“汽電雙驅”引風機高效供熱

呂春俊++藺琪蒙

摘 要：目前電力行業廣泛采用的常規汽動引風機在調節風機轉速時存在節流損失，部分負荷小機效率很低。針對常規汽動引風機在實際運行中小汽機效率偏低的問題，并結合二次再熱機組供熱的要求，特提出“汽電雙驅”引風機排汽供熱方案。“汽電雙驅”引風機由電動機直接啟動至設計轉速，通過可離合定速比齒輪箱無擾接入小汽機后，由小機動能直接驅動引風機，不占用廠用電，而且運行時小機調閥始終保持全開，減小了節流損失，維持了較高的效率，同時富余動能還可以帶動電機超過同步轉速以異步發電機狀態運行，發出的電量通過6kV工作母線傳輸給廠內其他用電負荷，大大降低廠用電率。另外，小機排汽接至輔汽聯箱或直接對外供熱，具有較強的供熱經濟性，達到了既節電又節能的效果。

關鍵詞：汽電雙驅 引風機 離合器齒輪箱 供熱

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）08（b）-0110-04

目前已投產的幾個二次再熱機組普遍存在低負荷欠溫的情況，調節手段單一，而熱電廠又肩負著供熱任務，季節性熱負荷與晝夜熱負荷均存在波動較大的實 際情況，調節工況更加復雜；二次再熱機組設十級回熱系統，抽汽供熱、輔助蒸汽、除氧器加熱等均無合適汽源，在系統設計上均為高品質蒸汽經減溫減壓后滿足熱力系統需要，熱經濟損失大；電力行業廣泛采用的常規汽動引風機在調節風機轉速時存在節流損失，部分負荷小機效率很低。本文從供熱方案及引風機驅動方式的選擇結合起來，并針對二次再熱機組的特點，研究一個合理的解決方案。

1 供熱方案的選擇

供熱方案應在保證外部供熱的前提下保證機組的安全、穩定運行，并兼顧經濟性，包括：直接抽汽供熱方案及汽動引風機供熱方案兩種。

1.1 直接抽汽供熱方案

優點：（1）技術成熟，系統管路相對簡單。（2）投資相對較少，主要是減溫減壓器費用、管道費用和電氣儀表費用。

缺點：（1）直接將高參數蒸汽減溫減壓，熱損失較大，造成能源的直接浪費。（2）當熱負荷從夏季到冬季變化較大時，對鍋爐再熱器受熱面影響較大，不利于機組安全穩定運行。

1.2 汽動引風機供熱方案

采用汽動引風機，除了降低廠用電、提高對外供電外，汽動風機可采用調速或者定速方式，也可提高機組部分負荷工況時風機的效率。當廠外有熱負荷用戶時，可將一部分抽汽或排汽引至熱網。

回熱背壓式小汽輪機驅動設備技術是基于回熱基本原理，將驅動設備的小汽輪機的排汽和抽汽引到熱力循環中，排擠部分過熱度較高的主汽輪機抽汽，在回收工質的同時達到提高機組熱效率的目的。當廠內或廠外有熱負荷用戶時，可將一部分抽汽或排汽引至輔汽或熱網進行熱量回收，減 少冷源損失，從而能夠進一步提高熱循環效率。

1.3 小結

考慮到供熱的可行性、可靠性，機組的安全穩定性、經濟性，推薦使用汽動引風機供熱。

2 引風機驅動方式的選擇

2.1 電動引風機

電力行業引風機的傳統驅動方式為電動機驅動，技術成熟可靠。可供選擇的風機型式有三類：動葉可調軸流式風機、靜葉可調軸流式風機以及雙速或變頻風機。考慮到調速齒輪箱價格昂貴，設備成本高，變頻裝置價格昂貴，設備成本、檢修費用高，因此，在采用電動引風機的方案時，推薦采用定速電動機驅動+動葉可調軸流風機。

雖然電動引風機方案技術成熟可靠，但電動引風機消耗高品位的電能，而且對名義上承擔基本負荷，實際上絕大多數時間運行在部分負荷下的機組來說，電動引風機在部分負荷工況運行下效率偏低，運行經濟性較差。

2.2 常規汽動引風機

近年來，為了節省廠用電、增加供電量，已有不少電廠如國電北侖電廠、國電泰州電廠、國電諫壁電廠、華電望亭、華能南通等，對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。

由于常規汽動風機可采用調速方式，具有變轉速功能，風機的調節主要依靠轉速調節來實現，并非像電動風機一樣依靠葉片調節來實現。通過調速式靜葉風機和動調風機的選型對比來看，兩個方案的風機效率相差不大。

考慮到靜葉可調軸流式引風機的價格低廉，可采用靜葉可調軸流式引風機。在供熱量不大的情況下，推薦采用汽動引風機方式。

2.3 “汽電雙驅”引風機

為平衡供熱量和引風機的功率，提出“汽電雙驅”引風機排汽供熱技術。該技術方案中的小汽輪機與常規汽動引風機系統保持一致，均采用背壓式汽輪機。根據引風機調節方式的不同，“汽電雙驅”引風機方案可分為：靜葉調速風機方案、定速動葉調節風機方案。

靜葉調速風機方案的軸系布置為：發電機（異步）—調速齒輪箱—變速背壓小機—定比齒輪箱—調速引風機。定速動葉調節風機方案的軸系布置為：小汽機—定速比齒輪箱—電動/發電機（異步）—定速引風機（為實現簡化風機啟動條件、小機檢修時可單獨解列等，小汽機布置于軸系端側較為合適，同時齒輪箱需帶離合器功能）。

靜葉調速引風機方案中發電機通過調速齒輪箱與小汽機聯接，而調速齒輪箱的傳動效率僅有90%（部分負荷時更低），遠低于定速比齒輪箱（98%～99%），傳動效率損失相對較高。定速動葉可調引風機方案中發電機則可選用定速比齒輪箱實現與小汽機的聯接，傳動效率相對較高，介于98%～99%。

在同樣的進汽量下，定速動調引風機方案由于小汽機向發電機側傳遞的功率較高，同時定速比齒輪箱的傳動效率也遠高于調速齒輪箱，因而發電機的輸入功率較高，對應輸出的電量增加，降低了廠用電率。同時，調速齒輪箱較定速比齒輪箱價格昂貴，設備成本非常高。由此可見，在經濟性方面，定速動葉調節引風機方案更具優勢。利用該節能新技術，配套背壓式小機，利用小機驅動引風機，將小機排汽對外供熱。

（1）進汽調節閥全開，采用小發電機調節軸功率替代小機進汽調閥節流調節軸功率，提高了小汽輪機的運行效率，使其始終在高效區運行，提高設備在低負荷工況的運行經濟性。endprint

（2）在啟動階段，電動/發電機為電動機型式，簡化風機啟動條件，取消啟動汽源，節省了啟動汽源初投資。

（3））供熱方式更為靈活，根據不同熱負荷量，引風機可以按照汽動/汽電雙驅/電動不同方式運行。

（4）驅動設備備用率高，汽動、電動互為備用，也可同時使用，可靠性高。

2.4 小結

考慮到驅動引風機的可行性、可靠性，機組的經濟性，推薦使用“汽電雙驅”+定速動葉可調引風機。

3 “汽電雙驅”引風機高效供熱方案

3.1 方案設想

“汽電雙驅”引風機布置順序依次為汽輪機—齒輪箱（帶離合器）—異步電機—引風機。如圖2所示。

進汽汽源來一次再熱一級再熱器出口（參數11.3MPa（數據引用國電宿遷2×660MW機組工程初步設計），538℃），排汽參數為壓力1.5MPa、溫度350℃，與供熱、除氧器加熱、輔汽聯箱汽源參數匹配。

啟動時電動機帶引風機運行，離合器處于脫開狀態，小汽輪機不跟隨轉動。抽汽參數滿足后，小汽輪機沖轉升速至同步轉速（750r/mim）附近，在此之前均為電動機驅動狀態；離合器嚙合后，小汽輪機與電動機、引風機并軸運行。小汽輪機主調門繼續開大（直至全開），轉速上升，直至超過同步轉速，此時為小汽輪機與電動機混合驅動狀態；小汽輪機轉速繼續上升，超過發電機驅動轉速，電動機轉化為發電機形式運行，此時為小汽輪機驅動狀態。此時同軸系統中，小汽輪機負責驅動引風機，而富余功率通過異步發電機將電量送至廠用電系統內消納。若小汽輪機抽汽不足，轉速下降，則發電機轉速也下降，低于同步轉速后，轉化為電動機形式運行，與汽輪機一起驅動引風機運行；小汽輪機轉速繼續下降，直至低于電動機驅動轉速，則小汽輪機與系統脫離，此時由電動機驅動引風機運行。小汽輪機調門根據熱負荷（供熱量+輔汽用量+除氧器用量）調節蒸汽流量，引風機動葉跟隨爐膛負壓控制，而整個軸系上不平衡的功率則由電機來負責平衡。以上整個過程全部是自動控制，無需人工干預。

小汽機初步選型表如表1，由于各負荷下小機調閥全開，小機效率相比常規汽動風機有較大提高。通過“汽電雙驅”引風機方案，引風機汽輪機主調門始終處于全開狀態，效率保持在82%以上，節省了廠用電，提高了供熱效率，實現了能量的梯級利用。

3.2 供熱工況分析

（1）每臺機組設有常規熱源和備用熱源，基本能夠滿足對外供熱312t/h蒸汽的要求。

（2）兩臺機組正常運行，合計對外供汽312t/h。

（3）當機組承擔的熱負荷處于最小熱負荷與小機排汽量之間時，小機排汽供熱，剩余排汽量回熱至回熱系統。

（4）當機組承擔的熱負荷大于小機排汽量時，由二次冷段補充供熱。

（5）當一臺或多臺小機檢修時，其余引風機汽電雙驅運行，排汽供熱，不足供熱量由二次冷段補，以滿足312t/h的供熱需求。

（6）當一臺大機檢修時，則由另一機組兩臺小機排汽供熱156t/h+二次冷段補汽156t/h，以滿足312t/h的供熱需求。

（7）兩臺機組互為備用。

3.3 效益估算

通過“汽電雙驅”引風機方案，在保證對外熱負荷的情況下，充分利用了供熱汽源的做功能力，將抽汽熱能轉化為汽動引風機的動能并補充部分電能，節省了廠用電，提高了供熱效率，實現了能量的梯級利用。

“汽電雙驅”引風機方案與電動引風機方案、常規汽動引風機方案相比，每臺機組增加投資分別為3160萬和1510萬元。雖然發電煤耗較后兩者高（發電量多），造成燃料費用分別增加1225萬和790萬元，但由于增加了發電量，廠用電率低，供電煤耗反而低，售電收益較后兩者分別增加2934萬和1725萬元，總利潤分別增加1709萬和935萬元。多出的投資最多1.9年即可收回（按標煤單價750元/t，上網電價0.388元/kW·h計算）。

4 結論

（1）二次再熱鍋爐再熱汽溫控制本身是一大難點，再加上供熱負荷的不斷變化，對鍋爐受熱面的布置提出了巨大挑戰。因此采用供熱/回熱式汽動引風機技術，熱負荷較大時小機排汽供熱，熱負荷較小時采取剩余引風機小機排汽回熱的方式運行，以減少供熱量少對鍋爐再熱器受熱面影響，使得機組更加安全穩定運行，避免出現再熱汽溫欠溫現象，提高再熱汽溫調節的穩定性。

（2）汽動引風機供熱方案受熱負荷的局限，應用較少，但“汽電雙驅”引風機高效供熱方案可降低廠用電、提高機組部分負荷工況時風機的效率，同時可以滿足供熱要求，因此在具備外部條件時建議采用。對外供熱機組，理應優先采用背壓式小汽機，排汽對外供熱。

（3）小機調閥全開，富余動能還可以帶動電機超過同步轉速以異步發電機狀態運行，發出的電量傳輸給廠內其他用電負荷，大大降低廠用電率，廠用電率僅1.99%（THA工況）。

（4）“汽電雙驅”引風機排汽供熱技術減小了減溫減壓供熱帶來的節流損失，額定供熱量下，機組全年加權供電煤耗僅259.3g/kW·h，相比二次冷段減溫減壓供熱方案，供電煤耗降低1g/kW·h。

（5）“汽電雙驅”引風機方案的初投資略高，但由于廠用電率的大大降低，多出的初投資1.9年即可回收。

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