軸流風(fēng)機。同時根據(jù)動葉可調(diào)軸流風(fēng)機結(jié)構(gòu)及調(diào)節(jié)特性，采用汽輪機驅(qū)動不能做到全負荷無極變速調(diào)節(jié)，小汽機只能控制在3個轉(zhuǎn)速運行調(diào)節(jié)，即鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量BMCR 點轉(zhuǎn)速為990r/min，75%BMCR 點轉(zhuǎn)速為740r/min，50%BMCR 點轉(zhuǎn)速為500 r/mim，在小汽機的3個轉(zhuǎn)速的區(qū)間，采用風(fēng)機動葉調(diào)節(jié)細調(diào)。

2.2 引風(fēng)機配置方案組合

綜合前面的論述，按“風(fēng)機類型＋驅(qū)動裝置類型”組合，形成4種引風(fēng)機配置方案：方案1，動調(diào)風(fēng)機＋定速電動機驅(qū)動；方案2，動調(diào)風(fēng)機＋凝汽式小汽機驅(qū)動；方案3，動調(diào)風(fēng)機＋背壓式小汽機驅(qū)動（排汽至主機中壓缸排汽管道）；方案4，動調(diào)風(fēng)機＋背壓式小汽機驅(qū)動（排汽至除氧器）。

3 引風(fēng)機參數(shù)選擇

3.1 電動引風(fēng)機參數(shù)

由于該工程為擴建工程，發(fā)電設(shè)備年利用時間按一期工程近5年平均數(shù)計算，為5 345h。引風(fēng)機采用雙列布置，其選型參數(shù)見表1，其中THA 工況為熱耗考核工況。

表1 單臺動調(diào)引風(fēng)機選型參數(shù)

3.2 凝汽式小汽機參數(shù)

采用動調(diào)風(fēng)機和凝汽式小汽機的配置方案，單臺凝汽小汽機的相關(guān)參數(shù)見表2。

3.3 背壓式小汽機參數(shù)

a.采用動調(diào)風(fēng)機和背壓式小汽機的配置方案，小汽機排汽至中壓缸排汽管道。單臺背壓小汽機的相關(guān)參數(shù)見表3。

b.采用動調(diào)風(fēng)機和背壓式小汽機的配置方案，小汽機排汽排至除氧器，單臺背壓小汽機的相關(guān)參數(shù)見表4。

表2 單臺凝汽式小汽機的相關(guān)參數(shù)

表3 單臺背壓式小汽機排汽至中壓缸排汽管道的相關(guān)參數(shù)

表4 單臺背壓式小汽機排汽排至除氧器的相關(guān)參數(shù)

4 技術(shù)經(jīng)濟比較

技術(shù)經(jīng)濟的比較采用電力行業(yè)認可的最小年費法。年費用是計及資金時間價值的動態(tài)理論，用一個固定費用率f將投資、折舊、利息、稅金、管理（人員工資和待遇）、保險等費用，平均分攤到電廠投產(chǎn)后至還貸折舊完畢期間的每一年之中，并加上年運行費用。其表達式為：

FN＝f×FZ0＋FU0

式中：FN為年費用；f＝0.17；FZ0為設(shè)備投資；FU0為運行費用。

為了方便計算，把大修費、管理費等折算入f之中，經(jīng)濟比較時，按成本電價比較。3種方案的主要技術(shù)經(jīng)濟對比見表5，電價按不含稅成本電價0.28元/（kW·h）計算，上網(wǎng)電價按0.366 5 元/（kW·h）計算，不含稅標(biāo)煤價按683.76元/t計算。

由于機組在全年的運行負荷是變化的，為了使技術(shù)經(jīng)濟比較更具有說服力，供電煤耗采用100%THA、75%THA、50%THA 工況下的供電煤耗的加權(quán)平均值。從表5可以看出，方案1在發(fā)電煤耗和供電煤耗方面均為最低，是最節(jié)能的方案。方案2和方案3供電煤耗高于方案1的原因，主要有以下幾點。

a.蒸汽及凝結(jié)水長距離輸送過程會造成熱量損失。從汽輪機抽汽口到電除塵器后的引風(fēng)機，蒸汽管道壓降約10%，溫降約5℃，蒸汽焓值損失約0.3%。

b.小汽機轉(zhuǎn)速一般在3 000r/min 以上，其與引風(fēng)機之間需要通過齒輪箱進行降速并傳遞功率，降速及能量傳遞過程亦會造成能量的損失。本次計算傳遞效率按98%計算。

c.凝汽式小汽機本身的絕對效率較主汽輪機要低，背壓式比凝汽式的小汽機的效率還要低。

d.凝汽式小汽機消耗一定量的汽輪機抽汽，在汽輪機進汽量不變的情況下，發(fā)電功率下降，造成主機熱耗升高，經(jīng)計算100%THA 工況熱耗增加約1.65%。

e.背壓式小汽機消耗一定量的冷段蒸汽。對于沒有熱用戶的機組，背壓機排汽不能用于供熱而排到回?zé)嵯到y(tǒng)，增加了機組的熱耗，經(jīng)計算100%THA 工況熱耗增加約3.57%。

5 結(jié)論

通過對3種方案的技術(shù)經(jīng)濟性對比，在發(fā)電煤耗和供電煤耗方面，定速電動機驅(qū)動的動調(diào)引風(fēng)機方案要比其他兩個方案都低，是最節(jié)能的、因此推薦采用的動調(diào)引風(fēng)機方案。經(jīng)測算，當(dāng)標(biāo)煤價不變、上網(wǎng)電價降到0.312 3元/（kW·h）以下時，引風(fēng)機凝汽式小汽機驅(qū)動方案的年費用將高于電動方案；當(dāng)上網(wǎng)電價不變、標(biāo)煤價升到850 元/t以上時，引風(fēng)機凝汽式小汽機驅(qū)動方案的年費用也將高于電動方案。對于上網(wǎng)電價高、標(biāo)煤價低的電廠，采用汽動引風(fēng)機方案更經(jīng)濟；相反，對于上網(wǎng)電價低、標(biāo)煤價高的電廠，則更適合采用電動引風(fēng)機方案。

表5 3種方案的技術(shù)經(jīng)濟對比

綜上所述，對于一個電廠的雙列布置引風(fēng)機采用何種驅(qū)動方式需要對初投資、機組年設(shè)備利用時間、上網(wǎng)電價和標(biāo)準煤價等因素進行綜合考慮。更重要的一點是：引風(fēng)機驅(qū)動方式應(yīng)采用供電煤耗最低的方案，即便是年費用再低，如果其供電煤耗高，也不符合國家節(jié)能減排政策。