汽動式引風(fēng)機(jī)在超臨界350 MW機(jī)組上的應(yīng)用

，， ，

(1.北京國際電氣工程有限責(zé)任公司，北京 100041;2.河北建投任丘熱電有限公司，河北 任丘 062550； 3.國網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院，石家莊 050021)

0 引 言

根引風(fēng)機(jī)是鍋爐機(jī)組的主要輔機(jī)，是機(jī)組安全和經(jīng)濟(jì)運行的關(guān)鍵設(shè)備。大功率的電站輔機(jī)采用電機(jī)驅(qū)動還是小汽機(jī)驅(qū)動，一直是人們討論的話題。特別是目前國內(nèi)大部分電網(wǎng)的調(diào)度特點是按發(fā)電機(jī)端的輸出功率(銘牌功率)進(jìn)行調(diào)度。減少廠用電耗能、增加機(jī)組的凈供電量、提高電廠的收益一定程度上已成為企業(yè)所追求的目標(biāo)。合理選擇引風(fēng)機(jī)的驅(qū)動方式也是電站設(shè)計的主要內(nèi)容之一,對電廠安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運行起著重要的作用[1-3]。

1 設(shè)計條件

內(nèi)蒙古某熱電廠2×350 MW機(jī)組工程擬按安裝超臨界、燃煤、間接空冷機(jī)組，采用汽動給水泵，每臺鍋爐配置2臺引風(fēng)機(jī)，系統(tǒng)阻力包括鍋爐本體阻力2 800 Pa，預(yù)留SCR阻力1 000 Pa，電布除塵器阻力1 200 Pa，脫硫系統(tǒng)按配置GGH考慮，阻力3 500 Pa，風(fēng)機(jī)初步選型參數(shù)見表1。

表1 引風(fēng)機(jī)選型主要參數(shù)

2 引風(fēng)機(jī)的驅(qū)動方式與引風(fēng)機(jī)形式的關(guān)系

引風(fēng)機(jī)由于風(fēng)量、風(fēng)壓、變工況運行及經(jīng)濟(jì)性的要求，其形式有動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)、靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)和離心風(fēng)機(jī)。

動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)和靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)本身具備調(diào)節(jié)功能，其工況調(diào)節(jié)屬于定速調(diào)節(jié)。均是在運行中風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變，動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)通過改變動葉片角度，靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)通過改變?nèi)肟陟o葉的角度來改變風(fēng)機(jī)的性能曲線形狀，使工作點位置改變，從而實現(xiàn)工況調(diào)節(jié)的。

離心式風(fēng)機(jī)本身不具備調(diào)節(jié)功能，其結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠。運行點與設(shè)計值一致時，在性能曲線高效區(qū)，風(fēng)機(jī)效率較高；若運行點偏離設(shè)計值時，風(fēng)機(jī)效率下降較快，風(fēng)機(jī)效率較低。

對于風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)形式而言，速度調(diào)節(jié)的節(jié)能效果較好。因為速度調(diào)節(jié)時風(fēng)壓與流量成二次曲線關(guān)系，與風(fēng)機(jī)系統(tǒng)阻力特性吻合，風(fēng)機(jī)可以始終運行在最高效率線上，整體效率最高。速度調(diào)節(jié)又有液力偶合器調(diào)節(jié)、變頻調(diào)速及小汽機(jī)調(diào)速等技術(shù)。液偶技術(shù)相對成熟，但液偶故障率偏高，且自身熱效應(yīng)導(dǎo)致其實際效率偏低，節(jié)能效果不理想；大功率高壓變頻器進(jìn)入電力市場時間不長，可靠性尚需檢驗，且工頻與變頻之間尚不能自由切換，而且切換時對電網(wǎng)沖擊較大，易引起電網(wǎng)波動。與液偶及變頻調(diào)速比較，小汽機(jī)調(diào)速更加穩(wěn)定可靠。

小汽機(jī)調(diào)速已大量應(yīng)用于泵的調(diào)節(jié)，其實際運行情況與風(fēng)機(jī)類似，理論機(jī)理相同。

對于采用小汽輪機(jī)驅(qū)動的變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)選型考慮如下因素：

(1)動調(diào)軸流風(fēng)機(jī)臨界轉(zhuǎn)速較低，葉片窄而長，其固有頻率偏低而且需要避開的頻率密集，對速度調(diào)節(jié)相當(dāng)敏感，如采用調(diào)速方式時，一般風(fēng)機(jī)葉片也是定角度運行，不推薦采用調(diào)速方式。

(2)與動調(diào)風(fēng)機(jī)比較，靜調(diào)風(fēng)機(jī)臨界轉(zhuǎn)速高，葉片采用寬而短的等強(qiáng)度葉片，其固有頻率十倍于設(shè)計轉(zhuǎn)速甚至更高，對速度調(diào)節(jié)的適應(yīng)性好。對本工程而言，選型受到制約，無法采用。

(3)定速離心風(fēng)機(jī)帶基本負(fù)荷時，風(fēng)機(jī)效率穩(wěn)定；偏離設(shè)計點時，效率較低。在采用變速技術(shù)后，效率有所保證。

綜上所述，采用汽動驅(qū)動風(fēng)機(jī)變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，引風(fēng)機(jī)推薦采用離心風(fēng)機(jī)。在低負(fù)荷時可降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，對風(fēng)機(jī)運行效率、壽命、噪音及可靠性、安全性都大有好處。故汽動引風(fēng)機(jī)方案推薦采用小汽輪機(jī)變轉(zhuǎn)速驅(qū)動離心風(fēng)機(jī)。

3 引風(fēng)機(jī)采用小汽機(jī)驅(qū)動的方案

引風(fēng)機(jī)采用小汽輪機(jī)驅(qū)動的方案按小汽機(jī)型式的不同有兩種方案選擇：一種是汽源采用主機(jī)的四段抽汽，排汽至小汽機(jī)凝汽器，經(jīng)小機(jī)凝結(jié)水泵將凝結(jié)水打入主機(jī)凝汽器，即凝汽式小汽機(jī)方案；另一種是汽源采用鍋爐低溫再熱器出口的再熱蒸汽，小汽機(jī)排汽至除氧器或5號低加或主機(jī)中低壓缸聯(lián)通管，即背壓式小汽機(jī)方案。

3.1 凝汽式小汽機(jī)方案

凝汽式小汽機(jī)方案是采用四段抽汽作為引風(fēng)機(jī)驅(qū)動汽輪機(jī)的汽源，四段抽汽經(jīng)小汽機(jī)做功后排汽至小汽機(jī)凝汽器，排汽在凝汽器中被循環(huán)水冷卻后的凝結(jié)水由小機(jī)凝結(jié)水泵輸送至主機(jī)凝汽器熱井中，循環(huán)水由自然通風(fēng)空冷塔或機(jī)械通風(fēng)空冷塔冷卻。為保證啟動和低負(fù)荷時的汽源供應(yīng)，小汽機(jī)進(jìn)汽另從輔助蒸汽聯(lián)箱接出一路，正常運行時小汽機(jī)工作汽源來自主汽輪機(jī)四段抽汽，啟動和低負(fù)荷時汽源來自輔助蒸汽。

方案系統(tǒng)復(fù)雜，需增加軸封供汽系統(tǒng)、凝結(jié)水系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)、凝汽器等，但系統(tǒng)相對比較獨立，受主汽輪機(jī)熱力系統(tǒng)的影響較小。

方案需注意的問題如下：

(1)采用凝汽式小汽輪機(jī)驅(qū)動引風(fēng)機(jī)，系統(tǒng)稍復(fù)雜，需增加軸封系統(tǒng)、凝結(jié)水系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)、凝汽器等，但系統(tǒng)相對獨立，均屬成熟系統(tǒng)，在設(shè)計和運行上都有很多經(jīng)驗。方案在設(shè)計上還需要考慮汽源問題和小汽機(jī)與引風(fēng)機(jī)的匹配問題。

(2)因引風(fēng)機(jī)距離主廠房汽源點較遠(yuǎn)，汽源的穩(wěn)定性是至關(guān)重要的問題。根據(jù)經(jīng)驗，引風(fēng)機(jī)小汽輪機(jī)在40%THA以上負(fù)荷都可以采用四段抽汽驅(qū)動，這樣，在一般運行情況下，不需要與冷段或輔汽進(jìn)行切換，汽源是比較穩(wěn)定的，在40%THA以下需切換成輔汽或冷段時需要注意閥門切換的控制問題，通過一定的控制策略，基本可以保證汽輪機(jī)的平穩(wěn)運行，但需要不斷摸索，初期可能存在一定的風(fēng)險。

(3)小汽機(jī)凝汽器的循環(huán)冷卻水冷卻方式可以有兩個選擇：循環(huán)冷卻水進(jìn)入主機(jī)自然通風(fēng)間冷塔冷卻和進(jìn)入輔機(jī)機(jī)械通風(fēng)間冷塔冷卻。如采用主機(jī)的自然通風(fēng)間冷塔冷卻，容易受外界氣象條件影響，小機(jī)為高背壓、變背壓小機(jī)，在背壓變化時存在和主機(jī)及給水泵汽輪機(jī)用汽控制協(xié)調(diào)問題，有一定的運行風(fēng)險。如采用機(jī)械通風(fēng)間冷塔，小機(jī)為低背壓小機(jī)，且背壓受外界氣象條件影響相對較小，但成本增加較大，廠用電負(fù)荷會稍高。此問題需要水工專業(yè)再下階段核算并與業(yè)主方討論確定。專題暫按小機(jī)循環(huán)冷卻水由主機(jī)自然通風(fēng)間冷塔冷卻考慮。

(4)由于引風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速較低，驅(qū)動引風(fēng)機(jī)的小汽機(jī)轉(zhuǎn)速較高，汽動引風(fēng)機(jī)需通過齒輪箱減速后與引風(fēng)機(jī)相連，引風(fēng)機(jī)與小汽機(jī)之間存在較大的轉(zhuǎn)速比(一般約為6～7)，所配置的減速齒輪箱需同時滿足大功率、高轉(zhuǎn)速(輸入端)、大速比的要求，為保證性能，目前一般采用進(jìn)口的、可靠性較高的星形齒輪，成本也相應(yīng)提高。

(5)另外，由于采用變速齒輪連接，小汽輪機(jī)在調(diào)試和啟動初期，風(fēng)機(jī)均跟著小汽輪機(jī)一起轉(zhuǎn)動，在一臺引風(fēng)機(jī)運行，一臺引風(fēng)機(jī)調(diào)試或在啟動初期時，風(fēng)機(jī)可能會產(chǎn)生鼓風(fēng)效應(yīng)而發(fā)熱，為此，需設(shè)置旁路管道解決。

3.2 背壓式小汽機(jī)方案

背壓式小汽機(jī)方案是采用主機(jī)再熱蒸汽作為引風(fēng)機(jī)驅(qū)動汽輪機(jī)的汽源，再熱蒸汽經(jīng)小汽機(jī)做功后排汽至除氧器或5號低加或主機(jī)中低壓缸聯(lián)通管，系統(tǒng)比較簡單，但與主汽輪機(jī)的熱力系統(tǒng)關(guān)系較緊密，對控制系統(tǒng)要求較高，且使得機(jī)組的控制方式和控制邏輯變得復(fù)雜，特別是變工況時更為突出。另外小汽機(jī)本體的疏水和汽封漏汽凝結(jié)水需經(jīng)專門的收集水箱經(jīng)泵打回主汽輪機(jī)凝汽器。

根據(jù)鍋爐廠的反饋意見，采用背壓式方案，從低溫再熱器出口抽汽對于鍋爐再熱器出口汽溫的控制有一定的影響，變負(fù)荷時有可能會增大減溫水量，降低機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，但通過適當(dāng)?shù)拇胧部山鉀Q，對鍋爐的影響也基本是可控的，對控制的要求可能會高一些。

對于小汽機(jī)排汽主機(jī)中低壓缸聯(lián)通管，由于工程為供熱機(jī)組，中壓缸排汽本身采用需要用中低壓缸聯(lián)通管上的調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)采暖蒸汽，如再增加引風(fēng)機(jī)小汽機(jī)的排汽，對機(jī)組中壓缸排汽的控制將帶來風(fēng)險。

4 引風(fēng)機(jī)采用小汽機(jī)驅(qū)動的方案比較

通過上述對引風(fēng)機(jī)小汽輪機(jī)的兩種方案分析，總結(jié)出兩種方案的優(yōu)缺點見表2。

表2 引風(fēng)機(jī)采用小汽機(jī)驅(qū)動的方案比較

5 小 結(jié)

鑒于背壓式方案對主機(jī)熱力系統(tǒng)的影響較大，控制較復(fù)雜，考慮到發(fā)電機(jī)組運行的穩(wěn)定性、可控性，工程引風(fēng)機(jī)汽動驅(qū)動方案采用凝汽式小汽機(jī)方案。

[1] 吳金卓，馬 琳，林文樹.生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性研究綜述[J].森林工程，2012，28(5)：102-106.

[2] 王賀岑，白紅濤，許明峰，任利明.鍋爐引風(fēng)機(jī)選型改造的可靠性分析[J].中國電力，2010(1)：51-55.

[3] 馬曉瓏，劉超.超超臨界1 000 MW機(jī)組采用汽輪機(jī)驅(qū)動引風(fēng)機(jī)的可行性[J].熱力發(fā)電，2010(8)：57-60.