高溫風機的汽電雙拖動技術研究

胡希栓，肖 陽

1 前言

國內早期的水泥窯余熱發電站因技術條件、裝備水平、操作水平所限，裝機規模較低。以5 000t/d生產線為例，早期設計建設的余熱發電站的裝機規模一般為7.5MW。隨著水泥企業對余熱發電系統理解的加深，水泥窯結合余熱發電站的技術越來越成熟，現在設計建設的余熱發電站的規模一般為9MW。一些早期建成的、裝機容量較小的余熱發電站，因余熱鍋爐產汽量增大，就會發生汽輪發電機組超發的情況。該情況的出現是因為，一方面汽輪發電機組長期處于額定工況以上工作，給機組運行帶來安全隱患；另一方面，為了保證汽輪發電機組的安全運行，不得不人為降低余熱鍋爐的產汽量，造成余熱資源的浪費。為了解決這一問題，水泥企業可采用如下方案：（1）將原有裝機小的汽輪發電機組更換為裝機大的汽輪發電機組；（2）在保留原有汽輪發電機組的前提下，增加一臺小的汽輪發電機組，使余熱資源得到充分利用。以上兩種方案各有優缺點，本文在此不展開論述。

本文旨在介紹一種新的余熱利用技術——汽電雙拖動高溫風機技術。此技術一方面解決余熱鍋爐的多余蒸汽利用問題，另一方面蒸汽的熱能可直接轉化為拖動高溫風機的機械能，提高了能量轉化效率。從能源有效利用的角度分析，電動機拖動轉動設備經過以下能量轉換環節：蒸汽—汽輪機—發電機—電力傳輸網絡—電動機—轉動設備；汽輪機拖動轉動設備經過以下能量轉換環節：蒸汽—汽輪機—轉動設備。兩相比較，汽輪機直接拖動轉動設備減少了能量轉換的中間環節，其能源的有效利用率更高。高溫風機的電機拖動和汽輪機拖動的自由轉換，不會影響水泥窯系統的正常生產，為有需要的水泥熟料生產企業提供了一種可選擇的技術方案，充分利用了系統多余蒸汽節電，實現了能量綜合利用，從而給企業帶來豐厚的經濟效益。

2 汽電雙拖動高溫風機的技術路線

目前汽電雙拖動高溫風機主要有以下兩種技術形式：

方案一：汽輪機和電動機同側拖動高溫風機；

方案二：汽輪機和電動機對側拖動高溫風機。

2.1 各方案的配置及改造

2.1.1 方案一的配置和改造

方案一，拖動機組主要由工業拖動汽輪機、齒輪減速箱、變速離合器、電動機、風機等組成。按照實際情況，將高溫風機電動機改造成雙出軸形式，將汽輪機與電動機布置在同側驅動高溫風機。其中，低速聯軸器為膜片聯軸器，3S離合器可以保證在汽輪機不做功的情況下，將其解列出系統，降低電動機拖動負荷。

2.1.2 方案二的配置和改造

方案二，拖動機組主要由工業拖動汽輪機、齒輪減速箱、超越離合器、風機、超越離合器、電機等組成。按照實際情況，將高溫風機改造成雙出軸形式，將汽輪機與電動機布置在風機的兩側驅動轉動設備。其中，低速聯軸器為膜片聯軸器，風機兩側均布置超越離合器，可以保證在汽輪機或電動機不做功的情況下，將其解列出系統。

2.2 兩種方案的優缺點比較（表1）

3 高溫風機汽電雙拖動的工作流程

表1 兩種方案的優缺點比較

3.1 由電動機拖動切換至汽輪機拖動的過程

（1）電動機拖動運行設備平穩運行，汽輪機暖機沖轉并具備啟動條件，蒸汽參數滿足汽輪機帶負荷要求；

（2）汽輪機啟動并逐步增加負荷，此時電動機不做調整，高溫風機由汽輪機和電動機同時拖動；

（3）增加汽輪機負荷至可以單獨拖動運行設備（此過程中電動機電流逐步下降，由于異步電動機與電網相聯，其轉速決定于電網頻率）；

（4）電動機電流降至某一定值時，人工解列電動機，實現切換至汽輪機拖動。

3.2 由汽輪機拖動切換至電動機拖動的過程

（1）與電網協調準備完畢，啟動電動機（注意觀測此時電流，此時電動機和汽輪機同時拖動）；

（2）緩慢降低汽輪機負荷至汽輪機完全脫開。

3.3 自動控制部分

（1）汽輪機ETS功能在高溫風機的PLC系統完成；

（2）汽輪機505系統裝于PLC柜上，注意PLC柜的散熱能力；

（3）運行設備控制室操作臺上安裝停機按鈕；

（4）兩個停機按鈕分別用于緊急停汽輪機或電動機，另一個按鈕用于緊急啟動直流油泵。

表2 汽力拖動投運前（2016年8月）電耗統計表

表3 汽力拖動投運后（2017年8月）電耗統計表

3.4 汽輪機和電動機轉速的調節

汽輪機拖動風機時，根據生產線DCS提供的風機轉速給定值，通過汽輪機505系統調節風機轉速，進而保證風機入口負壓的穩定，實現生產系統的穩定運行；電動機拖動風機時，根據生產線DCS提供的風機轉速給定值，通過變頻器調節其轉速，進而保證設備入口負壓的穩定，實現生產線系統的穩定運行。

3.5 富余蒸汽量的利用

蒸汽量富余時，如果余熱鍋爐所產生的蒸汽進入汽輪機，拖動高溫風機正常運行的情況下，仍有一定量的富余蒸汽，則這部分富余的蒸汽可以進入原余熱電站汽輪發電機，使其轉變為電能。

4 意義及前景

從表2、表3可以看出，在不考慮線損等因素下，電耗降低10.76kWh/t熟料，按照日產熟料5 700t計算，日節電量61 000kWh左右，減掉余熱鍋爐、循環水等輔助設施用電量，日節電56 000kWh。當量法計算折合標準煤約6.89t/d，減少溫室氣體CO2、NOX等排放約17.17t/d，節約電費2.91萬元/d，噸熟料生產成本降低約5元。無論是從節能減排保護環境，還是公司運營“增節降”方面來說，意義都非常大。■