柳 桐

(华电电力科学研究院东北分院，沈阳 110000)

电站引风机汽轮机驱动可行性分析

柳 桐

(华电电力科学研究院东北分院，沈阳 110000)

在当前节能减排的大背景下，引风机的耗电问题越来越引起大家的广泛关注，而其又与风机的驱动方式有着很大的关系。文中通过对比电机直接驱动、电机带变频器驱动及汽轮机驱动的优缺点和经济性，从而比较全面、合理地为选择驱动风机的方案提出科学的分析依据。

引风机；驱动方式；汽轮机驱动；电动机驱动；变频器

0 引 言

在火力发电厂中送、引风机是首要的耗电大户，其耗电量约占总发电量的2%以上。而引风机作为火力发电厂最耗电设备之一，随着机组容量的增大、引风机电机容量也大幅增加[1]。因此，根据不同机组容量及运行方式来选择合适的驱动风机的方案，以达到最大的经济效果，是许多国家在发展电站建设中十分感兴趣的研究项目之一，文中通过对比电机直接驱动、电机带变频器驱动及汽轮机驱动的优缺点和经济性，从而比较全面、合理地为选择驱动风机的方案提出科学的理论依据，以便各工程现场能根据自己的实际情况合理选型。

1 引风机不同驱动方式比较

目前，现行的引风机驱动方式有三种，电动机直接驱动、电动机增加变频器驱动、汽轮机驱动。

1.1 电动机直接驱动

引风机与驱动电动机之间是通过对轮直接联接，电动机定速运行，炉膛负压的控制是通过静叶的开度调节来实现。即使机组满负荷运行时，静叶开度通常仅保持在50%～90%之间变化。然而，在大部分时间负荷根据电网要求进行不断的调整，当负荷降低，静叶开度也随之变小，这就更加重节流损失。另一方面，引风机静叶调节动作迟缓，造成机组负荷调整响应迟滞，节流损失加大。

电动机驱动优点是系统简单可靠，可操作性强；缺点是耗能高，存在电机启动冲击，采用静叶来调节，节流损失大。

1.2 电机带变频驱动

电机增加变频器来驱动引风机的运行方式在现行的火力发电厂中得到了广泛的应用，利用变频调速技术，实现了电机的低频软启动，明显降低启动电流，避免了电机工频启动对电机和厂用电系统的冲击；变频器工作可靠高，能满足长期稳定运行的要求；电动机带变频器驱动以后，引风机静叶全开，通过变频器调节电机输出转速来控制炉膛负压，引风机静叶的节流损失降低，节能效果显著，也降低了厂用电率。

1.3 汽轮机驱动

目前，我国加强宏观调控和节能减排力度，在各新建和已建改造项目中采用汽轮机驱动引风机已成为大的发展方向[2]。

汽轮机驱动引风机，可以根据排汽方式分为凝汽式和背压式两种。凝汽式采用类似汽动给水泵的模式，以四段抽汽作为正常工作汽源，高压缸排汽(冷再)和辅助蒸汽作为备用或启动汽源，一定参数的蒸汽在引风机小机内膨胀做功后排至小机凝汽器；背压式以再热器排汽(热再)作为正常工作汽源，蒸汽在小汽轮机内膨胀做功排至除氧器等设备中。凝汽式引风机小机若采用类似汽动给水泵的模式将小汽轮机排汽导入到主机凝汽器中，由于排汽量和距离的原因，将造成排汽管道直径很大、距离长，这就给现场布置和汽轮机驱动的前期投资带来很大困难，所以要求引风机小机要自带小型凝汽器；背压式引风机小机的排汽压力高、比容小，排汽管道直径小，现场布置困难程度要少些。

采用汽轮机驱动引风机的优点[3]：

(1)厂用电率降低，上网电量增加。

(2)在低负荷阶段，改变转速使风机长期在高效率区域稳定运行，风机效率提高。

(3)避免厂用母线负担，消除启动电流影响。

(4)可采用引风机与其它转动机械多种组合方案，进一步节能。

然而，汽轮机驱动引风机与驱动给水泵还存在差异，引风机工作转速要求相对偏低，如果由汽轮机直接驱动引风机要求汽轮机级数增加，效率下降。所以，一般采用6 000 r/min或3 000 r/min的汽轮机经变速箱降速后驱动引风机[4]。

2 引风机小机排汽比较

2.1 凝汽式引风机汽轮机

凝汽式引风机小机与凝汽式给水泵小机原理相类似，都是采用合适参数的主汽轮机抽汽作为工作汽源，以冷再蒸汽作为低负荷汽源或备用汽源，四段抽汽作为正常运行汽源，同时采用辅助蒸汽(来着邻机或启动锅炉汽源)作为启动及备用汽源[5]，如图1所示。

图1 凝汽式汽轮机驱动引风机简化流程图

凝汽式汽轮机设置单独小凝汽器，排汽至小汽机凝汽器，凝汽器采用厂内循环水冷却，系统设置两台100%容量循环水泵，一备一运。配3台50%容量的真空泵。真空泵补水来自凝补水及引风机凝结水，冷却器冷却水来自引风机循环水系统及工业水。

与此同时，引风机小机具有单独的凝结水系统，其功能类似主机凝结水系统，将引风机凝汽器内的凝结水经引风机凝结水泵增压后，依次经过引风机轴封冷却器，最终导回主机凝汽器中。引风机凝水系统补水来着主机凝补水系统。

2.2 背压式汽轮机

背压式汽轮机，汽源可取自主机高压缸排汽(冷再)或锅炉再热器出口(热再)蒸汽作为正常运行汽源。因为热再蒸汽比冷再蒸汽焓值高，具有更高做功能力，但也要求与之相匹配的供汽管道和阀门材质，增加初期投资。另一种情况，采用冷再蒸汽作为运行汽源，其较低的过冷度很容易让引风机小机运行进入湿蒸汽区，给小汽轮机带来水击的危险，所以背压式引风机小机汽源多采用热再蒸汽作为正常运行汽源。启动汽源考虑辅助蒸汽(来自邻机或启动锅炉)。

背压式汽轮机可选不同排汽路径，如除氧器、五号低加、主汽轮机中、低压缸连通管或直接供给热用户。当选择将引风机小机排汽排入除氧器时，负荷平稳工况下，调控较容易，但在变工况时，引风机小机排汽量与除氧器加热汽源协调配合较复杂，对整个机组的安全运行产生一定的影响；当选择将引风机小机排汽排入五号低加或中压缸至低压缸连通管时，正常运行主汽轮机影响较小，但事故情况下，当低旁开启排汽直接导入凝汽器时，存在排汽背压突降，引风机小机超速的风险；当选择将引风机小机排汽直接供给热用户时，此方案也存在一定的局限性，受季节和热用户需求量影响较大，也存在走旁路排入以上主机设备的情况。因此，在选择采用背压式汽轮机作为引风机驱动装置时，应结合自身的实际情况与设备厂家协调，制定完善的系统及控制方案，慎重选取[6-7]。

在采用背压式引风机小机方案时，为满足小汽轮机的排汽压力，小汽轮机的级数相应减少，而用汽量远高于凝汽器引风机小机，这将增加机组的能耗。同时，在采用背压式引风机小机方案时，引风机小机的输出功率随排汽压力的变化而变化，尤其是事故工况时，热力系统匹配和调节相当复杂。另一方面，引风机采用背压式引风机小机，虽然节省了辅助设备，但增加了价格较为昂贵的配汽机构、调阀、热工元件，以及超长的大口径排汽管。因此文中不推荐采用背压式小汽机方案，更倾向于采用凝汽式小汽机方案。

图2 背压式汽轮机驱动引风机简化流程图

3 经济性对比分析

引风机汽轮机驱动方式，国内三大汽轮机厂及杭州汽轮机厂等均有设计、制造能力。可根据现场的具体情况选合适的厂家[3,8]。

3.1 初期投资方面

电机驱动在初期投资中主要包含以下几个投资项目6 kV电机、高压厂用变压器、厂用真空断路器柜、电缆等几个方面。而采用汽轮机驱动引风机后，增加了小汽轮机、引风机真空泵、引风机凝汽器、引风机凝结水泵、系统管道及阀门等附件。另一方面，启动锅炉及冷却塔造价也相应增加。某厂采用汽轮机驱动引风机初期增加投资请参见表1。

表1 汽轮机驱动引风机初期增加投资统计表(两台机组)

3.2 采用汽动引风机收益分析

汽动引风机收益增加可以通过降低发电厂的厂用电指标，提高电厂对外售电收入来实现。单台引风机技术数表如下：电厂如果机组年运行小时7 500 h，年利用小时5 500 h，运行负荷暂按表2。

表2 各负荷下机组运行时间表

经与风机制造厂家沟通，得到技术参数推算单台电机每年消耗的电量为：3 782×1 500+3 014×3 500+2 502×2 000+1 815×500=2 213.35万kWh，全厂引风机每年消耗的电量为：8 853.4万kWh。若采用汽轮机驱动来替换电机驱动，节约的厂用电按每度收益0.127 3元计算，则全厂售电收入增加额就将达到1 127.04万元，经济效益十分可观。

3.3 银行贷款利息

以银行固定资产贷款基准利率为6.12%计，采用汽轮机驱动引风机初期投资增加年利息2 755.5×6.12%≈168.64万元。

3.4 总经济性评价

两台机组采用小汽机驱动方案，初期增加投资约为2 755.5万元。采用小汽机驱动，年收益为1 127.04-168.64=958.4万元(两台机组)，可以得出方案的增加投资回收年限如下：回收年限为：2.88年。因此采用汽动引风机方案设备的增加投资回收年限小于3年，机组的经济效益和节能效益显著，值得推荐。

4 缺 点

在认识到引风机驱动带来的节能效益的同时，我们也不能回避该种驱动方式所带来的缺点：

(1)蒸汽质量要求高，参数波动范围控制在限值内，否则会影响汽轮机的安全运行及金属寿命。

(2)运行检修费用较高，操作复杂。

(3)暖缸时间长，升速和升负荷的时间较长，开停机复杂。

(4)汽轮机工作介质特殊，对设计、安装、运行、检修要求较高，尤其阀门、管道的运行寿命对整个系统的安全性及节能指标起到很大影响。

5 结束语

(1)与电动机驱动相比，采用汽轮机驱动，可以避免电机启动电流对厂用电系统的影响。

(2)与电动机驱动相比，汽轮机驱动可以根据实际负荷的不同实现转速调节，使风机保持较高效率。

(3)与另外两种方式相比，汽轮机驱动可以大幅降低厂用电率，提高电厂的运行指标。

(4)采用凝汽式汽轮机驱动也存在不足，辅助系统设备较多，初期投入较大，系统复杂，维护率较高。

综上所述，采用引风机汽机驱动可以大幅度减少厂用电率，增加电站的上网电量，另一方面也可以避免大功率电动机启动对厂用电冲击等安全问题，所以推荐采用汽轮机驱动引风机。

[1] 付龙龙,雷兆团,高景辉. 引风机三种驱动方式分析[J]. 电站系统工程,2012,1:32-34+36.

[2] 郭兆君,付祥卫,方 琪. 引风机驱动方式技术经济分析[J]. 吉林电力,2015,2:33-36+42.

[3] 曾壁群,姚友工,杨 博. 汽轮机驱动引风机技术的应用[J]. 发电设备,2012,1:30-33.

[4] 朱又生. 锅炉引风机汽轮机驱动改造的热经济性分析[J]. 燃气轮机技术,2013,3:33-37.

[5] 孙伟鹏,冯庭有. 基于1 036 MW机组汽轮机驱动式引风机性能分析[J]. 电力建设,2011,7:87-91.

[6] 高晓建. 锅炉引风机汽轮机在1 000 MW等级火力发电厂的应用[J]. 工业汽轮机,2010,3:5-10．

[7] 吴阿峰,潘 灏,谭灿燊.1 000 MW超超临界燃煤锅炉引风机配置的技术经济分析[J]. 发电设备, 2009, 23(2):136-139．

[8] 肖玲娟. 火电厂大机组锅炉引风机驱动方式选型的比较分析[J]. 科技与企业,2013,20:302-303.

Feasibility Analysis of Turbine Driven of Power Station Induced Draft Fan

LIU Tong

(Huadian Electric Power Research Institute Northeast Branch, Shenyang 110000, China)

Under the background of the current energy conservation and emission reduction, the power consumption of induced draft fan has attracted widespread attention, and it has a lot to do with driving mode. In this paper, by comparing the advantages, disadvantages and economy of three driving methods such as the motor driven, the motor driven with frequency converter and the turbine driven. For that select better the driving mode of induced draft fan, put forward the analysis basis of comprehensive, reasonable and science.

Induced draft fan; Driving mode; Turbine driven; Motor driven; Frequency converter

2015-06-25

2015-07-10

柳桐(1984-)，男，吉林白城人，硕士，助理工程师，从事电站汽轮机试验及调试技术研究。

10.3969/j.issn.1009-3230.2015.08.006

TK223.26

B

1009-3230(2015)08-0019-05