引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式比較
潘金謀
關(guān)鍵詞：超超臨界；機(jī)組；引風(fēng)機(jī)；驅(qū)動(dòng)方式；小汽輪機(jī)；經(jīng)濟(jì)比較

1. 前 言
隨著火力發(fā)電廠機(jī)組蒸汽初參數(shù)的提高、機(jī)組容量的增大及電網(wǎng)整體規(guī)模的擴(kuò)大，技術(shù)日趨成熟的600MW級(jí)或更高容量的1000MW級(jí)的超臨界、超超臨界機(jī)組在國(guó)內(nèi)逐漸增多。同時(shí)，高參數(shù)、大容量機(jī)組所配輔機(jī)的容量也隨之增大。
引風(fēng)機(jī)是鍋爐機(jī)組的主要輔機(jī)，是機(jī)組安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備。引風(fēng)機(jī)的功能是抽吸鍋爐燃燒產(chǎn)生的煙氣通過煙囪排放到大氣中。對(duì)于脫硫裝置和主體發(fā)電工程同步建設(shè)、預(yù)留脫硝（SCR）裝置的電廠，引風(fēng)機(jī)選型基本上分3種情況：引風(fēng)機(jī)、脫硫增壓風(fēng)機(jī)分別設(shè)置，同時(shí)按預(yù)留SCR裝置考慮；引風(fēng)機(jī)和增壓風(fēng)機(jī)合并設(shè)置，同時(shí)按預(yù)留SCR裝置考慮（2合1）；引風(fēng)機(jī)和增壓風(fēng)機(jī)合并設(shè)置，同時(shí)按設(shè)置SCR裝置考慮（3合1）。目前，國(guó)內(nèi)已經(jīng)運(yùn)行的600MW級(jí)、1000MW級(jí)機(jī)組均有引風(fēng)機(jī)按2合1、3合1設(shè)置的運(yùn)行業(yè)績(jī)。
1000MW機(jī)組采用3合1配置的單臺(tái)50%容量引風(fēng)機(jī)，其軸功率已高達(dá)8000kW以上，已接近600MW亞臨界機(jī)組的50%汽動(dòng)給水泵的軸功率。已成為電廠最大的廠用電負(fù)荷。
大功率的電站輔機(jī)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)還是小汽機(jī)驅(qū)動(dòng)，一直是人們討論的話題。特別是目前國(guó)內(nèi)大部分電網(wǎng)的調(diào)度特點(diǎn)是按發(fā)電機(jī)端的輸出功率（銘牌功率）進(jìn)行調(diào)度。減少?gòu)S用電耗能、增加機(jī)組的凈供電量、提高電廠的收益一定程度上已成為企業(yè)所追求的目標(biāo)。合理選擇引風(fēng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式也是電站設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容之一，對(duì)電廠安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起著重要的作用。
本文針對(duì)1000MW機(jī)組的設(shè)計(jì)運(yùn)行條件，對(duì)引風(fēng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行初步的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，并提出建議。

2. 引風(fēng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式與引風(fēng)機(jī)形式的關(guān)系
引風(fēng)機(jī)由于風(fēng)量、風(fēng)壓、變工況運(yùn)行及經(jīng)濟(jì)性的要求，其形式有動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)、靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)和離心風(fēng)機(jī)。由于百萬機(jī)組風(fēng)量較大，離心風(fēng)機(jī)受到設(shè)備尺寸、材料強(qiáng)度和占地面積的限制，難于繼續(xù)擴(kuò)大容量，故一般難以選用離心風(fēng)機(jī)。而軸流風(fēng)機(jī)增加流量具有較大潛力，可以滿足大容量機(jī)組的需要。因此風(fēng)機(jī)本身均采用了定轉(zhuǎn)速方式，配電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。80年代以來我國(guó)引進(jìn)丹麥、德國(guó)等國(guó)家專利技術(shù)生產(chǎn)的軸流風(fēng)機(jī)，已廣泛應(yīng)用在300MW、600MW和1000MW等級(jí)機(jī)組的鍋爐風(fēng)機(jī)上。風(fēng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式與引進(jìn)的技術(shù)一致，采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變。
如果考慮變轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)方式，可采用調(diào)速風(fēng)機(jī)，采用汽輪機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式。在低負(fù)荷時(shí)風(fēng)機(jī)效率又可得到進(jìn)一步提高。
對(duì)于采用汽動(dòng)驅(qū)動(dòng)的引風(fēng)機(jī)，可采用調(diào)速風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)選型考慮如下因素：
2.1 動(dòng)調(diào)軸流風(fēng)機(jī)臨界轉(zhuǎn)速較低，葉片窄而長(zhǎng)，其固有頻率偏低而且需要避開的頻率密集，對(duì)速度調(diào)節(jié)相當(dāng)敏感，如采用調(diào)速方式時(shí)，一般風(fēng)機(jī)葉片也是定角度運(yùn)行。
2.2與動(dòng)調(diào)風(fēng)機(jī)比較，靜調(diào)風(fēng)機(jī)臨界轉(zhuǎn)速高，葉片采用寬而短的等強(qiáng)度葉片，其固有頻率十倍于設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速甚至更高，對(duì)速度調(diào)節(jié)的適應(yīng)性好，可采用變速汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)。
綜上所述，采用汽動(dòng)驅(qū)動(dòng)一般均考慮風(fēng)機(jī)變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，引風(fēng)機(jī)宜配靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)。采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)的引風(fēng)機(jī)均為定轉(zhuǎn)速風(fēng)機(jī)，本文按照靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行比較。
3 引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式配置方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析
一般方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較，既可以采用鍋爐BMCR工況的蒸發(fā)量相同（定流量），也可以采用汽輪發(fā)電機(jī)組的出力相同（定功率）的方法。本章節(jié)按2種模式分別比較。
3.1 初投資比較
3.1.1 機(jī)組運(yùn)行模式
如果機(jī)組每年運(yùn)行7500h，發(fā)電利用5000h，則機(jī)組運(yùn)行模式按以下方式：
序號(hào) 負(fù)荷 年小時(shí)數(shù)
1 100% 1365h
2 75% 4000h
3 50% 2200h

3.1.2 設(shè)備配置
3.1.2.1 電動(dòng)引風(fēng)機(jī)方案
電動(dòng)引風(fēng)機(jī)方案配置一般為：設(shè)2臺(tái)50%容量的靜調(diào)軸流風(fēng)機(jī)，配2臺(tái)功率約為9100kW電動(dòng)機(jī)，不需要小汽輪機(jī)及其輔助設(shè)施，系統(tǒng)簡(jiǎn)單。
3.1.2.2 汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)方案
汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)方案配置為：設(shè)2臺(tái)50%容量的靜調(diào)軸流風(fēng)機(jī)，配2臺(tái)驅(qū)動(dòng)小汽輪機(jī)。每臺(tái)小汽輪機(jī)配置1套雙級(jí)減速齒輪箱，1臺(tái)小凝汽器和排汽蝶閥，2臺(tái)小機(jī)凝結(jié)水泵及獨(dú)立的小機(jī)抽真空系統(tǒng)，1套小機(jī)凝汽器膠球清洗系統(tǒng)及小機(jī)供汽系統(tǒng)。
目前，國(guó)內(nèi)1000MW機(jī)組50%容量引風(fēng)機(jī)采用小汽機(jī)驅(qū)動(dòng)的配置形式已有訂貨業(yè)績(jī)，沒有運(yùn)行業(yè)績(jī)。
驅(qū)動(dòng)引風(fēng)機(jī)的小汽機(jī)轉(zhuǎn)速較高約為6000r/min，汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)的連接方式是通過齒輪箱減速后與引風(fēng)機(jī)相連。引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速較低，約為745r/min。因此，引風(fēng)機(jī)與小汽機(jī)之間存在較大的轉(zhuǎn)速比（7.0~7.3），所配置的減速齒輪箱需同時(shí)滿足大功率、高轉(zhuǎn)速（輸入端）、大速比的要求，可能要選擇高可靠性的進(jìn)口產(chǎn)品，也可采用國(guó)產(chǎn)的二級(jí)減速齒輪箱。減速齒輪箱效率一般為97%~95%。
汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)的正常工作汽源來自主汽輪機(jī)的4段抽汽，蒸汽通過小汽輪機(jī)作功后排入獨(dú)立的凝汽器冷卻，凝結(jié)水經(jīng)過小機(jī)凝結(jié)水泵送入主凝結(jié)水系統(tǒng)。小機(jī)凝汽器的冷卻水水源來自于主機(jī)凝汽器循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。
為滿足小汽機(jī)的正常檢修維護(hù)要求，需考慮設(shè)置20t左右的電動(dòng)雙梁橋式起重機(jī)，小汽機(jī)布置時(shí)要考慮設(shè)置足夠的空間和場(chǎng)地，以滿足小汽機(jī)的檢修維護(hù)。
汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)方案的主汽輪機(jī)增加了小汽輪機(jī)的抽汽后，其進(jìn)汽量將要增加。這時(shí)主機(jī)組配置和出力有以下2種情況：
1）機(jī)組的主蒸汽流量不變，汽輪機(jī)和鍋爐的其它輔助設(shè)備的容量則可近似認(rèn)為不變，但機(jī)組的額定出力要減少。
2）機(jī)組的額定出力不變，機(jī)組的主蒸汽流量則需要增大，相應(yīng)的汽輪機(jī)和鍋爐的相關(guān)輔助設(shè)備的容量也需要增大。
汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)方案的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)增加了風(fēng)機(jī)小機(jī)凝汽器的冷卻水量，理論上機(jī)組的循環(huán)冷卻水泵及循環(huán)冷卻水管道也相應(yīng)增加。
3.1.3 初投資比較
綜合以上幾方面因素，風(fēng)機(jī)均為靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)，兩方案中不考慮風(fēng)機(jī)投資差異。汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)方案和電動(dòng)引風(fēng)機(jī)方案的初投資分別按定流量和定功率兩種模式的比較見下表：
汽動(dòng)和電動(dòng)引風(fēng)機(jī)方初投資比較表（定流量、2臺(tái)機(jī)組量）
序號(hào) 項(xiàng) 目 單位 汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)方案 電動(dòng)引風(fēng)機(jī)方案 差額（汽-電）
1 小汽機(jī)設(shè)備 萬元 4000
2 小汽機(jī)土建、安裝、調(diào)試、檢修等費(fèi)用 萬元 1000
3 電機(jī)設(shè)備及安裝 萬元 1000
4 小汽機(jī)凝泵、真空泵和膠球清洗等設(shè)備及其系統(tǒng)設(shè)施 萬元 120
5 冷卻系統(tǒng)設(shè)備及管道 萬元 150
6 電氣系統(tǒng) 萬元 500
合 計(jì) 萬元 5270 1500 3770

3.2 運(yùn)行費(fèi)用比較
3.2.1 運(yùn)行費(fèi)用
3.2.1.1 主蒸汽流量相同，額定出力不同
由于主蒸汽流量不變，汽輪機(jī)和鍋爐的其它輔機(jī)電耗可近似認(rèn)為不變，同時(shí)年耗煤量也近似認(rèn)為不變。
汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)方案在同樣的主蒸汽流量下，由于汽機(jī)需要增加一路到引風(fēng)機(jī)小汽機(jī)的蒸汽量，機(jī)組額定出力有所降低。
汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)方案的額定出力相同，主蒸汽流量不同廠用電耗包括小機(jī)供油裝置、小機(jī)凝結(jié)水泵、小機(jī)機(jī)械真空泵和循環(huán)水系統(tǒng)等設(shè)備的電耗。電動(dòng)引風(fēng)機(jī)方案只有引風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的電耗。
汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)方案增加了小凝汽器等冷卻設(shè)備，全廠循環(huán)冷卻水量增加約5000t/h。循環(huán)水量增加，由于采用海水冷卻，不存在冷卻水塔的蒸發(fā)、風(fēng)吹和排污等損失，全廠補(bǔ)水不增加。
以上各項(xiàng)因素匯總?cè)缦卤恚?臺(tái)機(jī)組）：
序號(hào) 項(xiàng) 目 單位 汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)方案 電動(dòng)引風(fēng)機(jī)方案 差值
1 廠用電負(fù)荷 kW 960 21462 -20502
2 額定工況出力 MW ~2×1051.013 2×1061.995 -21.964
按照年利用小時(shí)數(shù)5000h計(jì)算，若采用汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)方案，2臺(tái)1000MW級(jí)機(jī)組年廠用電耗減少約9926×104kWh。但與電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的引風(fēng)機(jī)比較，汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)方案每年少發(fā)電約10982×104kWh。
從能量轉(zhuǎn)換角度看，引風(fēng)機(jī)由汽機(jī)驅(qū)動(dòng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)能量的轉(zhuǎn)換效率基本相當(dāng)。但由于小汽機(jī)的效率低于主機(jī)的低壓缸效率，又增加了齒輪箱轉(zhuǎn)換的效率降低因素，因此，電機(jī)驅(qū)動(dòng)的效率略高些。
3.2.1.2 額定出力相同，主蒸汽流量不同
采用汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)方案，由于主機(jī)增加了抽汽量，機(jī)組在額定出力下，主蒸汽流量需加大，鍋爐及其相關(guān)輔助設(shè)備的容量也相應(yīng)加大，汽輪機(jī)和鍋爐的相關(guān)輔機(jī)電耗將增大，同時(shí)年耗煤量也將增加。
假定機(jī)組的額定出力為1000MW。
以上各項(xiàng)因素匯總?cè)缦卤恚?臺(tái)機(jī)組）：
序號(hào) 項(xiàng) 目 單位 汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)方案 電動(dòng)引風(fēng)機(jī)方案 差值
1 廠用電負(fù)荷 kW 960+650 21462 -19852
2 發(fā)電標(biāo)煤耗率 kg/kWh 0.27131 0.26851 0.0028
3 年發(fā)電標(biāo)煤耗量 ×104t 288.12 285.15 2.97
4 供電標(biāo)煤耗率 kg/kWh 0.27957 0.27938 0.00019
按照年利用小時(shí)數(shù)5000h計(jì)算，若采用汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)方案，2臺(tái)1000MW機(jī)組年廠用電耗減少約9926×104kWh。但與電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的引風(fēng)機(jī)比較，汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)方案每年多耗標(biāo)準(zhǔn)煤約2.97×104t。

3.3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較
考慮機(jī)組額定出力相同時(shí)，采用汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)方案，2臺(tái)機(jī)組每年需多耗標(biāo)準(zhǔn)煤約2.97×104t，如果標(biāo)煤價(jià)按1000元/t，折合人民幣約2970萬元。同時(shí)可減少?gòu)S用電約9926×104kWh，上網(wǎng)電價(jià)按413元/MWh（含稅）計(jì)算，相當(dāng)于2臺(tái)機(jī)組每年可增加供電收入約4099萬元�？鄢�增加的煤耗成本2970萬元，2臺(tái)機(jī)組每年可增加毛利潤(rùn)約1129萬元。2臺(tái)機(jī)組初投資增加約3770萬元，若不考慮費(fèi)率的影響，約3.5年可收回成本。因此，盡管汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)方案的年燃煤費(fèi)用、初投資均高于電動(dòng)引風(fēng)機(jī)方案，但汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)方案節(jié)省了廠用電，使上網(wǎng)電量增加了，故電廠全年收益好。

4 結(jié) 論
根據(jù)以上的分析比較，可得到以下結(jié)論：
4.1 引風(fēng)機(jī)采用小汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，可減少?gòu)S用電的消耗。特別是當(dāng)工程采用3合1式的超大功率的引風(fēng)機(jī)時(shí)，不僅可以大大降低廠用電率，還可能影響高壓廠用電電壓等級(jí)的確定。
4.2在電網(wǎng)按發(fā)電機(jī)端的輸出功率（銘牌功率）進(jìn)行調(diào)度的前提下，汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)方案的年運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性好于電動(dòng)引風(fēng)機(jī)方案。
4.3 由于小汽機(jī)加變速齒輪的傳動(dòng)效率低，采用汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)方案的全廠效率并不會(huì)比電機(jī)方案的全廠效率高。
4.4與電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的引風(fēng)機(jī)比較，采用汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)方案，所配小汽輪機(jī)的輔助設(shè)備多，系統(tǒng)復(fù)雜，在設(shè)備布置上存在一定困難。同時(shí)需要另外占用較多的布置空間和檢修空間，增加了一部分運(yùn)行檢修維護(hù)工作量和費(fèi)用。

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