1000MW機組引風機驅動方式的選擇

馬永杰

(甘肅電投常樂電廠，甘肅 蘭州 730030)

1000MW機組引風機驅動方式的選擇

馬永杰

(甘肅電投常樂電廠，甘肅 蘭州 730030)

介紹了3種引風機驅動方式的特點，結合實例從投資、安全、經濟運行及將來調度方式等方面對不同驅動方式進行綜合對比，通過詳實的數據比較，提出在當前電網環境下，選擇能耗最低的電動加變頻驅動方式才更加具有競爭力。

電耗；引風機；驅動方式；經濟性

0 引言

1 000 MW機組中引風機和脫硫增壓風機的合并，使引風機成為電廠負荷最大的轉動機械，從而帶來廠用電容量增加的問題。相對于傳統的電動機直接驅動，引風機如果采用小汽輪機驅動，可降低廠用電容量和廠用電率；同時通過汽輪機驅動調速，可使風機在低負荷下保持高效率運行；但投資較高，系統較復雜，操作維護量也較多。如果采用變頻方式驅動，相比電動機直接驅動可以降低約30 %的電耗，投資相對小汽輪機驅動略低，系統的復雜程度處于直接電動機驅動與小汽輪機驅動之間，對電廠經濟性的改善并不明顯。因此，需要對引風機驅動方式進行分析比較，并加以選擇。

1 引風機驅動方式及其特點

1.1 電動機驅動

引風機采用定速電動機驅動方式時，系統較為簡單，啟停及運行過程中的調節均可實現靈活平穩的操作，綜合投資低，可靠性高。

1.2 電動機＋變頻器驅動

引風機采用變頻電動機驅動方式時，雖比電動機直接驅動系統投資大，但在啟停及運行過程中的調節更加靈活、平穩。隨著國內變頻器廠家的增多，整體系統的價格有所降低，可靠性也大大提高。

1.3 小汽輪機驅動

引風機采用小汽輪機驅動方式時，可以避免電動機啟動時電流對廠用電系統的沖擊，降低廠用電率，提高電廠的運行指標，并且通過變速調節使引風機在低負荷下可以保持較高的效率。小汽輪機驅動分為背壓式和凝汽式2種。

(1) 小汽輪機(背壓式)從再熱器冷端或低溫再熱器和高溫再熱器之間的聯通管抽取蒸汽作為汽源。為了獲取足夠的排汽壓力，小汽輪機(背壓式)的級數一般較少，用汽量較大，因此會對再熱器的流量產生較大影響，使再熱器存在超溫危險，需對再熱器相關系統進行詳細的設計調整，增加了設備設計和制造成本。

為了提高經濟性，最好將小汽輪機(背壓式)的排汽作為穩定熱源向外供熱。若沒有熱源用戶，可將排汽引至除氧器或者低壓缸入口管，或者設置專門加熱器來加熱凝結水。

(2) 小汽輪機(凝汽式)可選擇主機四段抽汽或再熱器冷端抽汽作為汽源。對于將主機四段抽汽作為汽源、排汽進入小汽輪機凝汽器的方案，其可利用焓降高、熱效率高，系統更為獨立，運行可靠性較高；對于將再熱器冷端抽汽作為汽源的方案，因蒸汽未經過鍋爐再熱過程，過熱度偏低，小汽輪機通流部分會過早進入濕蒸汽區，水流沖擊較大，大部分動靜葉均需經過抗水蝕處理，這將大幅增加成本，經濟性相對較差。

引風機若采用小汽輪機驅動，需要配備循環冷卻水、凝汽器抽真空系統、小汽輪機進汽系統、凝結水回收系統、小汽輪機軸封系統、小汽輪機潤滑油系統等。需增加的設備有小汽輪機、凝汽器、凝結水泵、真空泵、汽封冷卻器、潤滑油供油裝置等。凝汽器冷卻水由主廠房循環水系統的循環水泵提供，進水取自主循環水供水母管。每臺小汽輪機需設置2臺凝結水泵(1運1備)，引風機組凝結水管道通過凝結水泵升壓后接入主機凝汽器回收。

1.4 動葉可調式和靜葉可調式軸流風機特點

引風機采用動葉可調式或靜葉可調式軸流風機均可。由于動葉可調式軸流風機臨界轉速較低，葉片窄而長，其固有頻率偏低且需要避開的頻率密集，對速度調節相當敏感，不宜采用變速方式。靜葉可調式軸流風機臨界轉速較高，葉片寬而短，其固有頻率遠高于設計轉速，對速度調節的適應性好。

2 不同引風機配置方案的比較和分析

1 000 MW火電機組引風機驅動有電動機驅動方案(2×50 %動調＋電機定速驅動)，小汽輪機驅動方案(2×50 %靜調＋30 %啟動電驅風機)，電動機驅動＋變頻器驅動方案(2×50 %靜調＋變頻器)3種。以下對各驅動方案的經濟指標進行比較。

2.1 初期基本投資比較

小汽輪機驅動較常規電動驅動增加了小汽輪機及凝汽器、供汽系統、凝結水系統、啟動電驅引風機等，減少了主風機電機及相應電氣設備。采用小汽輪機驅動僅其配套系統增加的儀表、儀表閥門、各種類型電纜、電纜橋架、電纜保護管以及DCS，I/O點等費用約合110萬元。采用電動機驅動的相應控制費用約為10萬元；小汽輪機驅動方案在熱工控制方面的投資需增加約100萬元。4種驅動方案(小汽輪機驅動組分為2種)初投資比較如表1所示。

從表1看出：以電動機驅動為基準，電動機+變頻器驅動、小汽輪機驅動(凝汽式)、小汽輪機驅動(背壓式)投資分別增加990萬元、2 195萬元、1 400萬元。

2.2 采用不同驅動方案對廠用配電裝置投資分析

采用電動機定速驅動時，廠用電電壓為10 kV，開關柜短路水平為40 kA；采用小汽輪機驅動時，廠高變和備高變的容量均可以降低。電動機驅動增加了引風機電機、10 kV開關柜和相應動力電纜。不同驅動方案對廠用配電裝置的投資影響如表2所示。

從表2看出：采用小汽輪機驅動方式，配套配電裝置的投資將減少200萬元。

表1 4種驅動方案初投資比較表 萬元

表2 不同驅動方案對配套配電裝置投資比較 萬元

2.3 運行指標比較

(1) 電動機驅動與小汽輪機驅動運行經濟指標比較如表3所示，采用不同驅動方案的燃料量成本對比如表4所示。

表3 主要運行經濟指標

從表3看出：電動機+變頻器驅動方案在熱耗、供電標準煤耗等具有優勢，小汽輪機驅動方案在廠用電率指標上有優勢。電動機＋變頻器驅動方案供電煤耗最低，廠用電率略好于電動機直接驅動。電動機驅動相對于小汽輪機驅動方案供電煤耗低3—4 g/kWh。

表4 采用不同驅動方案燃料量成本對比

(2) 運行電耗指標比較(1臺機組，以電動機直接驅動為基準)如表5所示。

從表5看出：采用小汽輪機驅動每臺機組每年可多供電4.911×107kWh。

按電動機+變頻器驅動比電動機直接驅動節能30 %計算，每年可多供電1.555×107kWh。

2.4 總經濟收益比較

總經濟收益比較的前提條件為：

(1) 按發電機端的輸出功率進行調度；

(2) 上網電價0.293元/kWh。

4個不同驅動方案下總體收益(1臺機)比較如表6所示：電動機驅動方案初投資低，4種不同方式年供電收益差496—754萬元/年；小汽輪機驅動方案的全壽命經濟收益和經濟性均優于電動機驅動方案。

表6中初投資每年分攤費用計算如下：

根據固定費率法，固定費率N=(1+I)n×I/ [(1+I)n-1]，若I=6.55 %為利率，n=15為貸款償還期，則N=0.106 7，計算出初投資每年分攤費用分別為：小汽輪機驅動(凝汽式)234.21萬元，小汽輪機驅動(背壓式)149.38萬元，電動機+變頻器驅動105.63萬元。

通過比較可知，采用電動機變頻器驅動初投年分攤費用最低，小汽輪機驅動(背壓式)次之，小汽輪機驅動(凝汽式)最高。

表5 各方案年經濟運行電耗

表6 不同驅動方案下總體收益比較

3 結論

(1) 電動機驅動和小汽輪機驅動方案在技術上都可行，電動機驅動方案在綜合供電標準煤耗方面具有優勢，而且系統簡單、運行可靠；小汽輪機驅動方案在廠用電方面具有優勢，在目前電網發電功率調度模式下收益更高。如果采用關口電量調度，電動機驅動方案則經濟性更優。

(2) 在新的電改形勢下，電力已經開始競價上網，加上電力富裕量大，發電企業的利潤空間變小，應優先考慮降低供電煤耗。

應結合所處的環境、調度方式、煤價、上網電價以及負荷狀況等，綜合分析適合電廠的驅動模式，從而達到壽命期內收益最大化。雖然小汽輪機驅動方案壽命期綜合收益最大，但是當供電利潤降低時，假如調度采用關口功率調度模式，小汽輪機驅動引風機增加的初投資回收年限會更長，壽命期內綜合收益率將是最差的，同時也不符合國家節能減排的政策方針。

(3) 小汽輪機驅動方案在一定邊界條件和國家電網調度政策下可產生經濟效益，另外，總體利用小時數偏低區域，采用一定的小汽輪機驅動引風機技術從社會效益角度判斷不一定是有利的，并且僅在目前的電網調度機制下是有利的;從長遠看引風機小汽輪機驅動方案對發電廠經濟利益的影響還值得商榷。

通過上述論證對比和目前電網調度改革的形勢來看，選擇能耗最低的方式才更具有競爭力，引風機驅動推薦電動機+變頻器驅動方式。

1 楊志春．引風機電機線圈溫度高分析[J]．電力安全技術，2012，14(2)：60-61.

2 中國電力建設專家委員會．創建電力優質工程策劃與控制[M]．北京：中國電力出版社，2014.

3 張 浩．高壓大功率交流變頻調速技術[M]．北京：機械工業出版社，2005.

4 范永春，吳阿峰．1 000 MW燃煤機組鍋爐汽動引風機驅動汽源選擇[J]．中國電力，2011，44(12)：37-41.

5 曾壁群，姚友工，楊 博．汽輪機驅動引風機技術的應用[J]．電力設備，2012，26(1)：30-33.

2016-10-30。

馬永杰(1975—)，男，高級技師，主要從事火力發電廠運行管理及百萬機組的設備選型工作，email：317253568@qq.com。