引風機驅動方式的能效分析

吳 斌

(江蘇省電力設計院，江蘇 南京 211102)

我國是目前世界上最大的煤炭生產國和消費國，環境和資源壓力決定了節能減排將是我國長期的、基本的國策。各發電公司為了執行國家政策、降低發電煤耗、提高經濟效益，對火力發電系統和設備采取了大量的節能減排優化措施。其中，改變引風機驅動方式，將引風機由電動機驅動變為小汽機驅動，是目前少數電廠采取的優化措施之一。引風機采用小汽機驅動后，將節省數量可觀的廠用電，增加電廠的對外售電量，無疑會提高電廠的售電收入。但本文的重點是以某1000MW工程為例，從能源轉換的角度，對引風機各種不同的驅動方式進行定量的對比分析，得出各種驅動方式的節能效果，供業內參考。

1 引風機驅動方式

目前電力行業的引風機絕大多數采用傳統的電動機驅動方式。近年來，少數電廠采取優化措施，對1000MW等級的鍋爐引風機采用工業汽輪機(小汽機)進行驅動，并已成功投產運行。各廠采用的小汽機型式和系統又有所不同，有的采用純凝式汽輪機及其系統，如；華能海門電廠一期工程；有的采用背壓式汽輪機及其系統，如國電北侖三期改造工程。引風機驅動方式主要有以下三種：

①電動機驅動

②純凝式小汽機驅動

③背壓式小汽機驅動

下面以某1000MW工程為例，將電廠看成一個整體系統，把各種驅動方式置于同等原始條件下比較，即各驅動方式下全廠輸入能量相同，鍋爐蒸發量、汽機進汽量都是相同的，比較全廠供電量的變化。對于電動機驅動方式，計算出電動機的耗電量即為機組供電量的損失；對于小汽機驅動方式，計算出因小汽機用汽而減少的機組發電出力，視為該方式的等效耗電功率，從而計算出機組供電量的損失。最后分析對比引風機各種驅動方式所需的耗電功率和節能效果。

2 參考工程概況

某工程新建2×1000MW超超臨界燃煤機組。鍋爐采用東方鍋爐股份有限公司生產的超超臨界參數、前后墻對沖燃燒、固態排渣、單爐膛、一次再熱、平衡通風、П型布置直流鍋爐。汽機選用上海電氣集團股份有限公司生產的超超臨界、一次再熱、單軸、四缸四排汽、雙背壓、凝汽式機組，型號為N1030-27/600/600。發電機為上海汽輪發電機有限公司設計制造的水氫氫冷卻、無刷勵磁汽輪發電機，效率98.98%。

機組運行模式見表1。

表1 機組年運行模式

機組缸效見表2。

表2 機組缸效

每臺鍋爐引風機與脫硫增壓風機合并設置，配兩臺50%容量的靜葉可調軸流風機。引風機各工況的參數見表3。

表3 引風機各工況參數表(設計煤種)

3 電動引風機耗能計算

根據引風機各工況下軸功率、機械效率、電機效率可計算出風機實際耗電量，也是機組損失的電出力和供電量，見表4。

表4 單臺電動引風機各工況耗電

表4續

4 純凝式汽動引風機耗能計算

小汽機汽源來自主機四級抽汽，背壓5.7kPa。

引風機采用小汽機驅動后，相當于全程調速，因此引風機在部分負荷下仍能保持高效率運行，節能效果顯著。根據風機軸功率、機械效率、小汽機效率計算出小汽機進汽量，進一步計算出機組因抽汽供小汽機而減少的等效耗電功率和年等效耗電量，見表5。

表5 單臺純凝式汽動引風機各工況耗能

5 背壓式汽動引風機耗能計算

小汽機汽源來自主機高壓缸排汽，小汽機排汽排入除氧器加以利用。該方案節省了凝汽器及相應配套設施，系統相對簡單。但由于抽取高壓缸排汽后，會影響到機組的回熱和再熱系統，對鍋爐各受熱面的吸熱分配也產生影響，因此該方案要與主機廠配合實施，高排抽汽量不宜過大，對1000MW級機組，不宜超過150t/h。

同樣，根據風機軸功率、機械效率、小汽機效率計算出小汽機進汽量，進一步計算出機組因抽汽供小汽機而減少的等效耗電功率和年等效耗電量，見表6。

表6 單臺背壓式汽動引風機各工況耗能

6 引風機不同驅動方式能耗對比

通過上面的計算可知，在設定的年運行模式下，背壓式汽動引風機年等效耗電量最少，電動引風機和純凝式汽動引風機耗電量相當。

電動引風機的能源利用轉換流程為：蒸汽熱能→汽輪發電機組輸出電能→電動機輸出動能→驅動引風機。該方式優點是汽輪發電機組、電動機的能源轉換效率較高，缺點是定速引風機在低負荷時的效率很低。

純凝式汽動引風機能源利用轉換流程為：蒸汽熱能→小汽輪機輸出動能→驅動引風機。該方式優點是引風機采用變速運行，在低負荷時仍能保持很高效率，節能效果顯著。缺點是小汽輪機相對內效率比主機低10%～20%，熱功轉換效率偏低。

背壓式汽動引風機能源利用轉換流程為：①蒸汽熱能→小汽輪機輸出動能→驅動引風機；②小機排汽熱能→除氧器加熱→排擠部分四級抽汽→汽輪發電機組輸出電能。該方式優缺點同純凝式汽動引風機，不同的是小汽機排汽較低品質的蒸汽替換了較高品質的蒸汽進主機做功，使得該方式的綜合效率有了進一步提高。

圖1 引風機不同驅動方式等效耗電功率對比圖

引風機不同驅動方式等效耗電功率對比見表7和圖1。

表7 引風機不同驅動方式等效耗電功率對比(單臺風機/kW)

通過上面的圖表可知，三種驅動方式中，背壓式汽動引風機各工況等效耗電功率最低，是節能效果最好的一種節能方式。與純凝式小汽機相比，假設背壓式小汽機排汽進入主機繼續作功，由于主機效率高、背壓低，因此這部分汽流比在純凝式小汽機中作功的冷源損失要低，效率顯然要高于純凝式小汽機驅動方式(見圖1中的假想線)。如果利用背壓式小汽機排汽(THA工況：1.1825MPa，199.8℃)加熱除氧器，則可以排擠更高品質的四級抽汽(1.075MPa，361.9℃)去主機作功，將進一步提升節能效果(見圖1中的曲線3)，使得主機損失的軸功率比小汽機驅動引風機需要的軸功率還低，值得關注。

7 結論

(1)引風機采用小汽機驅動，節能主要體現在機組低負荷時，引風機通過調速運行，仍能保持很高的效率，節能效果顯著。

(2)引風機驅動方式中，采用背壓式小汽機節能效果最好。

(3)THA工況下，電動引風機比純凝式汽動引風機節能效果好；50%THA工況下，純凝汽動引風機比電動引風機節能效果好。綜合分析，采用純凝式汽動引風機節能效果并不顯著，如果機組運行負荷率水平較高，甚至不節能。

(4)從節能角度出發，應優先選擇背壓式汽動引風機。選擇純凝式汽動引風機方案時，要結合機組的負荷率水平進行綜合分析后確定。

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