馬永杰

(甘肅電投常樂電廠，甘肅 蘭州 730030)

1000MW機組引風(fēng)機驅(qū)動方式的選擇

馬永杰

(甘肅電投常樂電廠，甘肅 蘭州 730030)

介紹了3種引風(fēng)機驅(qū)動方式的特點，結(jié)合實例從投資、安全、經(jīng)濟運行及將來調(diào)度方式等方面對不同驅(qū)動方式進行綜合對比，通過詳實的數(shù)據(jù)比較，提出在當(dāng)前電網(wǎng)環(huán)境下，選擇能耗最低的電動加變頻驅(qū)動方式才更加具有競爭力。

電耗；引風(fēng)機；驅(qū)動方式；經(jīng)濟性

0 引言

1 000 MW機組中引風(fēng)機和脫硫增壓風(fēng)機的合并，使引風(fēng)機成為電廠負荷最大的轉(zhuǎn)動機械，從而帶來廠用電容量增加的問題。相對于傳統(tǒng)的電動機直接驅(qū)動，引風(fēng)機如果采用小汽輪機驅(qū)動，可降低廠用電容量和廠用電率；同時通過汽輪機驅(qū)動調(diào)速，可使風(fēng)機在低負荷下保持高效率運行；但投資較高，系統(tǒng)較復(fù)雜，操作維護量也較多。如果采用變頻方式驅(qū)動，相比電動機直接驅(qū)動可以降低約30 %的電耗，投資相對小汽輪機驅(qū)動略低，系統(tǒng)的復(fù)雜程度處于直接電動機驅(qū)動與小汽輪機驅(qū)動之間，對電廠經(jīng)濟性的改善并不明顯。因此，需要對引風(fēng)機驅(qū)動方式進行分析比較，并加以選擇。

1 引風(fēng)機驅(qū)動方式及其特點

1.1 電動機驅(qū)動

引風(fēng)機采用定速電動機驅(qū)動方式時，系統(tǒng)較為簡單，啟停及運行過程中的調(diào)節(jié)均可實現(xiàn)靈活平穩(wěn)的操作，綜合投資低，可靠性高。

1.2 電動機＋變頻器驅(qū)動

引風(fēng)機采用變頻電動機驅(qū)動方式時，雖比電動機直接驅(qū)動系統(tǒng)投資大，但在啟停及運行過程中的調(diào)節(jié)更加靈活、平穩(wěn)。隨著國內(nèi)變頻器廠家的增多，整體系統(tǒng)的價格有所降低，可靠性也大大提高。

1.3 小汽輪機驅(qū)動

引風(fēng)機采用小汽輪機驅(qū)動方式時，可以避免電動機啟動時電流對廠用電系統(tǒng)的沖擊，降低廠用電率，提高電廠的運行指標，并且通過變速調(diào)節(jié)使引風(fēng)機在低負荷下可以保持較高的效率。小汽輪機驅(qū)動分為背壓式和凝汽式2種。

(1) 小汽輪機(背壓式)從再熱器冷端或低溫再熱器和高溫再熱器之間的聯(lián)通管抽取蒸汽作為汽源。為了獲取足夠的排汽壓力，小汽輪機(背壓式)的級數(shù)一般較少，用汽量較大，因此會對再熱器的流量產(chǎn)生較大影響，使再熱器存在超溫危險，需對再熱器相關(guān)系統(tǒng)進行詳細的設(shè)計調(diào)整，增加了設(shè)備設(shè)計和制造成本。

為了提高經(jīng)濟性，最好將小汽輪機(背壓式)的排汽作為穩(wěn)定熱源向外供熱。若沒有熱源用戶，可將排汽引至除氧器或者低壓缸入口管，或者設(shè)置專門加熱器來加熱凝結(jié)水。

(2) 小汽輪機(凝汽式)可選擇主機四段抽汽或再熱器冷端抽汽作為汽源。對于將主機四段抽汽作為汽源、排汽進入小汽輪機凝汽器的方案，其可利用焓降高、熱效率高，系統(tǒng)更為獨立，運行可靠性較高；對于將再熱器冷端抽汽作為汽源的方案，因蒸汽未經(jīng)過鍋爐再熱過程，過熱度偏低，小汽輪機通流部分會過早進入濕蒸汽區(qū)，水流沖擊較大，大部分動靜葉均需經(jīng)過抗水蝕處理，這將大幅增加成本，經(jīng)濟性相對較差。

引風(fēng)機若采用小汽輪機驅(qū)動，需要配備循環(huán)冷卻水、凝汽器抽真空系統(tǒng)、小汽輪機進汽系統(tǒng)、凝結(jié)水回收系統(tǒng)、小汽輪機軸封系統(tǒng)、小汽輪機潤滑油系統(tǒng)等。需增加的設(shè)備有小汽輪機、凝汽器、凝結(jié)水泵、真空泵、汽封冷卻器、潤滑油供油裝置等。凝汽器冷卻水由主廠房循環(huán)水系統(tǒng)的循環(huán)水泵提供，進水取自主循環(huán)水供水母管。每臺小汽輪機需設(shè)置2臺凝結(jié)水泵(1運1備)，引風(fēng)機組凝結(jié)水管道通過凝結(jié)水泵升壓后接入主機凝汽器回收。

1.4 動葉可調(diào)式和靜葉可調(diào)式軸流風(fēng)機特點

引風(fēng)機采用動葉可調(diào)式或靜葉可調(diào)式軸流風(fēng)機均可。由于動葉可調(diào)式軸流風(fēng)機臨界轉(zhuǎn)速較低，葉片窄而長，其固有頻率偏低且需要避開的頻率密集，對速度調(diào)節(jié)相當(dāng)敏感，不宜采用變速方式。靜葉可調(diào)式軸流風(fēng)機臨界轉(zhuǎn)速較高，葉片寬而短，其固有頻率遠高于設(shè)計轉(zhuǎn)速，對速度調(diào)節(jié)的適應(yīng)性好。

2 不同引風(fēng)機配置方案的比較和分析

1 000 MW火電機組引風(fēng)機驅(qū)動有電動機驅(qū)動方案(2×50 %動調(diào)＋電機定速驅(qū)動)，小汽輪機驅(qū)動方案(2×50 %靜調(diào)＋30 %啟動電驅(qū)風(fēng)機)，電動機驅(qū)動＋變頻器驅(qū)動方案(2×50 %靜調(diào)＋變頻器)3種。以下對各驅(qū)動方案的經(jīng)濟指標進行比較。

2.1 初期基本投資比較

小汽輪機驅(qū)動較常規(guī)電動驅(qū)動增加了小汽輪機及凝汽器、供汽系統(tǒng)、凝結(jié)水系統(tǒng)、啟動電驅(qū)引風(fēng)機等，減少了主風(fēng)機電機及相應(yīng)電氣設(shè)備。采用小汽輪機驅(qū)動僅其配套系統(tǒng)增加的儀表、儀表閥門、各種類型電纜、電纜橋架、電纜保護管以及DCS，I/O點等費用約合110萬元。采用電動機驅(qū)動的相應(yīng)控制費用約為10萬元；小汽輪機驅(qū)動方案在熱工控制方面的投資需增加約100萬元。4種驅(qū)動方案(小汽輪機驅(qū)動組分為2種)初投資比較如表1所示。

從表1看出：以電動機驅(qū)動為基準，電動機+變頻器驅(qū)動、小汽輪機驅(qū)動(凝汽式)、小汽輪機驅(qū)動(背壓式)投資分別增加990萬元、2 195萬元、1 400萬元。

2.2 采用不同驅(qū)動方案對廠用配電裝置投資分析

采用電動機定速驅(qū)動時，廠用電電壓為10 kV，開關(guān)柜短路水平為40 kA；采用小汽輪機驅(qū)動時，廠高變和備高變的容量均可以降低。電動機驅(qū)動增加了引風(fēng)機電機、10 kV開關(guān)柜和相應(yīng)動力電纜。不同驅(qū)動方案對廠用配電裝置的投資影響如表2所示。

從表2看出：采用小汽輪機驅(qū)動方式，配套配電裝置的投資將減少200萬元。

表1 4種驅(qū)動方案初投資比較表 萬元

表2 不同驅(qū)動方案對配套配電裝置投資比較 萬元

2.3 運行指標比較

(1) 電動機驅(qū)動與小汽輪機驅(qū)動運行經(jīng)濟指標比較如表3所示，采用不同驅(qū)動方案的燃料量成本對比如表4所示。

表3 主要運行經(jīng)濟指標

從表3看出：電動機+變頻器驅(qū)動方案在熱耗、供電標準煤耗等具有優(yōu)勢，小汽輪機驅(qū)動方案在廠用電率指標上有優(yōu)勢。電動機＋變頻器驅(qū)動方案供電煤耗最低，廠用電率略好于電動機直接驅(qū)動。電動機驅(qū)動相對于小汽輪機驅(qū)動方案供電煤耗低3—4 g/kWh。

表4 采用不同驅(qū)動方案燃料量成本對比

(2) 運行電耗指標比較(1臺機組，以電動機直接驅(qū)動為基準)如表5所示。

從表5看出：采用小汽輪機驅(qū)動每臺機組每年可多供電4.911×107kWh。

按電動機+變頻器驅(qū)動比電動機直接驅(qū)動節(jié)能30 %計算，每年可多供電1.555×107kWh。

2.4 總經(jīng)濟收益比較

總經(jīng)濟收益比較的前提條件為：

(1) 按發(fā)電機端的輸出功率進行調(diào)度；

(2) 上網(wǎng)電價0.293元/kWh。

4個不同驅(qū)動方案下總體收益(1臺機)比較如表6所示：電動機驅(qū)動方案初投資低，4種不同方式年供電收益差496—754萬元/年；小汽輪機驅(qū)動方案的全壽命經(jīng)濟收益和經(jīng)濟性均優(yōu)于電動機驅(qū)動方案。

表6中初投資每年分攤費用計算如下：

根據(jù)固定費率法，固定費率N=(1+I)n×I/ [(1+I)n-1]，若I=6.55 %為利率，n=15為貸款償還期，則N=0.106 7，計算出初投資每年分攤費用分別為：小汽輪機驅(qū)動(凝汽式)234.21萬元，小汽輪機驅(qū)動(背壓式)149.38萬元，電動機+變頻器驅(qū)動105.63萬元。

通過比較可知，采用電動機變頻器驅(qū)動初投年分攤費用最低，小汽輪機驅(qū)動(背壓式)次之，小汽輪機驅(qū)動(凝汽式)最高。

表5 各方案年經(jīng)濟運行電耗

表6 不同驅(qū)動方案下總體收益比較

3 結(jié)論

(1) 電動機驅(qū)動和小汽輪機驅(qū)動方案在技術(shù)上都可行，電動機驅(qū)動方案在綜合供電標準煤耗方面具有優(yōu)勢，而且系統(tǒng)簡單、運行可靠；小汽輪機驅(qū)動方案在廠用電方面具有優(yōu)勢，在目前電網(wǎng)發(fā)電功率調(diào)度模式下收益更高。如果采用關(guān)口電量調(diào)度，電動機驅(qū)動方案則經(jīng)濟性更優(yōu)。

(2) 在新的電改形勢下，電力已經(jīng)開始競價上網(wǎng)，加上電力富裕量大，發(fā)電企業(yè)的利潤空間變小，應(yīng)優(yōu)先考慮降低供電煤耗。

應(yīng)結(jié)合所處的環(huán)境、調(diào)度方式、煤價、上網(wǎng)電價以及負荷狀況等，綜合分析適合電廠的驅(qū)動模式，從而達到壽命期內(nèi)收益最大化。雖然小汽輪機驅(qū)動方案壽命期綜合收益最大，但是當(dāng)供電利潤降低時，假如調(diào)度采用關(guān)口功率調(diào)度模式，小汽輪機驅(qū)動引風(fēng)機增加的初投資回收年限會更長，壽命期內(nèi)綜合收益率將是最差的，同時也不符合國家節(jié)能減排的政策方針。

(3) 小汽輪機驅(qū)動方案在一定邊界條件和國家電網(wǎng)調(diào)度政策下可產(chǎn)生經(jīng)濟效益，另外，總體利用小時數(shù)偏低區(qū)域，采用一定的小汽輪機驅(qū)動引風(fēng)機技術(shù)從社會效益角度判斷不一定是有利的，并且僅在目前的電網(wǎng)調(diào)度機制下是有利的;從長遠看引風(fēng)機小汽輪機驅(qū)動方案對發(fā)電廠經(jīng)濟利益的影響還值得商榷。

通過上述論證對比和目前電網(wǎng)調(diào)度改革的形勢來看，選擇能耗最低的方式才更具有競爭力，引風(fēng)機驅(qū)動推薦電動機+變頻器驅(qū)動方式。

1 楊志春．引風(fēng)機電機線圈溫度高分析[J]．電力安全技術(shù)，2012，14(2)：60-61.

2 中國電力建設(shè)專家委員會．創(chuàng)建電力優(yōu)質(zhì)工程策劃與控制[M]．北京：中國電力出版社，2014.

3 張 浩．高壓大功率交流變頻調(diào)速技術(shù)[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2005.

4 范永春，吳阿峰．1 000 MW燃煤機組鍋爐汽動引風(fēng)機驅(qū)動汽源選擇[J]．中國電力，2011，44(12)：37-41.

5 曾壁群，姚友工，楊 博．汽輪機驅(qū)動引風(fēng)機技術(shù)的應(yīng)用[J]．電力設(shè)備，2012，26(1)：30-33.

2016-10-30。

馬永杰(1975—)，男，高級技師，主要從事火力發(fā)電廠運行管理及百萬機組的設(shè)備選型工作，email：317253568@qq.com。