高温风机的汽电双拖动技术研究

胡希栓，肖 阳

1 前言

国内早期的水泥窑余热发电站因技术条件、装备水平、操作水平所限，装机规模较低。以5 000t/d生产线为例，早期设计建设的余热发电站的装机规模一般为7.5MW。随着水泥企业对余热发电系统理解的加深，水泥窑结合余热发电站的技术越来越成熟，现在设计建设的余热发电站的规模一般为9MW。一些早期建成的、装机容量较小的余热发电站，因余热锅炉产汽量增大，就会发生汽轮发电机组超发的情况。该情况的出现是因为，一方面汽轮发电机组长期处于额定工况以上工作，给机组运行带来安全隐患；另一方面，为了保证汽轮发电机组的安全运行，不得不人为降低余热锅炉的产汽量，造成余热资源的浪费。为了解决这一问题，水泥企业可采用如下方案：（1）将原有装机小的汽轮发电机组更换为装机大的汽轮发电机组；（2）在保留原有汽轮发电机组的前提下，增加一台小的汽轮发电机组，使余热资源得到充分利用。以上两种方案各有优缺点，本文在此不展开论述。

本文旨在介绍一种新的余热利用技术——汽电双拖动高温风机技术。此技术一方面解决余热锅炉的多余蒸汽利用问题，另一方面蒸汽的热能可直接转化为拖动高温风机的机械能，提高了能量转化效率。从能源有效利用的角度分析，电动机拖动转动设备经过以下能量转换环节：蒸汽—汽轮机—发电机—电力传输网络—电动机—转动设备；汽轮机拖动转动设备经过以下能量转换环节：蒸汽—汽轮机—转动设备。两相比较，汽轮机直接拖动转动设备减少了能量转换的中间环节，其能源的有效利用率更高。高温风机的电机拖动和汽轮机拖动的自由转换，不会影响水泥窑系统的正常生产，为有需要的水泥熟料生产企业提供了一种可选择的技术方案，充分利用了系统多余蒸汽节电，实现了能量综合利用，从而给企业带来丰厚的经济效益。

2 汽电双拖动高温风机的技术路线

目前汽电双拖动高温风机主要有以下两种技术形式：

方案一：汽轮机和电动机同侧拖动高温风机；

方案二：汽轮机和电动机对侧拖动高温风机。

2.1 各方案的配置及改造

2.1.1 方案一的配置和改造

方案一，拖动机组主要由工业拖动汽轮机、齿轮减速箱、变速离合器、电动机、风机等组成。按照实际情况，将高温风机电动机改造成双出轴形式，将汽轮机与电动机布置在同侧驱动高温风机。其中，低速联轴器为膜片联轴器，3S离合器可以保证在汽轮机不做功的情况下，将其解列出系统，降低电动机拖动负荷。

2.1.2 方案二的配置和改造

方案二，拖动机组主要由工业拖动汽轮机、齿轮减速箱、超越离合器、风机、超越离合器、电机等组成。按照实际情况，将高温风机改造成双出轴形式，将汽轮机与电动机布置在风机的两侧驱动转动设备。其中，低速联轴器为膜片联轴器，风机两侧均布置超越离合器，可以保证在汽轮机或电动机不做功的情况下，将其解列出系统。

2.2 两种方案的优缺点比较（表1）

3 高温风机汽电双拖动的工作流程

表1 两种方案的优缺点比较

3.1 由电动机拖动切换至汽轮机拖动的过程

（1）电动机拖动运行设备平稳运行，汽轮机暖机冲转并具备启动条件，蒸汽参数满足汽轮机带负荷要求；

（2）汽轮机启动并逐步增加负荷，此时电动机不做调整，高温风机由汽轮机和电动机同时拖动；

（3）增加汽轮机负荷至可以单独拖动运行设备（此过程中电动机电流逐步下降，由于异步电动机与电网相联，其转速决定于电网频率）；

（4）电动机电流降至某一定值时，人工解列电动机，实现切换至汽轮机拖动。

3.2 由汽轮机拖动切换至电动机拖动的过程

（1）与电网协调准备完毕，启动电动机（注意观测此时电流，此时电动机和汽轮机同时拖动）；

（2）缓慢降低汽轮机负荷至汽轮机完全脱开。

3.3 自动控制部分

（1）汽轮机ETS功能在高温风机的PLC系统完成；

（2）汽轮机505系统装于PLC柜上，注意PLC柜的散热能力；

（3）运行设备控制室操作台上安装停机按钮；

（4）两个停机按钮分别用于紧急停汽轮机或电动机，另一个按钮用于紧急启动直流油泵。

表2 汽力拖动投运前（2016年8月）电耗统计表

表3 汽力拖动投运后（2017年8月）电耗统计表

3.4 汽轮机和电动机转速的调节

汽轮机拖动风机时，根据生产线DCS提供的风机转速给定值，通过汽轮机505系统调节风机转速，进而保证风机入口负压的稳定，实现生产系统的稳定运行；电动机拖动风机时，根据生产线DCS提供的风机转速给定值，通过变频器调节其转速，进而保证设备入口负压的稳定，实现生产线系统的稳定运行。

3.5 富余蒸汽量的利用

蒸汽量富余时，如果余热锅炉所产生的蒸汽进入汽轮机，拖动高温风机正常运行的情况下，仍有一定量的富余蒸汽，则这部分富余的蒸汽可以进入原余热电站汽轮发电机，使其转变为电能。

4 意义及前景

从表2、表3可以看出，在不考虑线损等因素下，电耗降低10.76kWh/t熟料，按照日产熟料5 700t计算，日节电量61 000kWh左右，减掉余热锅炉、循环水等辅助设施用电量，日节电56 000kWh。当量法计算折合标准煤约6.89t/d，减少温室气体CO2、NOX等排放约17.17t/d，节约电费2.91万元/d，吨熟料生产成本降低约5元。无论是从节能减排保护环境，还是公司运营“增节降”方面来说，意义都非常大。■