吕春俊++蔺琪蒙
摘 要：目前电力行业广泛采用的常规汽动引风机在调节风机转速时存在节流损失，部分负荷小机效率很低。针对常规汽动引风机在实际运行中小汽机效率偏低的问题，并结合二次再热机组供热的要求，特提出“汽电双驱”引风机排汽供热方案。“汽电双驱”引风机由电动机直接启动至设计转速，通过可离合定速比齿轮箱无扰接入小汽机后，由小机动能直接驱动引风机，不占用厂用电，而且运行时小机调阀始终保持全开，减小了节流损失，维持了较高的效率，同时富余动能还可以带动电机超过同步转速以异步发电机状态运行，发出的电量通过6kV工作母线传输给厂内其他用电负荷，大大降低厂用电率。另外，小机排汽接至辅汽联箱或直接对外供热，具有较强的供热经济性，达到了既节电又节能的效果。
关键词：汽电双驱 引风机 离合器齿轮箱 供热
中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）08（b）-0110-04
目前已投产的几个二次再热机组普遍存在低负荷欠温的情况，调节手段单一，而热电厂又肩负着供热任务，季节性热负荷与昼夜热负荷均存在波动较大的实 际情况，调节工况更加复杂；二次再热机组设十级回热系统，抽汽供热、辅助蒸汽、除氧器加热等均无合适汽源，在系统设计上均为高品质蒸汽经减温减压后满足热力系统需要，热经济损失大；电力行业广泛采用的常规汽动引风机在调节风机转速时存在节流损失，部分负荷小机效率很低。本文从供热方案及引风机驱动方式的选择结合起来，并针对二次再热机组的特点，研究一个合理的解决方案。
1 供热方案的选择
供热方案应在保证外部供热的前提下保证机组的安全、稳定运行，并兼顾经济性，包括：直接抽汽供热方案及汽动引风机供热方案两种。
1.1 直接抽汽供热方案
优点：（1）技术成熟，系统管路相对简单。（2）投资相对较少，主要是减温减压器费用、管道费用和电气仪表费用。
缺点：（1）直接将高参数蒸汽减温减压，热损失较大，造成能源的直接浪费。（2）当热负荷从夏季到冬季变化较大时，对锅炉再热器受热面影响较大，不利于机组安全稳定运行。
1.2 汽動引风机供热方案
采用汽动引风机，除了降低厂用电、提高对外供电外，汽动风机可采用调速或者定速方式，也可提高机组部分负荷工况时风机的效率。当厂外有热负荷用户时，可将一部分抽汽或排汽引至热网。
回热背压式小汽轮机驱动设备技术是基于回热基本原理，将驱动设备的小汽轮机的排汽和抽汽引到热力循环中，排挤部分过热度较高的主汽轮机抽汽，在回收工质的同时达到提高机组热效率的目的。当厂内或厂外有热负荷用户时，可将一部分抽汽或排汽引至辅汽或热网进行热量回收，减 少冷源损失，从而能够进一步提高热循环效率。
1.3 小结
考虑到供热的可行性、可靠性，机组的安全稳定性、经济性，推荐使用汽动引风机供热。
2 引风机驱动方式的选择
2.1 电动引风机
电力行业引风机的传统驱动方式为电动机驱动，技术成熟可靠。可供选择的风机型式有三类：动叶可调轴流式风机、静叶可调轴流式风机以及双速或变频风机。考虑到调速齿轮箱价格昂贵，设备成本高，变频装置价格昂贵，设备成本、检修费用高，因此，在采用电动引风机的方案时，推荐采用定速电动机驱动+动叶可调轴流风机。
虽然电动引风机方案技术成熟可靠，但电动引风机消耗高品位的电能，而且对名义上承担基本负荷，实际上绝大多数时间运行在部分负荷下的机组来说，电动引风机在部分负荷工况运行下效率偏低，运行经济性较差。
2.2 常规汽动引风机
近年来，为了节省厂用电、增加供电量，已有不少电厂如国电北仑电厂、国电泰州电厂、国电谏壁电厂、华电望亭、华能南通等，对锅炉引风机采用工业汽轮机（小汽机）进行驱动，并已成功投产运行。
由于常规汽动风机可采用调速方式，具有变转速功能，风机的调节主要依靠转速调节来实现，并非像电动风机一样依靠叶片调节来实现。通过调速式静叶风机和动调风机的选型对比来看，两个方案的风机效率相差不大。
考虑到静叶可调轴流式引风机的价格低廉，可采用静叶可调轴流式引风机。在供热量不大的情况下，推荐采用汽动引风机方式。
2.3 “汽电双驱”引风机
为平衡供热量和引风机的功率，提出“汽电双驱”引风机排汽供热技术。该技术方案中的小汽轮机与常规汽动引风机系统保持一致，均采用背压式汽轮机。根据引风机调节方式的不同，“汽电双驱”引风机方案可分为：静叶调速风机方案、定速动叶调节风机方案。
静叶调速风机方案的轴系布置为：发电机（异步）—调速齿轮箱—变速背压小机—定比齿轮箱—调速引风机。定速动叶调节风机方案的轴系布置为：小汽机—定速比齿轮箱—电动/发电机（异步）—定速引风机（为实现简化风机启动条件、小机检修时可单独解列等，小汽机布置于轴系端侧较为合适，同时齿轮箱需带离合器功能）。
静叶调速引风机方案中发电机通过调速齿轮箱与小汽机联接，而调速齿轮箱的传动效率仅有90%（部分负荷时更低），远低于定速比齿轮箱（98%～99%），传动效率损失相对较高。定速动叶可调引风机方案中发电机则可选用定速比齿轮箱实现与小汽机的联接，传动效率相对较高，介于98%～99%。
在同样的进汽量下，定速动调引风机方案由于小汽机向发电机侧传递的功率较高，同时定速比齿轮箱的传动效率也远高于调速齿轮箱，因而发电机的输入功率较高，对应输出的电量增加，降低了厂用电率。同时，调速齿轮箱较定速比齿轮箱价格昂贵，设备成本非常高。由此可见，在经济性方面，定速动叶调节引风机方案更具优势。利用该节能新技术，配套背压式小机，利用小机驱动引风机，将小机排汽对外供热。
（1）进汽调节阀全开，采用小发电机调节轴功率替代小机进汽调阀节流调节轴功率，提高了小汽轮机的运行效率，使其始终在高效区运行，提高设备在低负荷工况的运行经济性。endprint
（2）在启动阶段，电动/发电机为电动机型式，简化风机启动条件，取消启动汽源，节省了启动汽源初投资。
（3））供热方式更为灵活，根据不同热负荷量，引风机可以按照汽动/汽电双驱/电动不同方式运行。
（4）驱动设备备用率高，汽动、电动互为备用，也可同时使用，可靠性高。
2.4 小结
考虑到驱动引风机的可行性、可靠性，机组的经济性，推荐使用“汽电双驱”+定速动叶可调引风机。
3 “汽电双驱”引风机高效供热方案
3.1 方案设想
“汽电双驱”引风机布置顺序依次为汽轮机—齿轮箱（带离合器）—异步电机—引风机。如图2所示。
进汽汽源来一次再热一级再热器出口（参数11.3MPa（数据引用国电宿迁2×660MW机组工程初步设计），538℃），排汽参数为压力1.5MPa、温度350℃，与供热、除氧器加热、辅汽联箱汽源参数匹配。
启动时电动机带引风机运行，离合器处于脱开状态，小汽轮机不跟随转动。抽汽参数满足后，小汽轮机冲转升速至同步转速（750r/mim）附近，在此之前均为电动机驱动状态；离合器啮合后，小汽轮机与电动机、引风机并轴运行。小汽轮机主调门继续开大（直至全开），转速上升，直至超过同步转速，此时为小汽轮机与电动机混合驱动状态；小汽轮机转速继续上升，超过发电机驱动转速，电动机转化为发电机形式运行，此时为小汽轮机驱动状态。此时同轴系统中，小汽轮机负责驱动引风机，而富余功率通过异步发电机将电量送至厂用电系统内消纳。若小汽轮机抽汽不足，转速下降，则发电机转速也下降，低于同步转速后，转化为电动机形式运行，与汽轮机一起驱动引风机运行；小汽轮机转速继续下降，直至低于电动机驱动转速，则小汽轮机与系统脱离，此时由电动机驱动引风机运行。小汽轮机调门根据热负荷（供热量+辅汽用量+除氧器用量）调节蒸汽流量，引风机动叶跟随炉膛负压控制，而整个轴系上不平衡的功率则由电机来负责平衡。以上整个过程全部是自动控制，无需人工干预。
小汽机初步选型表如表1，由于各负荷下小机调阀全开，小机效率相比常规汽动风机有较大提高。通过“汽电双驱”引风机方案，引风机汽轮机主调门始终处于全开状态，效率保持在82%以上，节省了厂用电，提高了供热效率，实现了能量的梯级利用。
3.2 供热工况分析
（1）每台机组设有常规热源和备用热源，基本能够满足对外供热312t/h蒸汽的要求。
（2）两台机组正常运行，合计对外供汽312t/h。
（3）当机组承担的热负荷处于最小热负荷与小机排汽量之间时，小机排汽供热，剩余排汽量回热至回热系统。
（4）当机组承担的热负荷大于小机排汽量时，由二次冷段补充供热。
（5）当一台或多台小机检修时，其余引风机汽电双驱运行，排汽供热，不足供热量由二次冷段补，以满足312t/h的供热需求。
（6）当一台大机检修时，则由另一机组两台小机排汽供热156t/h+二次冷段补汽156t/h，以满足312t/h的供热需求。
（7）两台机组互为备用。
3.3 效益估算
通过“汽电双驱”引风机方案，在保证对外热负荷的情况下，充分利用了供热汽源的做功能力，将抽汽热能转化为汽动引风机的动能并补充部分电能，节省了厂用电，提高了供热效率，实现了能量的梯级利用。
“汽电双驱”引风机方案与电动引风机方案、常规汽动引风机方案相比，每台机组增加投资分别为3160万和1510万元。虽然发电煤耗较后两者高（发电量多），造成燃料费用分别增加1225万和790万元，但由于增加了发电量，厂用电率低，供电煤耗反而低，售电收益较后两者分别增加2934万和1725万元，总利润分别增加1709万和935万元。多出的投资最多1.9年即可收回（按标煤单价750元/t，上网电价0.388元/kW·h计算）。
4 结论
（1）二次再热锅炉再热汽温控制本身是一大难点，再加上供热负荷的不断变化，对锅炉受热面的布置提出了巨大挑战。因此采用供热/回热式汽动引风机技术，热负荷较大时小机排汽供热，热负荷较小时采取剩余引风机小机排汽回热的方式运行，以减少供热量少对锅炉再热器受热面影响，使得机组更加安全稳定运行，避免出现再热汽温欠温现象，提高再热汽温调节的稳定性。
（2）汽动引风机供热方案受热负荷的局限，应用较少，但“汽电双驱”引风机高效供热方案可降低厂用电、提高机组部分负荷工况时风机的效率，同时可以满足供热要求，因此在具备外部条件时建议采用。对外供热机组，理应优先采用背压式小汽机，排汽对外供热。
（3）小机调阀全开，富余动能还可以带动电机超过同步转速以异步发电機状态运行，发出的电量传输给厂内其他用电负荷，大大降低厂用电率，厂用电率仅1.99%（THA工况）。
（4）“汽电双驱”引风机排汽供热技术减小了减温减压供热带来的节流损失，额定供热量下，机组全年加权供电煤耗仅259.3g/kW·h，相比二次冷段减温减压供热方案，供电煤耗降低1g/kW·h。
（5）“汽电双驱”引风机方案的初投资略高，但由于厂用电率的大大降低，多出的初投资1.9年即可回收。
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