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回热式背压机驱动引风机的方案设计及工程实践

陈建县/浙江北仑电厂    
摘 要:为了减少厂用电,提高机组效率,并结合北仑电厂百万级超超临界机组的实际情况,提出了锅炉引风机采用回热式背压汽轮机驱动的方案,并对该系统设计进行了详细论述,对工程的技术经济性进行了分析。得出的相关结论,为今后大型机组的节能减排提供借鉴。同时,对今后火电厂驱动用汽轮机的推广应用提供一定的思路。
关键词:引风机;汽轮机驱动;回热式背压汽轮机;技术经济
The Design Scheme and Practice for Rheated Turbine-driven Induced Draft Fan On 1000MW Ultra Supercritical UnitCHEN Jian-xian;(Beilun Power Plant,Ningbo 315800,China)
ABSTRACT: In order to reduce auxiliary power consumption and improve the unit efficiency, a scheme is proposed that the steam turbine is used to drive the induced draft fan (IDF). An analysis is conducted on the design of the reheated back pressure steam turbine. Based on the phase-3 BeiLun Power Plant, the technology and economy and some conclusions are achieved, which can provide a reference for relevant engineering design.
KEYWORDS: induced draft fan; steam turbine-driven;reheated back pressure turbine; technology and economy
0 引言
  国电北仑电厂现有两台1000MW 超超临界机组和五台600MW亚临界机组,承担着北仑区域的对外工业供热任务。根据供热系统的设计,其中低压供热汽源由两台1000MW 超超临界机组提供,设计汽源为四段抽汽和高压缸排汽(对应二段抽汽)两路。机组高负荷运行时,由四段抽汽对外供热,机组低负荷汽轮机四段抽汽压力无法满足供热压力要求时,由高压缸排汽对外供热。由于目前机组平均负荷较低,大部分运行时间,由高压缸排汽经降压后对外供热,存在能量节流损失。
  该机组锅炉引风机在基建设计时均采用电动机驱动,由于引风机为静叶可调结构,存在着很大的节流损失。同时,引风机电机功率的选择是根据考虑了流量和压头裕量的最大工况(TB)点工况,电机在额定工况和低负荷工况下效率低。同样效率低的情况也存在于脱硫增压风机中。
根据以上情况,并借鉴给水泵采用汽轮机驱动的经验,在国电北仑电厂2×1 000MW超超临界机组的汽动引风机的技改工程中,采用了回热式、背压汽轮机驱动引风机的设计方案,并已顺利完成实施,取到良好的经济效率和社会效率。
1 系统方案设计
1.1常规背压式小机驱动引风机方案的难题

  北仑电厂2x1000MW机组均是纯凝式发电机组,与常规背压式供热机组以热定电运行方式不同,机组首先需要满足电网供电要求,在此前提下对外供热。
  如果采用常规背压式小机驱动引风机技术,将小机排汽仅排至热网,则背压式小机排汽量与热网供汽量无法平衡,无法同时满足电网电量调节和热网汽量调节要求,可能出现以下情况:
  (1)机组供电负荷高,引风机小机排汽量大于热网用汽量;
  (2)机组供电负荷低,引风机小机排汽量低于热网用汽量;
  (3)机组启停和低负荷阶段,小机排汽参数低,不能满足热网要求;
  (4)热网停运时,小机停运将导致引风机停运,从而导致机组被迫停运。
1.2回热式背压汽轮机驱动引风机的优点
  基于回热基本原理,将驱动设备的小汽轮机的排汽引到热力循环中,在回收工质的同时,将排汽的热量回收到热力循环的工质中,或将排汽引至辅汽或热网,将排汽的热量进行回收,减少冷源损失,从而提高热循环效率。
  结合北仑电厂工程实际情况,采用回热式汽动引风机技术,除将背压机排汽供热网外,另将排汽接到除氧器、辅助蒸汽等用户。按以下方法平衡背压机排汽量与热网供汽量:
  (1)机组供电负荷高,背压机排汽量大于热网用汽时量,将多出的排汽引至除氧器、辅助蒸汽等用户;
  (2)机组供电负荷低,背压机排汽量低于热网用汽量,从系统冷段等处补蒸汽至热网;
  (3)机组启停和低负荷阶段,背压机排汽参数低,不能满足热网要求,可将排汽引至除氧器等用户;
  (4)热网停运时,背压机排汽至除氧器、辅助蒸汽等用户。
  回热式小汽轮机系统的典型流程图详见图1:

1.3蒸汽系统方案
  根据对外供热的要求:低压额定(最大)供汽流量300t/h,压力0.7~1.2MPa.g,温度250~300℃。基于回热式小机驱动引风机技术,为了满足小机排汽对外供热参数的要求,小机供汽汽源采用锅炉一级再热器出口蒸汽。该处蒸汽压力为5.8MPa.a,温度510℃,焓值:3460kJ/kg,可提供足够背压机所需的焓降。
  低负荷工况排汽温度高时,采用冷段(5.9MPa.a、360℃)混汽到小机正常进汽,调节热网供汽温度。
  两台机组通过辅汽系统对外供热,引风机背压机的排汽可充分利用现有系统,接入辅汽系统对外供热。另外增加背压机排汽至除氧器的管路,满足启动、热网供汽参数与背压机排汽匹配的要求。
1.4烟气系统方案
  为达到深度节能的目的,在引风机采用回热式背压机驱动的同时,对引风机和增压风机进行合并设置,将原有脱硫增压风机拆除。根据北仑电厂锅炉性能试验的结果,锅炉本体烟气系统运行阻力比锅炉厂原来提供的设计数据小了约1000Pa。同时,考虑引风机选型时有1.3倍的压头余量,经过分析核算,确认目前引风机的出力能满足与增压风机合并后的系统要求,并满足调速小汽轮机的运行匹配要求,可以到达节能降耗的综合效益。基于以上分析,本工程每台机组的汽动引风机采用现有的2台50%容量引风机。
  根据该机组实际运行情况,考虑到在春节期间电网负荷很低,引风机汽轮机的启动汽源不能保障,同时为了充分利用现有电动机和配电设备,增加机组启动的灵活性和运行可靠性,本工程每台机组配置1台与现有引风机规范相同的50%容量电动启动引风机。
1.5整套系统方案特点
  (1)利用回热式汽动引风机技术,有效地协调解决了机组供热与发电之间的矛盾。使机组在各种供热工况下均能带各种负荷。
  (2)充分利用热网供热蒸汽的做功能力,减少节流能量损失,提高经济性;
  (3)取消锅炉大功率的引风机及增压风机电动机,降低了厂用电率,增加了上网的电量,提高了企业效益;
  (4)采用可调速背压机替代定速电动机,提高引风机在各种工况下的运行经济性。从而降低机组的供电煤耗,提高机组的经济效益;
  (5)解决了大功率电机改变频难度大的问题。
2 经济性分析
2.1回热式汽动引风机总收益
  取消引风机和增压风机电动机,降低厂用电率,最终体现为对外多供电的收益。
2.1.1增加煤耗成本
  采用该技术方案,需要将低温再热蒸汽经锅炉一次再热器加热,按每台机组115t/h供热(即背压机耗汽量),2台机组230t/h相应多用标煤:230×1000×(3460-3074)÷(4.1868×7000×1000)÷94%=3.22 t/h
  其中:
  低温再热蒸汽(5.9MPa.a、360℃)焓值:3074kJ/kg
  一次再热器出口蒸汽(5.8MPa.a、510℃)焓值:3460kJ/kg;
  锅炉效率:94%
  标煤按850元/t计,则年增加的供热煤耗成本:
  3.22×5500×850/10000=1505万元
2.1.2 多供电收益
  利用背压机代替电动机驱动引风机,厂用电率相应降低;同时对引风机进行技改,增加出力,替代脱硫增压风机出力,厂用电率将进一步相应降低。如下表一:

  厂用电率相应降低,对外供电相应增加,对电厂相应增加了售电。如下表二:

2.1.3工程总收益
  采用汽动引风机技改方案,节能效益和增加的煤耗,总的表现为对电网多售电收益,则每年两台机组净收益为:5952-1505=4447万元。
2.2工程总投资及投资回收年限
  由下表三可得知,每台机组总投资约4570万元,两台机组总投资约9140万元。投资回收期:9140÷4447≈2.1年,可见投资回收期非常短。

3 节能分析
  额定工况下,按每度电煤耗290g计算,每台机组:
  发电煤耗增加(因背压机用汽吸热增加及汽源损耗)=3.22/2=1.61t/h(参见第2.1.1);
  风机电功率折算的标煤收益=(4500×2+1500×2)×290/106=3.48 t/h;
  供电煤耗减少量(风机电功率折算的标煤收益-发电煤耗增加量)= 3.48-1.61=1.87 t/h;
  供电煤耗率减少=供电煤耗减少×106/相应机组功率=1.87×106/1000/1000=1.87g/kW.h;
  其它各负荷工况的供电煤耗率减少也以此类推。由此可见,供电煤耗减少也相当可观。
4 结论
  工程改造完成后,委托浙江省电力试验研究院进行了热力性能试验。对比性能试验结果,各项技术指标均与原设计值十分接近。综合以上论述,可得出以下结论:
  4.1按照100%、75%、50%额定负荷段的年运行小时数,汽动引风机改造后现有的供热方式下与原有供热方式对比,两台机组年节电约13,000万度,年收益4,500万元,约2年可收回初投资。该技术改造工程的经济效益非常显著。
  4.2加权平均供电煤耗率减少约1.81g/kW.h;每台机组每年可节省标煤约9,815吨,2台机组每年可节标煤约19,630 吨。相当于年减排CO2约54,208吨,SO2约27吨(95%脱硫后),NOx约25吨(60%脱硝后),该技术改造工程的社会效益也非常显著。
  4.3消除了原来存在由冷再供热存在的噪音大,节流损失大等不利因素。同时,在汽源方面,相当于增加了另外一路汽源,提高了机组对外供热的可靠性。
  4.4改造后厂用电率下降约1.2%,机组额定工况厂用电率小于2.3%,创造了国内同类型机组新的纪录。
2011年5月23日,国电北仑电厂2×1 000MW机组国内首创的回热式汽动引风机节能技改工程完成了调试及1000MW满负荷试运行,并顺利通过RB等试验,现已投入正常运行。汽动引风机轴系振动等指标优良,回热系统控制灵活,改造工程效益显著。
                                                参考文献
[1] JB 4362-86 电站轴流式风机[S].国家机械工业局,1999.
[2] JB/T 6764~6765-93 一般用途工业汽轮机技术条件、特种用途工业汽轮机技术条件[S].中华人民共和国械工业部,1993.
[3] DL 5000-2000 火力发电厂设计技术规程[S]. 中华人民共和国经济贸易委员会,2000.

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  评论人:肉牛   打分:0 分  发表时间:2015-5-6 17:43:51
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