引言江苏某电厂一期2×1 030 MW机组分别在2009年、2010年通过168 h试运行。对1#机组的电动引风机和电动增压风机进行改造，合并引风机和增压风机。引风机的能耗较高，合并引风机与增压风机时，常规电机驱动引风机方式下的厂用电率较高，且机组部分负荷工况下的风机效率较低。张晓玲[1]等采用小汽轮机驱动方案，实现了类似给水泵汽轮机模式的调节运行方式，提高了部分负荷下引风机效率，节约了厂用电。拟进行引风机驱动改造项目，探究引风机驱动改造项目的最优方案，分析项目的技术经济性。1设备概括1.1主机概括锅炉为哈尔滨锅炉厂有限责任公司生产的超超临界锅炉。锅炉BMCR工况的主要参数如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.01.016.T001表1锅炉BMCR工况的主要参数项目设计煤种校核煤种过热蒸汽流量/(t/h)3 1003 100过热蒸汽压力（表压）/MPa27.4627.46过热蒸汽温度/℃605605再热蒸汽流量/(t/h)2 5682 568再热器进口压力（表压）/MPa6.216.21再热器出口压力（表压）/MPa6.016.01再热器进口温度/℃372.8372.8再热器出口温度/℃603603省煤器入口温度/℃298298锅炉排烟温度（修正后）/℃123132锅炉保证效率（LHV）BRL工况/%94.0—锅炉不投油最低稳定负荷/%BMCR3030NOx排放量/(mg/m3)300300采用上海汽轮机有限公司生产的超超临界、一次再热、凝汽式、单轴、四缸四排汽的N1030-26.25/600/600汽轮机。汽轮机主要参数如表2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.01.016.T002表2汽轮机主要参数项目数值TRL工况功率/MW1 030TRL工况主蒸汽压力（绝对压力）/MPa26.25TRL工况主蒸汽温度/℃600TRL工况高温再热蒸汽压力（绝对压力）/MPa5.582TRL工况高温再热蒸汽温度/℃600平均排汽背压（绝对压力）/kPa4.7保证热耗率/(kJ/kWh)7 3181.2辅机概况原引风机、原增压风机技术参数如表3、表4所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.01.016.T003表3原引风机技术参数项目TB工况BMCR工况设计煤种校核煤种风机入口体积流量/(m3/s)753.7633.6659.5风机入口质量流量/(kg/s)677.60584.12596.12风机入口温度/℃129119128入口烟气密度/(kg/m3)0.899 00.921 90.903 9风机入口全压/Pa-6 644-5 150-5 180风机入口静压/Pa-6 967.6-5 385-5 429风机出口全压/Pa668.7600.0620.0风机出口静压/Pa345.1365.0371.0风机全压升/Pa7 312.75 750.05 800.0风机静压升/Pa7 312.75 750.05 800.0风机出口风温/℃138.5126.1135.3风机附件损失已包含在全压效率内风机全压效率/%87.086.486.8风机轴功率/kW6 2304 1724 359风机转速/(r/min)59059059010.3969/j.issn.1004-7948.2023.01.016.T004表4原增压风机技术参数项目TB工况BMCR工况流量/(m3/h)17.780×10516.162×105全压升/Pa3 0002 350进口温度/℃1381282改造方案拟定2.1机组现状（1）机组运行现状。根据江苏某电厂提供的近三年的机组运行数据，机组负荷较稳定，设备利用小时数较高。机组各工况的运行小时数分布如表5所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.01.016.T005表5机组各工况的运行小时数分布工况年运行小时数THA1 05075%THA5 00050%THA1 000h（2）引风机现状。电力行业引风机的传统驱动方式为电动机驱动，技术成熟可靠[2]。江苏某电厂目前使用电动引风机，部分负荷下效率更低，厂用电率更高，运行经济性较差[2]。2.2方案一2台背压式小汽轮机驱动静叶可调引风机，加1台启动用电动引风机（以下简称“背压式汽动引风机方案”）。2.2.1技术简介合并引风机与脱硫增压风机后，常规电机驱动引风机厂用电率较高[3]。如果采用汽动引风机，可以提高低负荷工况时引风机的效率[2]，获得良好的收益。驱动引风机的小汽轮机的排汽流向主机回热系统和对外供热系统。浙江北仑电厂等多家电厂采用了背压式汽动引风机方案进行改造，并已成功投产[2]。背压式汽动引风机方案中，如果将小汽轮机的排汽与抽汽接入热力循环，排挤了部分过热度较高的主机抽汽，提高了机组整体热效率[4]。回热背压式小汽轮机驱动设备技术的典型流程如图1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.01.016.F001图1回热背压式小汽轮机驱动设备技术的典型流程汽动引风机供热方案的小汽机汽源选择应保证机组在一定的负荷范围内，调节小汽机排汽参数，能够满足供热要求，汽源可以选择冷段、热段、锅炉一级再热器出口蒸汽等。小汽机排汽可以回到主机的回热系统，或直接排至供热分汽缸，利用原有热网供热。2.2.2技术特点（1）大幅降低厂用电率[5]。（2）方便地实现转引风机速调节，提高了不同负荷下引风机效率[5]。2.2.3技术方案背压式汽动引风机供热方案已被应用于很多工程。如北仑三期2×1 000 MW工程、泰州一期2×1 000 MW工程、南通三期2×1 000 MW工程等，背压式汽动引风机供热方案比较成熟。背压式汽动引风机设备系统按轴系布置依次为背压式汽轮机（变转速）、定速比齿轮箱、引风机。背压式汽动引风机方案如图2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.01.016.F002图2背压式汽动引风机方案2.3方案二2台汽电双驱小汽轮机驱动动叶可调引风机（简称“汽电双驱引风机方案”）。2.3.1技术简介汽动引风机实际运行中，小汽机存在效率偏低的问题，考虑汽电双驱引风机方案，利用背压式小机驱动引风机及异步电机，将背压式小机排汽引入主机回热系统或对外供热系统，采用异步电机调节轴功率替代小机进汽调门节流调节。因此，小机无节流损失，方案提高了小机的低负荷工况运行效率。启动阶段，异步电机为电动机型式，简化了引风机启动条件，取消了小机启动汽源；汽动、电动互为备用，也可同时使用，可靠性高[2,6]。2.3.2技术方案考虑到江苏某电厂现有供热要求，使用抽背式小机，小机抽汽连接至对外供热系统，小机排汽回至主机的六抽管道。一台小机抽汽流量为20 t/h，一台机组两台小机的抽汽流量共40 t/h。汽电双驱引风机设备系统按轴系布置依次为小汽机、可离合式定速比齿轮箱、电动/发电机（异步）、引风机[6]。汽电双驱引风机方案如图3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.01.016.F003图3汽电双驱引风机方案启动时，异步电机直接带动引风机工作，小汽机和异步电机经离合器分离。小汽机升到离合器设定转速后，离合器自动使小汽机与异步电机啮合，由小汽机带动异步电机和引风机运行，异步电机转为发电机运行模式[7]。汽电双驱小汽机选型方案（排汽回热）如表6所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.01.016.T006表6汽电双驱小汽机选型方案（排汽回热）项目TBBMCRTHA75%THA50%THA冷再压力/MPa5.495.495.133.872.52冷再温度/℃482482482482475冷再流量/(t/h)89.089.084.364.438.1背压/MPa0.280.280.260.200.14风机转速/(r/min)745745745745745风机功率/kW10 4067 9716 1513 7102 404异步电机功率/kW1 9004 1404 9804 2703 350抽汽压力/MPa2.612.612.401.70—抽汽温度/℃385.5385.5384.4374.6—抽汽流量/(t/h)20202020—汽机转速/(r/min)5 6005 6005 6005 6005 600内效率/%85.385.385.385.285.2机械损失/kW120120120120120减速箱损失/kW260260240220180排汽温度/℃154.0154.0154.3157.9161.5排汽焓/(kJ/kg)2 7712 7712 7732 7852 797小汽轮机总功率/kW12 95012 95012 0408 8006 430根据哈尔滨锅炉厂的意见，确认锅炉一级再热器出口抽汽量小于180 t/h时（BMCR工况），机组可以安全稳定运行。小汽轮机最大功率为12 950 kW，考虑适当的余量，小汽机容量确定约14 000 kW。受到小汽轮机本体结构和控制的限制，无法设计为调整式抽汽，抽汽压力随机组负荷的变化而变化，65%THA工况以下，供热改由其他汽源提供。极端情况下存在完全使用异步电机驱动引风机的可能，考虑厂用电系统现有负载产生的限制，异步电机功率按照7 100 kW考虑。保证在小汽轮机脱开的情况下，异步电机能够在100%THA及以下工况独立驱动引风机[8]。小汽轮机排汽数据（两台小机，排汽回热）如表7所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.01.016.T007表7小汽轮机排汽数据（两台小机，排汽回热）项目TBBMCRTHA75%THA50%THA排汽流量/(t/h)138.0138.0128.688.876.2排汽压力/MPa0.280.280.260.200.14排汽温度/℃156.8156.8156.6160.0163.3六抽流量/(t/h)1481481339358六抽压力/MPa0.250.250.240.180.13六抽温度/℃185185187193199由表7可知，低负荷工况下，排汽流量略微大于六抽蒸汽流量，但可以通过设置溢流管道，将多余的排汽排至七抽管道或疏水扩容器；其余工况排汽流量均小于六抽蒸汽流量，回热系统可以消纳汽电双驱动小汽机的排汽。3两种方案对比两种方案比较结果如表8所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.01.016.T008表8两种方案比较结果方案推荐风机类型可行性经济性厂用电率运行灵活性供热可靠性背压式（回热）+双减供热（现有）静叶可调轴流风机可行较好一般一般一般汽电双驱（回热）+抽汽/双减供热（现有）动叶可调轴流风机可行最好最低较好较好由表8可知，汽电双驱（回热）+抽汽/双减供热方案技术的运行方式灵活、经济性好，供热可靠，建议作为本工程的推荐方案。4技术经济性分析4.1热经济性分析两个方案的效率对比如表9所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.01.016.T009表9两个方案的效率对比方案项目TBBMCRTHA75%THA50%THA常规背压式汽动引风机回热方案风机全压效率/%84.986.585.786.585.9小机内效率/%82.181.879.172.264.6机械损失/kW12012012010080减速箱损失/kW22020016012080汽电双驱引风机回热方案风机全压效率/%87.888.885.375.559.5小机内效率/%84.584.584.684.784.7机械损失/kW120120120120120减速箱损失/kW240240220180150由表9可知，两个方案的机械损失和减速箱损失相差不大，汽电双驱引风机方案机械损失和减速箱损失相对较大。高负荷运行时，汽电双驱引风机方案的小机内效率和风机效率优于背压式汽动引风机方案；但低负荷时，动叶可调定速风机效率下降，导致汽电双驱引风机方案的综合效率下降。供热按40t/h考虑。两个方案在不同工况下的经济性对比如表10所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.01.016.T010表10两个方案在不同工况下的经济性对比名称电动引风机（引增合一前）背压式汽动引风机排汽回热汽电双驱引风机排汽回热THA工况/%100755010075501007550热耗值/(kJ/kWh)7 4077 5357 8207 4747 6317 9367 5867 6968 018厂用电率/%4.2005.1006.0002.9903.9504.5902.0582.8883.330运行时间/h1 0505 0001 0001 0505 0001 0001 0505 0001 000全年加权发电标煤耗/(g/kWh)276.7280.1282.9全年加权供电标煤耗/(g/kWh)291.2291.2290.9全年发电标煤耗量/t1 513 9701 532 4801 547 730燃料费/万元123 837125 351126 598燃料费差异/万元基准1 5142 761全年总售电量/×106 kWh5 197.65 262.45 320.2售电量差异/×106 kWh基准64.9122.6多售电收益/万元基准2 2644 279收益差异/万元基准7501 518注：标准煤价格价按817.96元/t计，上网电价按0.349元/kWh计。由表10可知，汽电双驱引风机方案的异步电机发电量较高，小汽轮机功率显著高于其他两个方案，热耗最高，发电标煤耗最高。厂用电率方面，汽电双驱引风机方案的异步电机发电量较高，但厂用电率显著降低，方案热耗最高，但供电标煤耗最低。背压式汽动引风机方案的发电煤耗相对增加量较多，全年耗煤量增加，厂用电率降低相对较多，全年售电量增加，不考虑供热收益的情况下，全年收益750万元。汽电双驱动引风机方案的发电煤耗相对增加量最多，全年耗煤量增加，厂用电率降低相对最多，全年售电量增加最多，不考虑供热收益情况下，全年收益1 518万元。4.2投资回收期分析背压式汽动引风机方案配置2台50%容量的静叶可调变速风机、2台驱动小汽轮机[9]。汽电双驱引风机方案配置、2台50%容量的动叶可调定速风机、2台驱动小汽轮机、2台驱动异步电机、变压器[9]。两种方案的设备成本对比(单台机组)如表11所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.01.016.T011表11两种方案的设备成本对比（单台机组）项目背压式汽动引风机方案汽电双驱引风机方案工程静态投资/万元7 0957 994每年产生收益/万元7501 518银行贷款利率/%5.05.0项目投资回收期/年13.156.25单位投资按照1#机发电功率1×1 030 MW计算。两种方案的投资估算（单台机组）如表12、表13所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.01.016.T012表12两种方案的投资收益对比（单台机组）项目背压式汽动引风机回热方案汽电双驱引风机回热方案合计+899异步电机基准+100配套电气设备基准+49小汽机（含油站、轴加、齿轮箱等）基准+700小凝汽器（含真空泵、凝结水输送泵等）基准0蒸汽管道及阀门（包含安装）基准0土建费用（小机房、基座等）基准+25热控费用（包含调试）基准+25万元10.3969/j.issn.1004-7948.2023.01.016.T013表13两种方案投资与收益对比项目背压式汽动引风机回热汽电双驱引风机回热成本基准+899收益基准+768万元5结语与背压式汽动引风机方案方案相比，汽电双驱引风机方案的投资增加899万，但每年可增加收益768万；按照银行贷款利率按5%计算，约6.25年收回投资，投资回收期小于10年，汽电双驱引风机方案技术经济性优于背压式汽动引风机方案。