引風機驅(qū)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(chǎn)國和消費國，環(huán)境和資源壓力決定了節(jié)能減排將是我國長期的、基本的國策。各發(fā)電公司為了執(zhí)行國家政策、降低發(fā)電煤耗、提高經(jīng)濟效益，對火力發(fā)電系統(tǒng)和設備采取了大量的節(jié)能減排優(yōu)化措施。其中，改變引風機驅(qū)動方式，將引風機由電動機驅(qū)動變?yōu)樾∑麢C驅(qū)動，是目前少數(shù)電廠采取的優(yōu)化措施之一。引風機采用小汽機驅(qū)動后，將節(jié)省數(shù)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(qū)動方式進行定量的對比分析，得出各種驅(qū)動方式的節(jié)能效果，供業(yè)內(nèi)參考。

1 引風機驅(qū)動方式

目前電力行業(yè)的引風機絕大多數(shù)采用傳統(tǒng)的電動機驅(qū)動方式。近年來，少數(shù)電廠采取優(yōu)化措施，對1000MW等級的鍋爐引風機采用工業(yè)汽輪機(小汽機)進行驅(qū)動，并已成功投產(chǎn)運行。各廠采用的小汽機型式和系統(tǒng)又有所不同，有的采用純凝式汽輪機及其系統(tǒng)，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(tǒng)，如國電北侖三期改造工程。引風機驅(qū)動方式主要有以下三種：

①電動機驅(qū)動

②純凝式小汽機驅(qū)動

③背壓式小汽機驅(qū)動

下面以某1000MW工程為例，將電廠看成一個整體系統(tǒng)，把各種驅(qū)動方式置于同等原始條件下比較，即各驅(qū)動方式下全廠輸入能量相同，鍋爐蒸發(fā)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(qū)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(qū)動方式，計算出因小汽機用汽而減少的機組發(fā)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(qū)動方式所需的耗電功率和節(jié)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(chǎn)的超超臨界參數(shù)、前后墻對沖燃燒、固態(tài)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(chǎn)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(fā)電機為上海汽輪發(fā)電機有限公司設計制造的水氫氫冷卻、無刷勵磁汽輪發(fā)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(diào)軸流風機。引風機各工況的參數(shù)見表3。

表3 引風機各工況參數(shù)表(設計煤種)

3 電動引風機耗能計算

根據(jù)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(xù)

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(qū)動后，相當于全程調(diào)速，因此引風機在部分負荷下仍能保持高效率運行，節(jié)能效果顯著。根據(jù)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(jié)省了凝汽器及相應配套設施，系統(tǒng)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(tǒng)，對鍋爐各受熱面的吸熱分配也產(chǎn)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(jù)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(qū)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(fā)電機組輸出電能→電動機輸出動能→驅(qū)動引風機。該方式優(yōu)點是汽輪發(fā)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(qū)動引風機。該方式優(yōu)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(jié)能效果顯著。缺點是小汽輪機相對內(nèi)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(qū)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(fā)電機組輸出電能。該方式優(yōu)缺點同純凝式汽動引風機，不同的是小汽機排汽較低品質(zhì)的蒸汽替換了較高品質(zhì)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(qū)動方式等效耗電功率對比圖

引風機不同驅(qū)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(qū)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(qū)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(jié)能效果最好的一種節(jié)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(xù)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(qū)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(zhì)的四級抽汽(1.075MPa，361.9℃)去主機作功，將進一步提升節(jié)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(qū)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(qū)動，節(jié)能主要體現(xiàn)在機組低負荷時，引風機通過調(diào)速運行，仍能保持很高的效率，節(jié)能效果顯著。

(2)引風機驅(qū)動方式中，采用背壓式小汽機節(jié)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(jié)能效果好；50%THA工況下，純凝汽動引風機比電動引風機節(jié)能效果好。綜合分析，采用純凝式汽動引風機節(jié)能效果并不顯著，如果機組運行負荷率水平較高，甚至不節(jié)能。

(4)從節(jié)能角度出發(fā)，應優(yōu)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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