引风机驱动方式的能效分析

吴 斌

(江苏省电力设计院，江苏 南京 211102)

我国是目前世界上最大的煤炭生产国和消费国，环境和资源压力决定了节能减排将是我国长期的、基本的国策。各发电公司为了执行国家政策、降低发电煤耗、提高经济效益，对火力发电系统和设备采取了大量的节能减排优化措施。其中，改变引风机驱动方式，将引风机由电动机驱动变为小汽机驱动，是目前少数电厂采取的优化措施之一。引风机采用小汽机驱动后，将节省数量可观的厂用电，增加电厂的对外售电量，无疑会提高电厂的售电收入。但本文的重点是以某1000MW工程为例，从能源转换的角度，对引风机各种不同的驱动方式进行定量的对比分析，得出各种驱动方式的节能效果，供业内参考。

1 引风机驱动方式

目前电力行业的引风机绝大多数采用传统的电动机驱动方式。近年来，少数电厂采取优化措施，对1000MW等级的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。各厂采用的小汽机型式和系统又有所不同，有的采用纯凝式汽轮机及其系统，如；华能海门电厂一期工程；有的采用背压式汽轮机及其系统，如国电北仑三期改造工程。引风机驱动方式主要有以下三种：

①电动机驱动

②纯凝式小汽机驱动

③背压式小汽机驱动

下面以某1000MW工程为例，将电厂看成一个整体系统，把各种驱动方式置于同等原始条件下比较，即各驱动方式下全厂输入能量相同，锅炉蒸发量、汽机进汽量都是相同的，比较全厂供电量的变化。对于电动机驱动方式，计算出电动机的耗电量即为机组供电量的损失；对于小汽机驱动方式，计算出因小汽机用汽而减少的机组发电出力，视为该方式的等效耗电功率，从而计算出机组供电量的损失。最后分析对比引风机各种驱动方式所需的耗电功率和节能效果。

2 参考工程概况

某工程新建2×1000MW超超临界燃煤机组。锅炉采用东方锅炉股份有限公司生产的超超临界参数、前后墙对冲燃烧、固态排渣、单炉膛、一次再热、平衡通风、П型布置直流锅炉。汽机选用上海电气集团股份有限公司生产的超超临界、一次再热、单轴、四缸四排汽、双背压、凝汽式机组，型号为N1030-27/600/600。发电机为上海汽轮发电机有限公司设计制造的水氢氢冷却、无刷励磁汽轮发电机，效率98.98%。

机组运行模式见表1。

表1 机组年运行模式

机组缸效见表2。

表2 机组缸效

每台锅炉引风机与脱硫增压风机合并设置，配两台50%容量的静叶可调轴流风机。引风机各工况的参数见表3。

表3 引风机各工况参数表(设计煤种)

3 电动引风机耗能计算

根据引风机各工况下轴功率、机械效率、电机效率可计算出风机实际耗电量，也是机组损失的电出力和供电量，见表4。

表4 单台电动引风机各工况耗电

表4续

4 纯凝式汽动引风机耗能计算

小汽机汽源来自主机四级抽汽，背压5.7kPa。

引风机采用小汽机驱动后，相当于全程调速，因此引风机在部分负荷下仍能保持高效率运行，节能效果显著。根据风机轴功率、机械效率、小汽机效率计算出小汽机进汽量，进一步计算出机组因抽汽供小汽机而减少的等效耗电功率和年等效耗电量，见表5。

表5 单台纯凝式汽动引风机各工况耗能

5 背压式汽动引风机耗能计算

小汽机汽源来自主机高压缸排汽，小汽机排汽排入除氧器加以利用。该方案节省了凝汽器及相应配套设施，系统相对简单。但由于抽取高压缸排汽后，会影响到机组的回热和再热系统，对锅炉各受热面的吸热分配也产生影响，因此该方案要与主机厂配合实施，高排抽汽量不宜过大，对1000MW级机组，不宜超过150t/h。

同样，根据风机轴功率、机械效率、小汽机效率计算出小汽机进汽量，进一步计算出机组因抽汽供小汽机而减少的等效耗电功率和年等效耗电量，见表6。

表6 单台背压式汽动引风机各工况耗能

6 引风机不同驱动方式能耗对比

通过上面的计算可知，在设定的年运行模式下，背压式汽动引风机年等效耗电量最少，电动引风机和纯凝式汽动引风机耗电量相当。

电动引风机的能源利用转换流程为：蒸汽热能→汽轮发电机组输出电能→电动机输出动能→驱动引风机。该方式优点是汽轮发电机组、电动机的能源转换效率较高，缺点是定速引风机在低负荷时的效率很低。

纯凝式汽动引风机能源利用转换流程为：蒸汽热能→小汽轮机输出动能→驱动引风机。该方式优点是引风机采用变速运行，在低负荷时仍能保持很高效率，节能效果显著。缺点是小汽轮机相对内效率比主机低10%～20%，热功转换效率偏低。

背压式汽动引风机能源利用转换流程为：①蒸汽热能→小汽轮机输出动能→驱动引风机；②小机排汽热能→除氧器加热→排挤部分四级抽汽→汽轮发电机组输出电能。该方式优缺点同纯凝式汽动引风机，不同的是小汽机排汽较低品质的蒸汽替换了较高品质的蒸汽进主机做功，使得该方式的综合效率有了进一步提高。

图1 引风机不同驱动方式等效耗电功率对比图

引风机不同驱动方式等效耗电功率对比见表7和图1。

表7 引风机不同驱动方式等效耗电功率对比(单台风机/kW)

通过上面的图表可知，三种驱动方式中，背压式汽动引风机各工况等效耗电功率最低，是节能效果最好的一种节能方式。与纯凝式小汽机相比，假设背压式小汽机排汽进入主机继续作功，由于主机效率高、背压低，因此这部分汽流比在纯凝式小汽机中作功的冷源损失要低，效率显然要高于纯凝式小汽机驱动方式(见图1中的假想线)。如果利用背压式小汽机排汽(THA工况：1.1825MPa，199.8℃)加热除氧器，则可以排挤更高品质的四级抽汽(1.075MPa，361.9℃)去主机作功，将进一步提升节能效果(见图1中的曲线3)，使得主机损失的轴功率比小汽机驱动引风机需要的轴功率还低，值得关注。

7 结论

(1)引风机采用小汽机驱动，节能主要体现在机组低负荷时，引风机通过调速运行，仍能保持很高的效率，节能效果显著。

(2)引风机驱动方式中，采用背压式小汽机节能效果最好。

(3)THA工况下，电动引风机比纯凝式汽动引风机节能效果好；50%THA工况下，纯凝汽动引风机比电动引风机节能效果好。综合分析，采用纯凝式汽动引风机节能效果并不显著，如果机组运行负荷率水平较高，甚至不节能。

(4)从节能角度出发，应优先选择背压式汽动引风机。选择纯凝式汽动引风机方案时，要结合机组的负荷率水平进行综合分析后确定。

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