給水泵汽輪機驅動引風機技術經濟分析

董志強

摘 要： 本文分析了給水泵汽輪機驅動引風機技術經濟方面的內容，介紹了關鍵技術，小汽輪機耗汽量計算模型，采用汽動引風機售電收益增加分析等方面的內容。

關鍵詞： 小汽輪機；驅動；引風機

基于國內燃煤發電廠高參數、大容量的發展趨勢，鍋爐引風機的容量也越來越大。同時發電廠加裝脫硫裝置時普遍將引風機與脫硫增壓風機合并，從而使得引風機的功率進一步增大。引風機電機容量增大后帶來了廠用電增加、廠用電電壓等級需要提高、啟動電流大（在多個電廠曾出現因引風機啟動電流過大引起母線電壓降低引起設備跳閘的情況）等問題，給廠用電系統帶來沖擊。且電機驅動模式下，無論引風機采用靜葉可調還是動葉可調，由于電機定速運行，在機組低負荷或變負荷工況下，電機造成的額外廠用電損失很大，能源浪費嚴重。若采用變頻電機，可通過轉速調節風機風量，節約30%的能源。但變頻電機的成本昂貴，尤其是大功率的變頻電機，其造價將直接影響發電廠的初投資規模。

一、關鍵技術分析

根據鍋爐汽動給水泵啟動、運行、停止和日常維護的經驗，汽輪機驅動的引風機具有運行安全，結構緊湊，自動化程度高，節能效果顯著等特點，是一種比較優化的能源利用方式。可以徹底解決上述問題，同時也可以通過汽輪機的變速調節，有效提高引風機在低負荷工況運行下的效率，使風機在不同負荷下保持高效率等優點。另外，采用汽輪機代替電機驅動引風機可將蒸汽的熱能直接轉化為機械能，減少能量轉換環節和能量損失，提高熱能的利用效率。

驅動引風機的汽輪機為純凝式，配置凝汽器、抽真空系統（含真空泵）、凝結水輸送系統（含凝結水泵）、減速齒輪箱、供汽系統、軸封系統、循環冷卻水系統、潤滑油系統等。由主機四抽供汽，采用下排汽模式，排汽進入單獨的小凝汽器，小機凝結水通過小凝結水泵回到主機主凝汽器，循環水與主廠房循環水系統相連接。小汽輪機設計正常工作汽源采用汽輪機四段抽汽，啟動和調試用輔助蒸汽。小汽輪機設置獨立的軸封系統，軸封末端回汽至汽封加熱器。每臺小汽輪機配置1臺凝汽器與2臺凝結水泵，其凝結水經小機凝結水泵升壓后打入主機凝汽器熱井，小機的有關疏水則排入其單獨設置的疏水擴容器中。

機組在啟動、調試階段，引風機運行不僅要滿足鍋爐啟動要求，還要滿足以下各項要求：

1.鍋爐冷態通風試驗

鍋爐冷態通風試驗主要是對一、二次風量進行標定、一次風配平，以及模擬額定負荷工況內流場觀測等，鍋爐總風量基本要求在80%BMCR以上，風機出力接近額定負荷狀態。

本機組冷態通風試驗時一般不進行爐內流場觀察，只進行風量的標定、配平等工作，風機出力要求可相應降低，鍋爐總風量基本要求為40%BMCR。

2. 鍋爐本體化學清洗

若采用新的化學清洗工藝“催化檸檬酸”法，無需啟動風機。

3. 鍋爐蒸汽沖管

鍋爐蒸汽沖管基本有穩壓沖管、降壓沖管及穩壓降壓相結合等方式。穩壓沖管時，爐膛熱負荷在45%BMCR左右，引風機總出力在45%～50%BMCR左右。降壓沖管時，引風機總出力40%BMCR可滿足要求。

4. 鍋爐最小風量要求

本機組鍋爐的最小直流負荷為25%BMCR。為確保鍋爐安全運行，通過爐膛的風量都不應低于25%BMCR，當低于25%BMCR風量時，鍋爐將觸發MFT。

在鍋爐點火后，一般將風量調整至40～50%BMCR風量，避免由于燃燒不穩引起風量波動而導致鍋爐滅火。

綜上分析，風機的啟動容量至少為40%BMCR，即汽動風機在本機供汽前至少要具備40%BMCR容量的運行能力才可以保證方案的可行性。

二、小汽輪機耗汽量計算模型

引風機小汽輪機的抽汽量是影響汽動引風機耗能的重要參數之一，也是汽動引風機系統節能評價和優化運行的基礎，但是目前缺少小汽輪機耗汽量的測量手段，需要建立相應的計算模型。

根據汽動引風機運行特性模型，可確定不同工況下引風機的功率和轉速等工作參數，本文在這些引風機工作參數的基礎上，通過對小汽輪機能量平衡分析給出小汽輪機抽汽量計算方法。

小汽輪機從蒸汽源輸入的凈功Pin可按式（1）計算。

（1）

式中 -----小汽輪機排汽焓（kJ/kg）；

小汽輪機的能量守恒方程如式（2）所示。

（2）

式中 -----對引風機輸出的凈功，W； ------機械功損失，W；

I-----轉動慣量，kg.m2/rad；N——小汽機轉速，rad/s；

由此可得到小汽輪機轉速的狀態方程如式（3）所示。

（3）

機組在穩定工況運行時，可認為小機轉速保持不變，即 ， 可通過式（4）計算獲得。

（4）

式（4）中，小汽輪機效率 由小汽輪機轉速和進出口蒸汽參數決定，可由式（5）估算。

（5）

式中

——小汽輪機額定工況效率；

——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—— 小汽輪機額定工況轉速，rad/s。

根據引風機出力情況得出Pout后，式（1）、（2）、（3）、（4）、（5）組成的方程組封閉，可計算小汽輪機抽汽量Dt。

汽動引風機系統的運行特性是汽動引風機系統研究的核心內容，也是實現其狀態監測和運行優化的基礎。綜合引風機特性模型和管路阻力特性模型對現場引風機工作點進行了計算，并與現場實際運行數據進行了對比，結果表明本課題所建模型在機組主要負荷段內具有較高的準確性。進而實現引風機運行性能的在線監測，對引風機系統的安全可靠運行乃至機組正常運行都具有十分重要的意義。此外，為定量評價汽動引風機系統的能耗水平，本課題還建立了引風機小汽輪機耗汽量的簡化計算模型，實現了小汽機汽耗量的定量計算。

三、采用汽動引風機售電收益增加分析

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

該電廠如果機組年運行小時7500h，年利用小時5500h，則單臺引風機每年消耗的電量為：3782×1500+3014×4000+2502×2000=2273.3萬kWh，全廠引風機每年消耗的電量為：9093.2萬kWh。根據測算，該工程成本電價（含稅）321元/MWh，低于現階段當地上網標桿電價（448.2元/MWh）約127.3元/MWh。

如果采用汽輪機替代電機驅動引風機，單臺引風機每年可節電2273.3萬kWh，全廠引風機每年可節電9093.2萬kWh。降低的廠用電按每度電收益0.1273元計算，全廠可增加的售電收入為1157.6萬元，經濟效益明顯。

四、采用汽動引風機調節性能更優帶來的節電收益分析

經咨詢風機廠家，采用動調風機+定速電機與靜調風機+小汽機，在不同運行工況的效率如下，相應計算各工況節電量及總節電量。

可以看出，在變負荷工況下，采用變速電機可以顯著提高風機效率，降低功耗，為電廠節能。

假定該電廠機組年運行小時7500h，利用5500h，則單臺引風機采用汽輪機驅動后可節電量182萬kWh，以以標煤耗270g/kWh折算，折合約標煤491.4t，全廠可節約標煤1965.6t，按標煤價格1050元/t計算，則每年可節約燃煤費用206.4萬元。endprint