中国电力神头发电公司-“上大压小”2×600MW超临界机组汽轮机驱动引风机设计方案优化(共8页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上中国电力神头发电公司“上大压小”2x600MW超临界燃煤机组汽轮机驱动引风机设计方案优化蒋华 （中电神头发电有限公司 山西 ）摘要：随着火力发电厂机组蒸汽初参数的提高、机组容量的增大以及电网整体规模的扩大，技术日趋成熟的600MW级或更高容量的1000MW级的超临界、超超临界机组在国内逐渐增多。同时，高参数、大容量机组所配辅机的容量也随之增大。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。引风机的功能是抽吸锅炉燃烧产生的烟气，经脱硝、除尘、脱硫后排放到大气中。对于脱硝（SCR）、脱硫与主体发电工程同步建设的电厂，引风机选型基本上分两种情况：引风机、脱硫增

2、压风机分别设置，引风机仅考虑SCR装置增加的阻力和除尘器阻力，即二合一风机；引风机和增压风机合并设置，引风机既要考虑脱硝装置阻力、除尘器阻力，还需克服脱硫烟气侧阻力，即三合一风机。神头发电有限责任公司“上大压小”工程经过比较，最终采用了三合一风机，采用三合一配置的单台50%容量引风机，其轴功率约为68007000kW，已成为电厂最大的厂用电负荷之一。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

3、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。神头发电有限责任公司“上大压小”工程拟建设两台600MW超临界、一次中间再热、凝汽式机组。引风机的驱动方式是采用电动还是汽动？本文将针对神头发电公司2x 600MW机组的设计运行条件，对引风机的驱动方式进行充分的技术经济比较，并提出优化建议。1. 引风机主要技术参数1.1 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。由于60万机组风量较大，受到设备尺寸、材料强度和占地面积的限制，一般难以选用离心风机。而轴流风机增加流量具有较大潜力

4、，可以满足大容量机组的需要。对于风机各种调节形式而言，速度调节的节能效果最好。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。液偶技术虽相对成熟，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，而且工频与变频之间尚不能自由切换，且切换时对电网冲击较大，容易引起电网波动。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

5、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，不便采用调速方式。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，可采用变速汽轮机驱动。综上所述，采用汽动驱动一般均考虑风机变转速调节，引风机宜配静叶可调轴流风机。同时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。本文汽动引风机方案按照小汽轮机驱动的变转速调节静叶可调轴流风机进行比较。采用电机驱动的引风机均为定转速风机，引风机可选择静叶可调轴流风机或双级

6、动叶可调轴流风机。本文电动引风机方案按照静叶可调定速轴流风机进行比较。1.2 小汽轮机的驱动汽源小汽轮机驱动的汽源有两种方案选择：一种是汽源采用主机的高压缸排汽（冷再热蒸汽）或锅炉低温再热器出口的再热蒸汽，小汽机排汽至除氧器或主机中压缸到低压缸的排汽管（如有工业热负荷，可排汽至热用户），即背压式小汽机方案；另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。背压式小汽机方案系统简单，初投资较低，如有工业热负荷，其排汽可直接至热用户，但很多情况下新建电厂周围没有合适的热用户，则排汽只能回到主机的热力系统中，其与主汽轮机的热力系统关系较紧密

7、，对控制系统要求很高；凝汽式小汽机方案需增加轴封供汽系统、凝结水系统、抽真空系统、凝汽器等，系统复杂但相对比较独立，受主汽轮机热力系统的影响较小。故本文暂按凝汽式小汽机方案。1.3 引风机主要技术参数引风机如果采用调速小汽轮机驱动，各工况调速静调引风机主要技术参数如下：名称单位工况TBB-MCRBRLTHA75% THA50% THA机组启动（40% THA）风机效率%82.987.087.387.387.362.155.8风机轴功率KW6523429637563404235314211372风机工作转速r/min9959759308507908008001.4 引风机驱动电机主要参数序号项

8、目单位数 据1额定功率kW72002额定电压kV63转 速r/min9954频 率Hz501.5 引风机驱动小汽机主要参数名称单位工况TBB-MCRBRL THA75% THA50% THA机组启动引风机轴功率kW6523429637563404235314211372风机转速r/min995975930850790800800小机入口压力MPa1.171.171.06831.0350.81770.58291.27小机入口温度365.7365.7362.3367.9374.5380.9350小机排汽压力MPa0.0070.0060.0060.0060.0060.0060.006小机排汽温度39

9、.036.236.236.236.249.536.2小机排汽焓Kj/kg2448242124342463252025952538小机相对内效率%80.181.781.079.9779.275.571.3耗功kW100100100100100100100变速箱效率%0.9650.9650.9650.9650.9650.960.960小机转速r/min5920580155335058470047604760小机进汽量t/h33.521.519.317.813.29.09.0备注：小汽机入口参数已经按照主机抽汽口参数取10%压损和5温损考虑，TB点引风机轴功率不含1.1的富裕系数。2 引风机驱动方式

10、配置方案的技术经济分析一般方案的技术经济性比较，既可以采用锅炉BMCR工况的蒸发量相同（定流量），也可以采用汽轮发电机组的出力相同（定功率）的方法。本文按2种模式分别比较。2.1 初投资比较2.1.1 机组运行模式机组年发电利用小时数按5500小时。2.1.2 设备配置2.1.2.1 电动引风机方案电动引风机方案配置一般为：设2台50%容量的静调轴流风机，配2台功率约为7200kW电动机，不需要小汽轮机及其辅助设施，系统简单。2.1.2.2 汽动引风机方案汽动引风机方案配置为：设2台50%容量的静调轴流风机，配2台驱动小汽轮机。每台小汽轮机配置1套双级减速或星形减速齿轮箱，1台小凝汽器，2台小

11、机凝结水泵及2台小机真空泵，1套小机凝汽器胶球清洗系统、1套二次滤网及小机供汽系统。目前，国内1000MW机组50%容量引风机采用小汽机驱动的配置形式已有订货业绩，其中广东海门电厂、国电北仑电厂1000MW机组的汽动引风机已投入运行。驱动引风机的小汽机转速较高约为6000r/min，汽动引风机的连接方式是通过齿轮箱减速后与引风机相连。引风机转速较低，约为745r/min。因此，引风机与小汽机之间存在较大的转速比（7.07.3），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，可能要选择高可靠性的进口产品，也可采用国产的二级减速齿轮箱。减速齿轮箱效率一般为98%95%。汽动引

12、风机的正常工作汽源来自主汽轮机的4段抽汽，蒸汽通过小汽轮机作功后排入独立的凝汽器冷却，凝结水经过小机凝结水泵送入主凝结水系统。小机凝汽器的冷却水水源来自于主机凝汽器循环冷却水系统。为满足小汽机的正常检修维护要求，需考虑设置20t左右的电动双梁桥式起重机，小汽机布置时要考虑设置足够的空间和场地，以满足小汽机的检修维护。为满足机组的启动要求，汽动引风机方案需设3台35t/h的启动锅炉，较常规电动引风机方案多增加了1台35t/h的启动锅炉。汽动引风机方案的主汽轮机增加了小汽轮机的抽汽后，要保证机组的额定出力不变，机组的主蒸汽流量则需要增大，相应的汽轮机和锅炉的相关辅助设备的容量也需要增大。凝汽式汽动

13、引风机方案的循环冷却水系统增加了风机小机凝汽器的冷却水量，理论上机组的机力冷却水塔冷却面积或数量及占地面积、循环冷却水泵及循环冷却水管道也相应增加。2.1.3 初投资比较综上所述，风机均为静叶可调轴流风机，两方案中不考虑风机投资差异。汽动引风机方案和电动引风机方案的初投资按定功率模式的比较见下表：汽动和电动引风机方初投资比较表（定功率） （两台机组量）序号项 目单位电动引风机方案汽动引风机方案(凝汽式)1锅炉主辅机设备增加投资万元6002小汽机设备万元3600（含凝汽器）3小汽机土建、安装、调试、检修等费用万元6504电机设备及安装万元10005小汽机凝泵、真空泵和胶球清洗等设备及其系统设施万

14、元1206循环水管道、冷却水塔等冷却系统设备万元5007蒸汽管道及阀门2008行车409电气系统万元50010启动锅炉50011合 计万元15006210基准47102.2 运行费用比较2.2.1 运行维护的条件序号项 目汽动引风机方案电动引风机方案1操作条件复杂简单2启动速度慢快3负荷变化率慢快4负荷调节范围受小汽机的临界转速控制大5维护工作量多少2.2.2 运行费用采用汽动引风机方案，由于主机增加了抽汽量，机组在额定出力下，主蒸汽流量需加大，汽轮机和锅炉的相关辅机电耗将增大，同时年耗煤量也将增加。机组的额定出力为600MW，以上各项因素汇总如下表(两台机组)：序号项 目单位电动引风机方案汽

15、动引风机方案（凝汽式）1厂用电负荷kW14360750+550=1300厂用电负荷比较KW基准-130602发电热耗KJ/KW.h788880083发电标煤耗率g/kWh291.37295.804年发电标煤耗万吨192.31195.235供电标煤耗率kg/kWh309.97311.086全厂补水t/h607合计年厂用电量kWh基准-7183.0万年耗煤量万吨基准+2.92年耗水量万吨基准+332.3 技术经济比较考虑机组额定出力相同时，各方案的经济比较见下表（两台机组）：序号项 目单位电动引风机方案汽动引风机方案（凝汽式）1年耗煤量万吨基准+2.92燃料增加费用万元基准+13142年耗水量万吨

16、基准+33耗水增加费用万元基准+122.13年厂用电增加量万度基准-7183.0 厂用电增加费用万元基准-2269.84年运行费用统计万元基准-833.75初投资增加费用万元基准+4710注：以上计算中，标煤价、水价、上网电价均按核准报告中数据，取用值分别为：450元/吨（含税）、3.7元/吨（含税）、0.316元/kWh（含税）。根据以上计算结果可得：两台机组采用凝汽式汽动引风机方案比电动引风机方案每年可增加毛利润约834万元，初投资需增加约4710万元，若不考虑费率的影响，约5.5年可收回成本；因此，按定功率模式考虑，尽管汽动引风机方案的年燃煤费用、初投资均高于电动引风机方案，但汽动引风机

17、方案节省了厂用电，增加了上网电量，故电厂全年收益要好于电动引风机方案。3 结 论根据以上的分析比较，可得到以下结论：1）引风机采用小汽机驱动技术上是可行的。引风机采用小汽机驱动的方案的综合经济性要好于引风机电动驱动方案。2）引风机采用小汽轮机驱动，可减少厂用电的消耗。特别是当工程采用三合一式的超大功率的引风机时，不仅可以大大降低厂用电率，还可能影响高压厂用电电压等级的确定。在电网按发电机端的输出功率（铭牌功率）进行调度的前提下，相当于每年可多供电，增加了供电收入。3）如果电网按上网电量调度机组，电动引风机方案的年运行经济性好于汽动引风机方案。但按目前调度模式，电网按额定功率调度机组，汽动引风机

18、方案的年运行经济性好于电动引风机方案。4）由于小汽机加变速齿轮的传动效率低，采用汽动引风机方案的全厂效率并不比电机方案的全厂效率高。5）采用汽动引风机方案需增加主机的进汽量，汽动引风机方案中采用最大抽汽量约为68t/h。本工程按目前电动引风机方案时，主机TMCR工况下的进汽量为1990t/h，VWO工况下的进汽量为2090t/h，机组有5%的进汽裕量。而68t/h的抽汽量只占主机TMCR工况下进汽量的3%，所以抽汽对主机本身没有什么影响，机组的安全性是有保障的。6）本工程为新建工程，如采用汽动引风机方案，需配置3台启动锅炉，较常规工程多配置1台。7）综上所述，考虑到目前电网按发电机端的输出功率（铭牌功率）进行调度这一现状，本期工程推荐引风机采用小汽机驱动。作者简介：蒋华 （1975- ），男，工程师，中电神头发电公司生产技术部副经理。地址：山西朔州市平鲁区 邮编：电话：0349- E-mail: jianghua专心-专注-专业