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1、华能海门电厂 曾壁群 2011年5月,华能海门电厂简介,华能海门电厂是华能电力股份有限公司属下的第二台1000MW装机等级的电厂，电厂座落在广东省汕头市海门镇美丽的海湾边。一期设计建设41036MW超超临界燃煤机组，二期设计建设21036超超临界燃煤机组。是国内首台采用海水脱硫、占地面积最小，单位绿化率最高的电厂。3号机组是国内首台采用小汽轮机带动引风机的百万机组，综合厂用电率降至了3.1%，经济效益明显 。,美丽的电厂外景,本文主要介绍内容,一、引风机采用小汽轮机驱动的设想 二、引风机采用小汽机驱动主要节能要点 三、引风机小汽机系统配置 四、引风机-小汽轮机轴系设计方案特点与技术创新 五、引
2、风机-小汽轮机控制方案特点与技术创新 六、风机RB时控制策略 七、实际应用情况,一、引风机采用小汽轮机驱动的设想,一、引风机采用小汽机驱动的设想,随着节能要求的不断提高，燃煤发电厂容量的日趋大型化，锅炉引风机的容量也随之增大； 锅炉岛、脱硝和脱硫系统的一体化使引风机与脱硫增压风机合并成为可能，引风机容量需求变得更大，使引风机采用小机带动的优势更加突出。 引风机采用电动机驱动，电机启动电流大，给厂用电系统带来了很大的不稳定性。,一、引风机采用小汽机驱动的设想,在各个电厂引增合一的成功例子中，引风机和增压风机合并后采用电机驱动，能降低厂用电率0.20.3%左右，而采用电机驱动改为采用小汽轮机驱动，
3、更能大幅降低厂用电率； 小汽轮机在国内运行经验已经很成熟，汽轮机平稳的转速调节，使风机在不同负荷下保持高效率运行，大大提高风机的运行效率，降低机组能耗，有效降低供电煤耗。,一、引风机采用小汽机驱动的设想,为百万超超临界发电设计技术的创新和提高节能效益，2009年，华能海门电厂在3、4号机初设阶段，华能股份公司、海门电厂与广东省电力设计研究院先后立项提出“百万机组引风机小汽轮机驱动技术研究与应用”的项目。,二、引风机采用小汽机 驱动主要节能要点,1、引风机小汽轮机驱动技术在目前深度节能减排和节能调度的背景下，可以大幅度降低厂用电率，明显增加上网电量；电厂商业运行阶段每年可多创造利润961万元，增
4、加的投资运行3.8年即可收回。节能、经济性显著。,2、小汽轮机稳定调速，引风机在低负荷段稳定在高效率区域，风机效率高达88%，大幅降低厂用电率，节能效果明显。,引风机采用不同驱动方式效率和轴功率比较,小汽轮机驱动、电机驱动、引增合一后电机驱动三者间风机效率比较,3、可以避免超大功率电动机启动、厂用母线电压大幅度降低带来的厂用电安全问题，彻底消除电厂最大大电机启动时启动电流对厂用电系统严重的影响。,4、小汽轮机代替电机驱动引风机，减少大功率电机4台，减少电动驱动的两级能量转换，厂用电率由联合风机前的4.219降低至3.103，降幅达1.116。,5、国内百万机组首次采用引风机与增压风机合并的联合
5、风机节能优化方案，减少烟风道30米以上，烟道阻力明显降低，综合供电标煤耗降低（0.47-0.90g/kW.h）。,三、引风机小汽机系统配置,1、系统配置图,2、小汽机的配汽,小汽轮机的进汽汽源可以从再热器前或再热器后得到。由于再热器前蒸汽过热度偏低，汽轮机通流部分过早进入湿蒸汽区，水冲击较大，大部分动静叶均需更换为经抗水蚀处理的动静叶，成本大大增加。若不进行水蚀处理，汽轮机寿命将大大缩短。因此进汽不取用再热器前蒸汽。对于汽源由再热器之后得到，可以取自汽轮机中压缸和低压缸之间。综合考虑，小汽轮机正常进汽汽源取自四段抽汽。启动蒸汽汽源采用1、2号机组的辅助蒸汽。,3、凝汽器设置：两小机凝汽器公用一
6、套真空系统，凝汽器可单侧运行，此时引风机小汽机可带 80负荷运行（额定背压5.7kpa）。 4、凝结水设置：一台引风机小汽机设置两台立式定速凝结水泵，一运一备。引风机组凝结水管道通过凝结水泵升压后接入主机凝汽器回收。凝汽器冷却水回水管接入虹吸井。,5、背压式小汽机所要考虑安全问题,小汽轮机采用背压式，小汽轮机的冷源损失没有了，尾汽得以利用，效率大大提高。 但是，背压式小汽轮机必须解决在机组跳闸后备用汽消失的问题，要有可靠的备用汽源（参数较高），提供在机组跳闸后小机供汽汽源消失，避免两台引风机都跳闸的危险工况。,四、引风机-小汽轮机轴系设计方案特点与技术创新,1、轴系设计创新点,引风机和小汽轮机
7、之间通过齿轮箱联结，小汽轮机和齿轮箱之间通过膜片式联轴器进行联结（海门3号机组采用国产二级变速齿轮型，变传动比为7.3），联轴器“柔性连结”两级变速，属于国内引风机驱动首创。,2、齿轮箱设计创新,齿轮箱采用水平布置，平行轴、双斜齿、渐开线、硬齿面。减速箱加工精度：ISO1328 (最新版)5级，一级减速传动效率 ：98.5%，二级减速传动效率 96%。 在初始设计阶段，杭汽厂根据引风机厂提供的引风机冷态安装数据，确认引风机冷态安装时，将产生22000N的轴向拉力和30000N的轴端径向力。齿轮箱低速轴轴承将承受这两个力。齿轮箱设计方案为：低速轴径向轴承内径为260mm，止推轴承推力面直径为36
8、0mm，经计算齿轮箱可以承受引风机冷态安装时的轴向力和径向力。,2、齿轮箱设计创新,但随着设计的深入，风机厂确认3号机组联轴器作用于齿轮箱低速轴的径向外力的大小为4.257t、轴向拉力为2.2t。根据这样的参数，3号机组齿轮箱原来设计的轴承比压约为3.3N/mm22.45 N/mm2（许用比压），满足不了设计要求。如果按照原轴承结构进行重新设计，只有改变齿轮箱低速轴尺寸和齿轮箱结构才能满足要求。通过讨论分析及计算，采用新结构的轴承（错位轴承），比压变为约2.3 N/mm22.45 N/mm2，满足了设计要求。,3、轴系振动计算创新,成功的解决了滑动轴承和滚动轴承共存于同一轴系的轴系振动计算问题
9、：轴系扭振和弯振由杭汽厂按引进的西门子振动计算程序，得出了轴系振动分析结果如下： （1）汽轮机转子（单轴）不平衡响应分析满足API612标准相关技术要求； （2）汽轮机-齿轮箱高速轴振动分析满足API612标准的要求；,（3）全轴系扭振计算结果：2.3Hz (对应引风机转速139.7r/min)，不在风机正常工作转速范围内，同时也避开了小机800rpm的暖机转速(对应风机转速为109.1 r/min)。 （4）关于低速轴系（风机侧）的弯振计算问题，因为风机制造厂家在短期内难以提供支撑系统的水平、垂直参振质量和支撑系统的刚度、阻尼系数。风机厂家在设计阶段，只做扭振计算，不进行弯振计算。技术认定为
10、：弯振分析数值模拟意义不大，同时该类风机的支撑系统结构在设计转速范围内不会出现明显的共振，试运结果验证完全正确。,五、引风机-小汽轮机控制方案特点与技术创新,1、实现了炉膛负压正常变负荷调节对调节品质的要求。,在转速2800转/分以上，静叶从070%之间控制负压，静叶大于70%后进入转速控制回路，由转速控制风机出力。控制系统把测量的负压与控制系统中的设定值进行比较，通过控制系统中程序的比例积分环节等调试回路，发信号控制风机导叶开度或者小汽机的转速来进行控制，以维持炉膛负压的稳定。,2、实现了机组启动（停机）全过程引风机全程自动控制及炉膛负压全程自动调整的功能。 全程负压调节有静叶自动调节和小机
11、转速自动调节两中基本控制方式，包括在启动（停机）过程中控制方式的自动无扰切换，方式转换和自动切换的过程如下：在风机启动过程中，引风机小汽机先在风机入口导叶关闭的前提下，自动升速到小机最小机远控最小转速2800转/分维持不变，由风机导叶开度自动来控制炉膛的负压。,随着锅炉负荷的升高要求引风机出力增大，导叶开度将在导叶自动控制回路的作用下逐渐开大导叶开度到70%后，导叶自动控制回路自动切为手动，导叶最终开度自动过度到与机组负荷相对应的经济开度（是负荷的经验函数）； 与此同时，对应的风机小汽机转速控制回路自动切为自动控制方式，由转速自动回路自动来控制炉膛的负压，实现引风机在机组启动过程中的全程自动控
12、制功能。 在机组停机过程中，引风机的出力需要逐渐减小，导叶自动控制回路和转速自动控制回路的自动切换过程正好与启动过程相反，这样也就实现了引风机在停机过程中的全程自动控制。,3、实现了机组在发生辅机故障RB特殊工况下，对炉膛负压快速调节的功能，控制回路考虑设计静叶快速辅助调节，增加引风导叶超驰快速快速调节回路，以快速相应机组故障工况炉膛负压系统大幅度扰动； 4、实现了在机组跳闸时，对炉膛负压快速调节的功能，考虑设计了引风机减小出力的快速调节回路，以快速相应机组故障工况炉膛负压系统扰动，以快速相应机组故障工况炉膛负压系统大幅度扰动，而且保证引风机不出现甩负荷；,六、风机RB时控制策略,六、风机RB
13、时控制策略,小机引风机出力有个特点，就是小机驱动所产生的扭矩反应没有电动驱动扭矩反应快，当出现风机RB时，运行侧引风机在增加静叶开度后小机出力并没有象电动机增加快，这样出现了运行送风机增加快，运行引风机反应滞后，炉膛压力在短期出现正压的情况，严重危及锅炉安全。 控制回路充分考虑了引风机小机出力反应的速度情况，将DCS指令速率增加到4050转/s，MEH指令偏差切手动增加到偏差达1500转/分。经过试验，有效的消除了小机跟踪不足问题。,六、风机RB时控制策略,送风机RB过程的曲线：,七、实际应用情况,引风机小汽轮机驱动技术在华能海门电厂工程一期3号机组已投入使用。系统在2010年11月投运，至今
14、已运行约半年。设备运行安全可靠，连续运行正常，节能效果明显，达到了设计优化的目的。该技术具有很强的技术竞争力，有较大的应用推广价值，可带来良好的技术经济效益。,引风机小汽轮机,引风机小汽轮机,引风机小汽轮机密封罩,引风机小汽轮机供汽管,A、B引风机间循环冷却风管,A、B引风机间循环冷却风管,1、经济效益计算依据,1）每年多发电量收入： 多发电量收入电动引风机所需要的输出功率*售电价格（不含税价格：0.4309元/kW.h）； 在3个负荷下的发电量分别按照1036MW、777MW、518MW计算,2）年差额收益比较,（1）100%THA,2）年差额收益比较,（1）75%THA,2）年差额收益比较
15、,（1）50%THA,不同负荷下的运行时间组合、电动引风机需要的输出功率和增加发电量收入：,2、新增引风机小汽轮机汽耗，引起发电煤耗增加，增加发电成本：,（1）不同驱动方式的运行经济性对比分析,（2）不同负荷下的运行时间组合、增加热耗对应煤耗和发电成本增加（标煤价格900元/t）,3、生产维护增加费用两台引风机及相应配套系统每年的运行维护费用约为50万元。,结论：引风机小汽轮机驱动每年可多创造利润=1-2-3=961.1万元。,4、投资比较,1）两种方案投资差额计算,增加的投资：18302/961.1=3.8 年回收,八、结论,1、汽轮机驱动引风机与电动驱动相比较，机组热耗和发电煤耗增加，厂用电率下降，上网电量增加，两者相抵消，经济效益明显。 2、年利用小时、煤价、电价和基本收益率对回收年限均有影响，只存在量的影响，不存在质的影响。 3、经过计算，年回收率大于3.8年，汽轮机驱动优于电机驱动。,4、鉴于引风机采用汽轮机驱动，节能、效益显著，未来市场前景广阔，1000MW火电厂引风机采用汽轮机驱动将有可能会成为设计主流。 5、华能海门电厂引风机汽轮机驱动项目的成功，它不仅可以填补国内电站节能技术的空白，还将成为百万机组节能与技术创新效益增长点。,谢谢大家！ 祝大家工作顺利！,