汽轮机驱动引风机技术的应用_曾壁群
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（ 3） 在机组发生辅机故障快速减负荷（ RB） 时实现对炉膛负压快速调节的功能。
控制回路设置了静叶快速辅助调节，增加引 风导叶超驰快速调节回路，以快速响应机组故障 工况下炉膛负压的大幅度扰动。
控制回路充分考虑了汽轮机输出功率反应 速度较电动机慢的情况，将 DCS 指令速率增加到 40 ～ 50 r / s，汽轮机调速系统（ MEH） 切手动指令 时的转速偏差增加到1 500 r / min，有效地消除了 小机跟踪不足问题。
（ 4） 实现机组跳闸时对炉膛负压快速调节 的功能。
在机组故障工况下快速抑制炉膛负压扰动， 保证引风机不出现甩负荷。
4 投资与收益
4． 1 采用汽轮机驱动引风机的优点 采用汽轮机驱动引风机有以下优点： （ 1） 可大幅度降低厂用电率，明显增加上网
电量。采用引、增风机合二为一、电动机驱动时厂 用电率为4． 219% ，汽轮机驱动时降为3． 003% 。
ZENG Bi-qun， YAO You-gong， YANG Bo ( Huaneng Haimen Pow er Plant， Shantou 515031， China)
wk.baidu.com
Abstract: As the induced draft ( ID) fan becomes larger after being integrated w ith desulphurization booster fan， the increasing motor starting-up current has brought on unreliability to the pow er system． It is proposed to drive the ID fan by steam turbine so as to reduce the house pow er consumption rate． Technology and applications of ID fan driven by steam turbine have been studied， of w hich the economical effects have been compared w ith that of the motor-driven one． Study results show that the program is feasible．
进行了研究，并与电动机驱动引风机技术进行了经济比较。研究表明： 这一方案是有效的。
关键词：引风机； 驱动方式； 传动效率； 启动电流； 闭环控制
中图分类号：TK223． 26
文献标识码：A
文章编号：1671-086X（ 2012） 01-0030-04
Application of ID Fan Driven by Steam Turbine
（ 2） 汽轮机调速稳定。在低负荷段引风机 能稳定运行在高效率区 域，风 机 效 率 高 达 88% （ 见图 3） 。
引风机采用不同驱动方式效率和轴功率比 较见表 1。
表 1 引风机不同驱动方式下的效率和轴功率
项目
THA 75% THA 50% THA
（ 电动机驱动） 84． 3 风机效率 /%
（ 汽轮机驱动） 86． 3
第 26 卷第 1 期 2012 年 1 月
POWER EQUIPMENT
Vol． 26，No． 1 Jan． 2012
汽轮机驱动引风机技术的应用
曾壁群，姚友工，杨 博 （ 华能海门电厂，汕头 515031）
摘 要：针对锅炉引风机与脱硫增压风机合二为一使引风机容量变得更大，电机启动电流大给厂用电系
统带来了很大的不可靠性，提出引风机采用汽轮机驱动，以降低厂用电率。对汽轮机驱动引风机技术和应用
收稿日期：2011-07-08 作者简介：曾壁群（ 1970 ） ，男，工程师，从事大型火电机组运行管理及运行优化研究。
E-mail： stzbq88@ 163． com
第1 期
曾壁群，等： 汽轮机驱动引风机技术的应用
·31·
前蒸汽。若 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。综合考虑之后， 小机正常进汽汽源取自主汽轮机的四段抽汽。 启动蒸汽汽源采用该电厂 1 号及 2 号机组的辅 助蒸汽。 1． 3 凝汽器设置
制造厂成功地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，轴系扭振
和弯振按引进的西门子振动计算程序得出了轴 系振动结果：
（ 1） 汽轮机转子（ 单轴） 不平衡响应分析满 足 API 612 标准相关技术要求。
（ 2） 汽 轮 机-齿 轮 箱 高 速 轴 振 动 分 析 满 足 API 612 标准的要求。
图 1 引风机的驱动汽轮机热力系统图
1． 2 小机的配汽 小机的进汽汽源可从再热器前或再热器后
得到。但由 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 片 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 防 水 蚀 处 理，汽 轮机寿命 将 大 大 缩 短，因 此 进 汽 不 取 用 再 热 器
（ 3） 全轴系扭振计算结果为 2． 3 Hz （ 对应引 风机转速 139． 7 r / min） ，不在风机正常工作转速 范围内，同时也避开了小机 800 r / min 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 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 尼系数等 而 不 能 进 行。风 机 制 造 厂 在 设 计 阶 段 ，只 做 扭 振 计 算 ，不 进 行 弯 振 计 算 。 经 分 析 认 定 ，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［1］。 试 运 结 果 完 全 验 证 了 这 一 观 点 的 正确性。
Keywords: ID fan; driven mode; transmission efficiency; starting-up current; closed-loop control
某电厂 3 号机组为1 036 MW超超临界火电 机组，配置 2 台型号为 HA47436-8Z 可调轴流式 引风机和 2 台型号为 NK63 /71 /0 的纯凝汽反动 式汽轮机，这 样 既 可 避 免 过 大 的 电 机 启 动 电 流， 也减少了厂用电，保证了厂用电的可靠性。本文 是在某电厂采用汽轮机驱动引风机的实践经验 和数据的基础上，分析和研究在引风机与增压风 机合并后，采用汽轮机代替电机驱动引风机的实 际应用，并对其经济性进行了分析。
（ 3） 可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 大 电 机 启 动 电 流 对 厂 用 电 系 统 严 重 的
影响。
（ 4） 国内百万千瓦级机组首次采用引风机
与增压风机合并的节能方案，减少烟风道30 m以
上，烟 道 阻 力 明 显 降 低，综 合 供 电 标 煤 耗 降 低 0． 47 ～ 0． 90 g / （ kW·h） ［2］。
齿轮箱之间通过膜片式联轴器进行联结（ 3 号机 组采用国产二级变速齿轮箱，传动比为 7． 3） 。联 轴器“柔性连结”+ 两级变速，属于国内汽轮机驱 动引风机技术的首次应用。 2． 2 齿轮箱设计
齿轮箱采用水平布置，平行轴、双斜齿、渐开 线、硬齿面。减速箱加工精度达 ISO 1328 （ 最新 版） 5 级，一级减速传动效率为 98． 5% ，二级减速 传动效率 96% 。
与此同时，小 机 转 速 控 制 回 路 自 动 转 变 为 自动 控 制 方 式 ，由 转 速 来 控 制 炉 膛 的 负 压 ，并 实 现引风 机 在 机 组 启 动 过 程 中 的 全 程 自 动 控 制 功能。
机组停机 过 程 中，引 风 机 的 输 出 功 率 需 要 逐渐减小，导 叶 自 动 控 制 回 路 和 转 速 自 动 控 制 回路的转 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。
图 2 引风机 汽轮机组启动及运行曲线
全程负压调节有静叶自动调节和小机转速 自动调节两种控制方式，包括启动（ 停机） 过程中 控制方式的自动无扰切换。运行方式转换过程
·32·
第 26 卷
如下： 在风机启动过程中，先在风机入口导叶关 闭的 前 提 下，自 动 升 速 到 最 小 远 控 转 速 2 800 r / min维持不变，随后由风机导叶开度自动 控制炉膛的负压。
在设计初 始 阶 段，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 22 kN 的轴向拉力和 30 kN 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 260 mm，止 推轴承推力面直径为 360 mm，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。
用。小机的有关疏水排入其单独设置的疏水扩 容器中。热力系统见图 1。
1 汽轮机驱动引风机的系统
1． 1 系统配置图 汽轮机（ 简称小机） 驱动引风机的正常工作
汽源采用主汽轮机的四段抽汽，启动及调试用汽 为辅助 蒸汽，辅 助 蒸 汽 设 计 参 数 为 0． 8 ～ 1． 3 MPa，300 ～ 350 ℃ 。汽轮机设置独立的轴封系统 及真空系统，轴封末端回汽至汽封加热器加热凝 结水； 1 台小机配置 1 台凝汽器，其凝结水经小机 凝结水泵 升 压 后 打 入 主 机 凝 汽 器 热 井，回 收 利
两小机凝汽器共用一套真空系统。凝汽器 可单侧运行，这时小机可带 80% 负荷运行（ 额定 背压 5． 7 kPa） 。 1． 4 凝结水设施
一台小机设置 2 台立式定速凝结水泵，一运 一备，其凝结水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。
2 引风机 汽轮机轴系特点
2． 1 轴系设计 引风机和小机之间通过齿轮箱联结，小机和
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为42． 57 kN、 轴向拉力为22 kN，这样 3 号机组齿轮箱原来设 计的轴承比压约为3． 3 MPa ＞ 2． 45 MPa（ 许用比 压） ，不能满足设计要求。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。通过分析及计算，采用 新结构的轴承 （ 错位轴承） 比 压 变 为2． 3 MPa ＜ 2． 45 MPa，才满足了设计要求。 2． 3 轴系振动计算
3 引风机 汽轮机控制特性
小机驱动引风机能实现以下功能： （ 1） 实现机组变负荷时炉膛负压的调节。 在转速2 800 r / min以上，静叶在开度 70% 以 内进行负压控制； 静叶开度大于 70% 后进入转速 控制回路，由转速控制风机输出功率。 （ 2） 实现机组启动（ 停机） 全过程引风机自 动控制及炉膛负压全程自动调整。 引风机 汽轮机启动及运行曲线见图 2。
77． 4 87． 7
59． 6 88． 0
风机轴功率1） / kW （ 电动机驱动） 4 959 （ 汽轮机驱动） 4 844
3 110 2 745
2 176 1 474
注： 1） 指单台风机轴功率。
汽轮机驱动（ 引、增合一） 、电机驱动、引增合 一后电动机驱动三者间风机效率比较见图 3。
图 3 各种驱动方式下引风机效率比较
随着锅炉 负 荷 的 升 高，要 求 引 风 机 输 出 功 率增大，导 叶 开 度 将 在 导 叶 自 动 控 制 回 路 的 作 用下逐渐开到 70% ，随后导叶自动控制回路由 自动切为 手 动。这 过 程 中，导 叶 最 终 开 度 会 自 动过渡到与机组负荷相对应的经济开度（ 是负 荷的函数） 。
控制回路设置了静叶快速辅助调节，增加引 风导叶超驰快速调节回路，以快速响应机组故障 工况下炉膛负压的大幅度扰动。
控制回路充分考虑了汽轮机输出功率反应 速度较电动机慢的情况，将 DCS 指令速率增加到 40 ～ 50 r / s，汽轮机调速系统（ MEH） 切手动指令 时的转速偏差增加到1 500 r / min，有效地消除了 小机跟踪不足问题。
（ 4） 实现机组跳闸时对炉膛负压快速调节 的功能。
在机组故障工况下快速抑制炉膛负压扰动， 保证引风机不出现甩负荷。
4 投资与收益
4． 1 采用汽轮机驱动引风机的优点 采用汽轮机驱动引风机有以下优点： （ 1） 可大幅度降低厂用电率，明显增加上网
电量。采用引、增风机合二为一、电动机驱动时厂 用电率为4． 219% ，汽轮机驱动时降为3． 003% 。
ZENG Bi-qun， YAO You-gong， YANG Bo ( Huaneng Haimen Pow er Plant， Shantou 515031， China)
wk.baidu.com
Abstract: As the induced draft ( ID) fan becomes larger after being integrated w ith desulphurization booster fan， the increasing motor starting-up current has brought on unreliability to the pow er system． It is proposed to drive the ID fan by steam turbine so as to reduce the house pow er consumption rate． Technology and applications of ID fan driven by steam turbine have been studied， of w hich the economical effects have been compared w ith that of the motor-driven one． Study results show that the program is feasible．
进行了研究，并与电动机驱动引风机技术进行了经济比较。研究表明： 这一方案是有效的。
关键词：引风机； 驱动方式； 传动效率； 启动电流； 闭环控制
中图分类号：TK223． 26
文献标识码：A
文章编号：1671-086X（ 2012） 01-0030-04
Application of ID Fan Driven by Steam Turbine
（ 2） 汽轮机调速稳定。在低负荷段引风机 能稳定运行在高效率区 域，风 机 效 率 高 达 88% （ 见图 3） 。
引风机采用不同驱动方式效率和轴功率比 较见表 1。
表 1 引风机不同驱动方式下的效率和轴功率
项目
THA 75% THA 50% THA
（ 电动机驱动） 84． 3 风机效率 /%
（ 汽轮机驱动） 86． 3
第 26 卷第 1 期 2012 年 1 月
POWER EQUIPMENT
Vol． 26，No． 1 Jan． 2012
汽轮机驱动引风机技术的应用
曾壁群，姚友工，杨 博 （ 华能海门电厂，汕头 515031）
摘 要：针对锅炉引风机与脱硫增压风机合二为一使引风机容量变得更大，电机启动电流大给厂用电系
统带来了很大的不可靠性，提出引风机采用汽轮机驱动，以降低厂用电率。对汽轮机驱动引风机技术和应用
收稿日期：2011-07-08 作者简介：曾壁群（ 1970 ） ，男，工程师，从事大型火电机组运行管理及运行优化研究。
E-mail： stzbq88@ 163． com
第1 期
曾壁群，等： 汽轮机驱动引风机技术的应用
·31·
前蒸汽。若 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。综合考虑之后， 小机正常进汽汽源取自主汽轮机的四段抽汽。 启动蒸汽汽源采用该电厂 1 号及 2 号机组的辅 助蒸汽。 1． 3 凝汽器设置
制造厂成功地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，轴系扭振
和弯振按引进的西门子振动计算程序得出了轴 系振动结果：
（ 1） 汽轮机转子（ 单轴） 不平衡响应分析满 足 API 612 标准相关技术要求。
（ 2） 汽 轮 机-齿 轮 箱 高 速 轴 振 动 分 析 满 足 API 612 标准的要求。
图 1 引风机的驱动汽轮机热力系统图
1． 2 小机的配汽 小机的进汽汽源可从再热器前或再热器后
得到。但由 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 片 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 防 水 蚀 处 理，汽 轮机寿命 将 大 大 缩 短，因 此 进 汽 不 取 用 再 热 器
（ 3） 全轴系扭振计算结果为 2． 3 Hz （ 对应引 风机转速 139． 7 r / min） ，不在风机正常工作转速 范围内，同时也避开了小机 800 r / min 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 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 尼系数等 而 不 能 进 行。风 机 制 造 厂 在 设 计 阶 段 ，只 做 扭 振 计 算 ，不 进 行 弯 振 计 算 。 经 分 析 认 定 ，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［1］。 试 运 结 果 完 全 验 证 了 这 一 观 点 的 正确性。
Keywords: ID fan; driven mode; transmission efficiency; starting-up current; closed-loop control
某电厂 3 号机组为1 036 MW超超临界火电 机组，配置 2 台型号为 HA47436-8Z 可调轴流式 引风机和 2 台型号为 NK63 /71 /0 的纯凝汽反动 式汽轮机，这 样 既 可 避 免 过 大 的 电 机 启 动 电 流， 也减少了厂用电，保证了厂用电的可靠性。本文 是在某电厂采用汽轮机驱动引风机的实践经验 和数据的基础上，分析和研究在引风机与增压风 机合并后，采用汽轮机代替电机驱动引风机的实 际应用，并对其经济性进行了分析。
（ 3） 可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 大 电 机 启 动 电 流 对 厂 用 电 系 统 严 重 的
影响。
（ 4） 国内百万千瓦级机组首次采用引风机
与增压风机合并的节能方案，减少烟风道30 m以
上，烟 道 阻 力 明 显 降 低，综 合 供 电 标 煤 耗 降 低 0． 47 ～ 0． 90 g / （ kW·h） ［2］。
齿轮箱之间通过膜片式联轴器进行联结（ 3 号机 组采用国产二级变速齿轮箱，传动比为 7． 3） 。联 轴器“柔性连结”+ 两级变速，属于国内汽轮机驱 动引风机技术的首次应用。 2． 2 齿轮箱设计
齿轮箱采用水平布置，平行轴、双斜齿、渐开 线、硬齿面。减速箱加工精度达 ISO 1328 （ 最新 版） 5 级，一级减速传动效率为 98． 5% ，二级减速 传动效率 96% 。
与此同时，小 机 转 速 控 制 回 路 自 动 转 变 为 自动 控 制 方 式 ，由 转 速 来 控 制 炉 膛 的 负 压 ，并 实 现引风 机 在 机 组 启 动 过 程 中 的 全 程 自 动 控 制 功能。
机组停机 过 程 中，引 风 机 的 输 出 功 率 需 要 逐渐减小，导 叶 自 动 控 制 回 路 和 转 速 自 动 控 制 回路的转 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。
图 2 引风机 汽轮机组启动及运行曲线
全程负压调节有静叶自动调节和小机转速 自动调节两种控制方式，包括启动（ 停机） 过程中 控制方式的自动无扰切换。运行方式转换过程
·32·
第 26 卷
如下： 在风机启动过程中，先在风机入口导叶关 闭的 前 提 下，自 动 升 速 到 最 小 远 控 转 速 2 800 r / min维持不变，随后由风机导叶开度自动 控制炉膛的负压。
在设计初 始 阶 段，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 22 kN 的轴向拉力和 30 kN 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 260 mm，止 推轴承推力面直径为 360 mm，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。
用。小机的有关疏水排入其单独设置的疏水扩 容器中。热力系统见图 1。
1 汽轮机驱动引风机的系统
1． 1 系统配置图 汽轮机（ 简称小机） 驱动引风机的正常工作
汽源采用主汽轮机的四段抽汽，启动及调试用汽 为辅助 蒸汽，辅 助 蒸 汽 设 计 参 数 为 0． 8 ～ 1． 3 MPa，300 ～ 350 ℃ 。汽轮机设置独立的轴封系统 及真空系统，轴封末端回汽至汽封加热器加热凝 结水； 1 台小机配置 1 台凝汽器，其凝结水经小机 凝结水泵 升 压 后 打 入 主 机 凝 汽 器 热 井，回 收 利
两小机凝汽器共用一套真空系统。凝汽器 可单侧运行，这时小机可带 80% 负荷运行（ 额定 背压 5． 7 kPa） 。 1． 4 凝结水设施
一台小机设置 2 台立式定速凝结水泵，一运 一备，其凝结水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。
2 引风机 汽轮机轴系特点
2． 1 轴系设计 引风机和小机之间通过齿轮箱联结，小机和
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为42． 57 kN、 轴向拉力为22 kN，这样 3 号机组齿轮箱原来设 计的轴承比压约为3． 3 MPa ＞ 2． 45 MPa（ 许用比 压） ，不能满足设计要求。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。通过分析及计算，采用 新结构的轴承 （ 错位轴承） 比 压 变 为2． 3 MPa ＜ 2． 45 MPa，才满足了设计要求。 2． 3 轴系振动计算
3 引风机 汽轮机控制特性
小机驱动引风机能实现以下功能： （ 1） 实现机组变负荷时炉膛负压的调节。 在转速2 800 r / min以上，静叶在开度 70% 以 内进行负压控制； 静叶开度大于 70% 后进入转速 控制回路，由转速控制风机输出功率。 （ 2） 实现机组启动（ 停机） 全过程引风机自 动控制及炉膛负压全程自动调整。 引风机 汽轮机启动及运行曲线见图 2。
77． 4 87． 7
59． 6 88． 0
风机轴功率1） / kW （ 电动机驱动） 4 959 （ 汽轮机驱动） 4 844
3 110 2 745
2 176 1 474
注： 1） 指单台风机轴功率。
汽轮机驱动（ 引、增合一） 、电机驱动、引增合 一后电动机驱动三者间风机效率比较见图 3。
图 3 各种驱动方式下引风机效率比较
随着锅炉 负 荷 的 升 高，要 求 引 风 机 输 出 功 率增大，导 叶 开 度 将 在 导 叶 自 动 控 制 回 路 的 作 用下逐渐开到 70% ，随后导叶自动控制回路由 自动切为 手 动。这 过 程 中，导 叶 最 终 开 度 会 自 动过渡到与机组负荷相对应的经济开度（ 是负 荷的函数） 。