汽动式引风机在超临界350 MW机组上的应用

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(1.北京国际电气工程有限责任公司，北京 100041;2.河北建投任丘热电有限公司，河北 任丘 062550； 3.国网河北省电力公司电力科学研究院，石家庄 050021)

0 引 言

根引风机是锅炉机组的主要辅机，是机组安全和经济运行的关键设备。大功率的电站辅机采用电机驱动还是小汽机驱动，一直是人们讨论的话题。特别是目前国内大部分电网的调度特点是按发电机端的输出功率(铭牌功率)进行调度。减少厂用电耗能、增加机组的净供电量、提高电厂的收益一定程度上已成为企业所追求的目标。合理选择引风机的驱动方式也是电站设计的主要内容之一,对电厂安全、稳定和经济运行起着重要的作用[1-3]。

1 设计条件

内蒙古某热电厂2×350 MW机组工程拟按安装超临界、燃煤、间接空冷机组，采用汽动给水泵，每台锅炉配置2台引风机，系统阻力包括锅炉本体阻力2 800 Pa，预留SCR阻力1 000 Pa，电布除尘器阻力1 200 Pa，脱硫系统按配置GGH考虑，阻力3 500 Pa，风机初步选型参数见表1。

表1 引风机选型主要参数

2 引风机的驱动方式与引风机形式的关系

引风机由于风量、风压、变工况运行及经济性的要求，其形式有动叶可调轴流风机、静叶可调轴流风机和离心风机。

动叶可调轴流风机和静叶可调轴流风机本身具备调节功能，其工况调节属于定速调节。均是在运行中风机转速不变，动叶可调轴流风机通过改变动叶片角度，静叶可调轴流风机通过改变入口静叶的角度来改变风机的性能曲线形状，使工作点位置改变，从而实现工况调节的。

离心式风机本身不具备调节功能，其结构简单、运行可靠。运行点与设计值一致时，在性能曲线高效区，风机效率较高；若运行点偏离设计值时，风机效率下降较快，风机效率较低。

对于风机的调节形式而言，速度调节的节能效果较好。因为速度调节时风压与流量成二次曲线关系，与风机系统阻力特性吻合，风机可以始终运行在最高效率线上，整体效率最高。速度调节又有液力偶合器调节、变频调速及小汽机调速等技术。液偶技术相对成熟，但液偶故障率偏高，且自身热效应导致其实际效率偏低，节能效果不理想；大功率高压变频器进入电力市场时间不长，可靠性尚需检验，且工频与变频之间尚不能自由切换，而且切换时对电网冲击较大，易引起电网波动。与液偶及变频调速比较，小汽机调速更加稳定可靠。

小汽机调速已大量应用于泵的调节，其实际运行情况与风机类似，理论机理相同。

对于采用小汽轮机驱动的变转速调节引风机，风机选型考虑如下因素：

(1)动调轴流风机临界转速较低，叶片窄而长，其固有频率偏低而且需要避开的频率密集，对速度调节相当敏感，如采用调速方式时，一般风机叶片也是定角度运行，不推荐采用调速方式。

(2)与动调风机比较，静调风机临界转速高，叶片采用宽而短的等强度叶片，其固有频率十倍于设计转速甚至更高，对速度调节的适应性好。对本工程而言，选型受到制约，无法采用。

(3)定速离心风机带基本负荷时，风机效率稳定；偏离设计点时，效率较低。在采用变速技术后，效率有所保证。

综上所述，采用汽动驱动风机变转速调节，引风机推荐采用离心风机。在低负荷时可降低风机转速，对风机运行效率、寿命、噪音及可靠性、安全性都大有好处。故汽动引风机方案推荐采用小汽轮机变转速驱动离心风机。

3 引风机采用小汽机驱动的方案

引风机采用小汽轮机驱动的方案按小汽机型式的不同有两种方案选择：一种是汽源采用主机的四段抽汽，排汽至小汽机凝汽器，经小机凝结水泵将凝结水打入主机凝汽器，即凝汽式小汽机方案；另一种是汽源采用锅炉低温再热器出口的再热蒸汽，小汽机排汽至除氧器或5号低加或主机中低压缸联通管，即背压式小汽机方案。

3.1 凝汽式小汽机方案

凝汽式小汽机方案是采用四段抽汽作为引风机驱动汽轮机的汽源，四段抽汽经小汽机做功后排汽至小汽机凝汽器，排汽在凝汽器中被循环水冷却后的凝结水由小机凝结水泵输送至主机凝汽器热井中，循环水由自然通风空冷塔或机械通风空冷塔冷却。为保证启动和低负荷时的汽源供应，小汽机进汽另从辅助蒸汽联箱接出一路，正常运行时小汽机工作汽源来自主汽轮机四段抽汽，启动和低负荷时汽源来自辅助蒸汽。

方案系统复杂，需增加轴封供汽系统、凝结水系统、抽真空系统、凝汽器等，但系统相对比较独立，受主汽轮机热力系统的影响较小。

方案需注意的问题如下：

(1)采用凝汽式小汽轮机驱动引风机，系统稍复杂，需增加轴封系统、凝结水系统、抽真空系统、凝汽器等，但系统相对独立，均属成熟系统，在设计和运行上都有很多经验。方案在设计上还需要考虑汽源问题和小汽机与引风机的匹配问题。

(2)因引风机距离主厂房汽源点较远，汽源的稳定性是至关重要的问题。根据经验，引风机小汽轮机在40%THA以上负荷都可以采用四段抽汽驱动，这样，在一般运行情况下，不需要与冷段或辅汽进行切换，汽源是比较稳定的，在40%THA以下需切换成辅汽或冷段时需要注意阀门切换的控制问题，通过一定的控制策略，基本可以保证汽轮机的平稳运行，但需要不断摸索，初期可能存在一定的风险。

(3)小汽机凝汽器的循环冷却水冷却方式可以有两个选择：循环冷却水进入主机自然通风间冷塔冷却和进入辅机机械通风间冷塔冷却。如采用主机的自然通风间冷塔冷却，容易受外界气象条件影响，小机为高背压、变背压小机，在背压变化时存在和主机及给水泵汽轮机用汽控制协调问题，有一定的运行风险。如采用机械通风间冷塔，小机为低背压小机，且背压受外界气象条件影响相对较小，但成本增加较大，厂用电负荷会稍高。此问题需要水工专业再下阶段核算并与业主方讨论确定。专题暂按小机循环冷却水由主机自然通风间冷塔冷却考虑。

(4)由于引风机的转速较低，驱动引风机的小汽机转速较高，汽动引风机需通过齿轮箱减速后与引风机相连，引风机与小汽机之间存在较大的转速比(一般约为6～7)，所配置的减速齿轮箱需同时满足大功率、高转速(输入端)、大速比的要求，为保证性能，目前一般采用进口的、可靠性较高的星形齿轮，成本也相应提高。

(5)另外，由于采用变速齿轮连接，小汽轮机在调试和启动初期，风机均跟着小汽轮机一起转动，在一台引风机运行，一台引风机调试或在启动初期时，风机可能会产生鼓风效应而发热，为此，需设置旁路管道解决。

3.2 背压式小汽机方案

背压式小汽机方案是采用主机再热蒸汽作为引风机驱动汽轮机的汽源，再热蒸汽经小汽机做功后排汽至除氧器或5号低加或主机中低压缸联通管，系统比较简单，但与主汽轮机的热力系统关系较紧密，对控制系统要求较高，且使得机组的控制方式和控制逻辑变得复杂，特别是变工况时更为突出。另外小汽机本体的疏水和汽封漏汽凝结水需经专门的收集水箱经泵打回主汽轮机凝汽器。

根据锅炉厂的反馈意见，采用背压式方案，从低温再热器出口抽汽对于锅炉再热器出口汽温的控制有一定的影响，变负荷时有可能会增大减温水量，降低机组的经济性，但通过适当的措施，也可解决，对锅炉的影响也基本是可控的，对控制的要求可能会高一些。

对于小汽机排汽主机中低压缸联通管，由于工程为供热机组，中压缸排汽本身采用需要用中低压缸联通管上的调节阀来调节采暖蒸汽，如再增加引风机小汽机的排汽，对机组中压缸排汽的控制将带来风险。

4 引风机采用小汽机驱动的方案比较

通过上述对引风机小汽轮机的两种方案分析，总结出两种方案的优缺点见表2。

表2 引风机采用小汽机驱动的方案比较

5 小 结

鉴于背压式方案对主机热力系统的影响较大，控制较复杂，考虑到发电机组运行的稳定性、可控性，工程引风机汽动驱动方案采用凝汽式小汽机方案。

[1] 吴金卓，马 琳，林文树.生物质发电技术和经济性研究综述[J].森林工程，2012，28(5)：102-106.

[2] 王贺岑，白红涛，许明峰，任利明.锅炉引风机选型改造的可靠性分析[J].中国电力，2010(1)：51-55.

[3] 马晓珑，刘超.超超临界1 000 MW机组采用汽轮机驱动引风机的可行性[J].热力发电，2010(8)：57-60.