随着国内大容量高参数机组的陆续投运,如何降低主要辅机的驱动功率即降低厂用电率成为机组降低能耗的主要课题之一。当前,我国电力行业节能环保标准曰趋提高,要求电厂的脱硫系统与机组同时建设同时投产,引风机与脱硫增压风机合并已成为必然的发展趋势。若采用常规的电动机驱动,电机容量增大后将带来厂用电的增加、启动电流过大导致厂用电电压短时过低,厂用电电压等级需要提高等问题。
通过经济比较,论证了使用工业汽轮机拖动引风机在电厂中应用的可行性。本工程使用小汽机拖动引风机,可以节省年费用260万元,投资回收年限约为8年,可以有效降低厂用电率,降低供电煤耗,提高电厂的经济效益。
一、工程概况
本期工程建设2*350MW超临界双抽凝汽式燃煤空冷发电机组,远期建设2*350MW机组。
锅炉型式:超临界参数变压直流炉,单炉膛、一次中间再热、平衡通风、紧身封闭、固态排渣、全钢悬吊结构II型锅炉。锅炉最大连续出力(B-MCR) 1246t/h,锅炉出口蒸汽参数按25.5MPa(a)/571℃/569°C。
汽轮机型式:350MW、超临界、一次中间再热、单轴、两缸两排汽、间接空冷、抽汽凝汽式。
二、国内应用状况
利用工业汽轮机代替电动机拖动各类转动设备是一种节能降耗、投资少见效快的措施。在国内,化工企业、钢铁企业运用该技术已有多年成功运行业绩,是一项比较成熟的技术。
目前工业汽轮机在电厂中主要用于拖动给水泵,只有少数电厂使用汽轮机拖动,随着机组容量的提高,主要辅机的功率成倍攀升。国内几大主要发电公司都在从事 汽轮机驱动的论证。2010年1月华能国际海门电厂2*1000MW超超临界燃煤机组汽轮机驱动引风机项目正式招标,标志着国内火电厂引风机领域终于引入了“汽轮机驱动”模式。该技术已于2010年12月在海门电厂3号机组投运。目前,国内电力行业引风机汽轮机驱动技术已开始大量采用,国电北仑电厂、华能沁北电厂二期等百万机组的汽动引风机已先后投入使用。
三、系统设置方案分析
本工程采用一台100%容量的引风机且为集脱硫和脱硝功能于一体的三合一,正常运行工况单台引风机轴功率在BMCR点为5350kW,在TB点为6854kW。
九洲风机厂拟对电动机驱动引风机方案和工业汽轮机拖动引风机的方案进行技术经济比较:
①方案一为常规的电动机驱动方案;
②方案二为背压式汽轮机驱动方案,排汽供工业用汽。
1、电动机驱动引风机方案
技术成熟,运行可靠,风量调节方式为静叶或动叶调节,启停和运行中调节灵活平稳,可满足运行中变负荷工况的需要。电气、热工控制系统简单可靠,运行人员操作方便。
本工程厂用电方案为6kV两段。用电动机拖动引风机,电动机功率可达7000kW,需要对电气配电方案进行修改。主要配置变化如下:高压厂用变压器由35/20-20MVA改为40/25-25MVA海台机);起动备用变压器由35/20-20MVA改为40/25-25MVA 俩台机);6kV开关柜增加1面/机,且6kV母线短路电流超过31.5kA,需选用40kA产品;6kV电缆增加500米/机。可见,引风机用电机驱动,高厂变及起备变容量、6kV开关柜等级和数量、高压电缆均相应增加,厂用电率增加约1.8%,从而提高工程造价和运行费用。
2、工业汽轮机驱动引风机方案
目前,国内小汽机驱动工业旋转设备的情况很多,其操作和控制方法是基本相同的,其风量调节方式采用调节 汽轮机的进汽量从而达到变转速调节风机风量进而满足锅炉负荷变化的需要。本工程每台炉安装一台100%汽机驱动风机(根据工业负荷情况选用背压汽轮机,排汽供工业用汽),每台炉安装一台30%电动驱动风机。
1)主机抽汽点的确定
小机采用背压式汽轮机,排汽至工业用汽,参数为: ,310°C。如果采用四级抽汽,参数为:,348°C,无法满足工业用汽参数。故采用锅炉一级再热器出口蒸汽为小机供汽,参数: 5.58MPa•a, 458C。而启动锅炉蒸汽参数:1.27MPa•a, 350C,如果采用启动蒸汽作为小机启动用汽,蒸汽过热度偏低,相对于小机正常供汽参数,小机主汽门温差变换太大,小汽机寿命将大大缩短。故不考虑锅炉启动和停炉时 运行小机驱动引风机,考虑安装电动驱动风机。
当引风机汽轮机采用背压式方案时,汽源点抽自锅炉 —级再热器出口蒸汽,机组整体的热效率较高,而且可以节省投资和提高小汽机寿命,因此本方案汽源点确定为锅炉一级再热器出口蒸汽。经计算,一台100%汽机驱动九洲普惠风机,小机正常运行时单台用汽量约为77t/h。
2)系统及布置方案
①供汽系统:采用锅炉一级再热器出口蒸汽为小机供汽,参数:5.58 ,458°C。
②排汽系统:小机排汽至辅助蒸汽系统母管对外供热,为避免工业用汽负荷变化,保证小机正常运行,小机排 汽旁路至大机除氧器。
③布置方式:为节约炉后用地,引风机纵向布置在除尘器后零米,低压透平零米布置,上进上排,油箱与汽轮机同层布置。
四、初投资及经济效益
引风机使用电动机拖动时,需要电气专业对其高厂变、起备变、开关柜等进行调整,还需增加部分高压电缆。引风机使用汽轮机拖动时,需要热机专业和热控专业对其设备、系统等进行调整,可以有效降低厂用电率,降低供电煤耗。
1、机组运行的热经济性计算
以下技术经济分析计算的前提条件为:
①两方案发电量相同不变、汽机的背压相同;
②锅炉保证效率93.9%;
③管道效率