董志強(qiáng)

摘 要： 本文分析了給水泵汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)引風(fēng)機(jī)技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面的內(nèi)容，介紹了關(guān)鍵技術(shù)，小汽輪機(jī)耗汽量計(jì)算模型，采用汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)售電收益增加分析等方面的內(nèi)容。

關(guān)鍵詞： 小汽輪機(jī)；驅(qū)動(dòng)；引風(fēng)機(jī)

基于國內(nèi)燃煤發(fā)電廠高參數(shù)、大容量的發(fā)展趨勢，鍋爐引風(fēng)機(jī)的容量也越來越大。同時(shí)發(fā)電廠加裝脫硫裝置時(shí)普遍將引風(fēng)機(jī)與脫硫增壓風(fēng)機(jī)合并，從而使得引風(fēng)機(jī)的功率進(jìn)一步增大。引風(fēng)機(jī)電機(jī)容量增大后帶來了廠用電增加、廠用電電壓等級(jí)需要提高、啟動(dòng)電流大（在多個(gè)電廠曾出現(xiàn)因引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)電流過大引起母線電壓降低引起設(shè)備跳閘的情況）等問題，給廠用電系統(tǒng)帶來沖擊。且電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式下，無論引風(fēng)機(jī)采用靜葉可調(diào)還是動(dòng)葉可調(diào)，由于電機(jī)定速運(yùn)行，在機(jī)組低負(fù)荷或變負(fù)荷工況下，電機(jī)造成的額外廠用電損失很大，能源浪費(fèi)嚴(yán)重。若采用變頻電機(jī)，可通過轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)量，節(jié)約30%的能源。但變頻電機(jī)的成本昂貴，尤其是大功率的變頻電機(jī)，其造價(jià)將直接影響發(fā)電廠的初投資規(guī)模。

一、關(guān)鍵技術(shù)分析

根據(jù)鍋爐汽動(dòng)給水泵啟動(dòng)、運(yùn)行、停止和日常維護(hù)的經(jīng)驗(yàn)，汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的引風(fēng)機(jī)具有運(yùn)行安全，結(jié)構(gòu)緊湊，自動(dòng)化程度高，節(jié)能效果顯著等特點(diǎn)，是一種比較優(yōu)化的能源利用方式?？梢詮氐捉鉀Q上述問題，同時(shí)也可以通過汽輪機(jī)的變速調(diào)節(jié)，有效提高引風(fēng)機(jī)在低負(fù)荷工況運(yùn)行下的效率，使風(fēng)機(jī)在不同負(fù)荷下保持高效率等優(yōu)點(diǎn)。另外，采用汽輪機(jī)代替電機(jī)驅(qū)動(dòng)引風(fēng)機(jī)可將蒸汽的熱能直接轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，減少能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)和能量損失，提高熱能的利用效率。

驅(qū)動(dòng)引風(fēng)機(jī)的汽輪機(jī)為純凝式，配置凝汽器、抽真空系統(tǒng)（含真空泵）、凝結(jié)水輸送系統(tǒng)（含凝結(jié)水泵）、減速齒輪箱、供汽系統(tǒng)、軸封系統(tǒng)、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)等。由主機(jī)四抽供汽，采用下排汽模式，排汽進(jìn)入單獨(dú)的小凝汽器，小機(jī)凝結(jié)水通過小凝結(jié)水泵回到主機(jī)主凝汽器，循環(huán)水與主廠房循環(huán)水系統(tǒng)相連接。小汽輪機(jī)設(shè)計(jì)正常工作汽源采用汽輪機(jī)四段抽汽，啟動(dòng)和調(diào)試用輔助蒸汽。小汽輪機(jī)設(shè)置獨(dú)立的軸封系統(tǒng)，軸封末端回汽至汽封加熱器。每臺(tái)小汽輪機(jī)配置1臺(tái)凝汽器與2臺(tái)凝結(jié)水泵，其凝結(jié)水經(jīng)小機(jī)凝結(jié)水泵升壓后打入主機(jī)凝汽器熱井，小機(jī)的有關(guān)疏水則排入其單獨(dú)設(shè)置的疏水?dāng)U容器中。

機(jī)組在啟動(dòng)、調(diào)試階段，引風(fēng)機(jī)運(yùn)行不僅要滿足鍋爐啟動(dòng)要求，還要滿足以下各項(xiàng)要求：

1.鍋爐冷態(tài)通風(fēng)試驗(yàn)

鍋爐冷態(tài)通風(fēng)試驗(yàn)主要是對一、二次風(fēng)量進(jìn)行標(biāo)定、一次風(fēng)配平，以及模擬額定負(fù)荷工況內(nèi)流場觀測等，鍋爐總風(fēng)量基本要求在80%BMCR以上，風(fēng)機(jī)出力接近額定負(fù)荷狀態(tài)。

本機(jī)組冷態(tài)通風(fēng)試驗(yàn)時(shí)一般不進(jìn)行爐內(nèi)流場觀察，只進(jìn)行風(fēng)量的標(biāo)定、配平等工作，風(fēng)機(jī)出力要求可相應(yīng)降低，鍋爐總風(fēng)量基本要求為40%BMCR。

2. 鍋爐本體化學(xué)清洗

若采用新的化學(xué)清洗工藝“催化檸檬酸”法，無需啟動(dòng)風(fēng)機(jī)。

3. 鍋爐蒸汽沖管

鍋爐蒸汽沖管基本有穩(wěn)壓沖管、降壓沖管及穩(wěn)壓降壓相結(jié)合等方式。穩(wěn)壓沖管時(shí)，爐膛熱負(fù)荷在45%BMCR左右，引風(fēng)機(jī)總出力在45%～50%BMCR左右。降壓沖管時(shí)，引風(fēng)機(jī)總出力40%BMCR可滿足要求。

4. 鍋爐最小風(fēng)量要求

本機(jī)組鍋爐的最小直流負(fù)荷為25%BMCR。為確保鍋爐安全運(yùn)行，通過爐膛的風(fēng)量都不應(yīng)低于25%BMCR，當(dāng)?shù)陀?5%BMCR風(fēng)量時(shí)，鍋爐將觸發(fā)MFT。

在鍋爐點(diǎn)火后，一般將風(fēng)量調(diào)整至40～50%BMCR風(fēng)量，避免由于燃燒不穩(wěn)引起風(fēng)量波動(dòng)而導(dǎo)致鍋爐滅火。

綜上分析，風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)容量至少為40%BMCR，即汽動(dòng)風(fēng)機(jī)在本機(jī)供汽前至少要具備40%BMCR容量的運(yùn)行能力才可以保證方案的可行性。

二、小汽輪機(jī)耗汽量計(jì)算模型

引風(fēng)機(jī)小汽輪機(jī)的抽汽量是影響汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)耗能的重要參數(shù)之一，也是汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)節(jié)能評價(jià)和優(yōu)化運(yùn)行的基礎(chǔ)，但是目前缺少小汽輪機(jī)耗汽量的測量手段，需要建立相應(yīng)的計(jì)算模型。

根據(jù)汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)運(yùn)行特性模型，可確定不同工況下引風(fēng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速等工作參數(shù)，本文在這些引風(fēng)機(jī)工作參數(shù)的基礎(chǔ)上，通過對小汽輪機(jī)能量平衡分析給出小汽輪機(jī)抽汽量計(jì)算方法。

小汽輪機(jī)從蒸汽源輸入的凈功Pin可按式（1）計(jì)算。

（1）

式中 -----小汽輪機(jī)排汽焓（kJ/kg）；

小汽輪機(jī)的能量守恒方程如式（2）所示。

（2）

式中 -----對引風(fēng)機(jī)輸出的凈功，W； ------機(jī)械功損失，W；

I-----轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg.m2/rad；N——小汽機(jī)轉(zhuǎn)速，rad/s；

由此可得到小汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速的狀態(tài)方程如式（3）所示。

（3）

機(jī)組在穩(wěn)定工況運(yùn)行時(shí)，可認(rèn)為小機(jī)轉(zhuǎn)速保持不變，即 ， 可通過式（4）計(jì)算獲得。

（4）

式（4）中，小汽輪機(jī)效率 由小汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速和進(jìn)出口蒸汽參數(shù)決定，可由式（5）估算。

（5）

式中

——小汽輪機(jī)額定工況效率；

——額定工況下抽汽等熵焓降值，kJ/kg；

——抽汽等熵膨脹排氣焓值，kJ/kg；

Nd—— 小汽輪機(jī)額定工況轉(zhuǎn)速，rad/s。

根據(jù)引風(fēng)機(jī)出力情況得出Pout后，式（1）、（2）、（3）、（4）、（5）組成的方程組封閉，可計(jì)算小汽輪機(jī)抽汽量Dt。

汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行特性是汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)研究的核心內(nèi)容，也是實(shí)現(xiàn)其狀態(tài)監(jiān)測和運(yùn)行優(yōu)化的基礎(chǔ)。綜合引風(fēng)機(jī)特性模型和管路阻力特性模型對現(xiàn)場引風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)進(jìn)行了計(jì)算，并與現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比，結(jié)果表明本課題所建模型在機(jī)組主要負(fù)荷段內(nèi)具有較高的準(zhǔn)確性。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)引風(fēng)機(jī)運(yùn)行性能的在線監(jiān)測，對引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行乃至機(jī)組正常運(yùn)行都具有十分重要的意義。此外，為定量評價(jià)汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的能耗水平，本課題還建立了引風(fēng)機(jī)小汽輪機(jī)耗汽量的簡化計(jì)算模型，實(shí)現(xiàn)了小汽機(jī)汽耗量的定量計(jì)算。

三、采用汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)售電收益增加分析

按照發(fā)電廠機(jī)組機(jī)爐電匹配、銘牌功率標(biāo)定的原則，機(jī)組銘牌功率并未扣除輔機(jī)設(shè)備消耗的電功率。鑒于這一特點(diǎn)，如果降低發(fā)電廠的廠用電指標(biāo)，可以提高電廠對外售電收入。在電廠龐大的輔機(jī)設(shè)備群中，鍋爐引風(fēng)機(jī)是僅次于鍋爐給水泵的第二大耗電設(shè)備。

該電廠如果機(jī)組年運(yùn)行小時(shí)7500h，年利用小時(shí)5500h，則單臺(tái)引風(fēng)機(jī)每年消耗的電量為：3782×1500+3014×4000+2502×2000=2273.3萬kWh，全廠引風(fēng)機(jī)每年消耗的電量為：9093.2萬kWh。根據(jù)測算，該工程成本電價(jià)（含稅）321元/MWh，低于現(xiàn)階段當(dāng)?shù)厣暇W(wǎng)標(biāo)桿電價(jià)（448.2元/MWh）約127.3元/MWh。

如果采用汽輪機(jī)替代電機(jī)驅(qū)動(dòng)引風(fēng)機(jī)，單臺(tái)引風(fēng)機(jī)每年可節(jié)電2273.3萬kWh，全廠引風(fēng)機(jī)每年可節(jié)電9093.2萬kWh。降低的廠用電按每度電收益0.1273元計(jì)算，全廠可增加的售電收入為1157.6萬元，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

四、采用汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)性能更優(yōu)帶來的節(jié)電收益分析

經(jīng)咨詢風(fēng)機(jī)廠家，采用動(dòng)調(diào)風(fēng)機(jī)+定速電機(jī)與靜調(diào)風(fēng)機(jī)+小汽機(jī)，在不同運(yùn)行工況的效率如下，相應(yīng)計(jì)算各工況節(jié)電量及總節(jié)電量。

可以看出，在變負(fù)荷工況下，采用變速電機(jī)可以顯著提高風(fēng)機(jī)效率，降低功耗，為電廠節(jié)能。

假定該電廠機(jī)組年運(yùn)行小時(shí)7500h，利用5500h，則單臺(tái)引風(fēng)機(jī)采用汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)后可節(jié)電量182萬kWh，以以標(biāo)煤耗270g/kWh折算，折合約標(biāo)煤491.4t，全廠可節(jié)約標(biāo)煤1965.6t，按標(biāo)煤價(jià)格1050元/t計(jì)算，則每年可節(jié)約燃煤費(fèi)用206.4萬元。endprint