百萬容量火電機(jī)組廠用電率設(shè)計(jì)值與運(yùn)行值的差異淺析

戴 悅，汪海霞，李淑芳

(中國電力工程顧問集團(tuán)公司，北京 100120)

1 問題的提出

節(jié)能降耗是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的國策，也是一項(xiàng)長遠(yuǎn)的戰(zhàn)略方針。發(fā)電廠的廠用電率一直是備受各方關(guān)注的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)之一。1000MW機(jī)組是我國目前單機(jī)容量最大的火電機(jī)組，其運(yùn)行指標(biāo)受到各方格外的關(guān)注。由于近期投運(yùn)的部分1000MW機(jī)組其運(yùn)行廠用電率比設(shè)計(jì)廠用電率低較多，結(jié)合國內(nèi)已運(yùn)行的幾個單機(jī)容量為1000MW機(jī)組的部分運(yùn)行負(fù)荷和運(yùn)行廠用電率，本文通過對運(yùn)行資料的初步分析，對廠用電率設(shè)計(jì)值和運(yùn)行值的差異進(jìn)行說明。

2 設(shè)計(jì)廠用電率與實(shí)際運(yùn)行廠用電率的對比

近期收集的幾個單機(jī)容量為百萬千瓦等級的電廠運(yùn)行廠用電率值和設(shè)計(jì)值的對比見表1。

表1 設(shè)計(jì)廠用電率與實(shí)際運(yùn)行廠用電率對比

(續(xù))

由上述對比表可以看出，設(shè)計(jì)廠用電率比運(yùn)行平均值高0.25～0.94個百分點(diǎn)，比機(jī)組滿發(fā)值高0.73～1.86個百分點(diǎn)。

3 設(shè)計(jì)和運(yùn)行廠用電率差異的初步分析

3.1 設(shè)計(jì)和運(yùn)行廠用電率計(jì)算方法的分析

由于設(shè)計(jì)值與運(yùn)行值存在著一定的差異，首先從計(jì)算方法上分析二者的差異。

3.1.1 設(shè)計(jì)廠用電率的計(jì)算方法

按電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》(DL/T 5153－2002)的附錄A(提示的附錄)給出的“火力發(fā)電廠廠用電率的估算方法(近似計(jì)算)”，火力發(fā)電廠廠用電率的估算方法如下：

式中： e為廠用電率，%；Sc為廠用電計(jì)算負(fù)荷(kVA)；cosφav為電動機(jī)在運(yùn)行功率時的平均功率因數(shù)，一般取0.8；Pe為發(fā)電機(jī)的額定功率(kW)。

其中對廠用電計(jì)算負(fù)荷Sc采用換算系數(shù)法計(jì)算，計(jì)算原則大部分與廠用變壓器的負(fù)荷計(jì)算原則相同(詳見附錄A)。

換算系數(shù)法的算式為：

式中：Sc為計(jì)算負(fù)荷(kVA)；K為換算系數(shù)，可取表2中的數(shù)值；P為電動機(jī)的計(jì)算功率(kW)。

表2 換算系數(shù)

換算系數(shù)是從多個同類型電廠運(yùn)行實(shí)踐中統(tǒng)計(jì)分析而得到的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，目前均采用此法進(jìn)行火電廠廠用電的負(fù)荷統(tǒng)計(jì)和廠用電率的計(jì)算。

3.1.2 運(yùn)行廠用電率的計(jì)算方法

運(yùn)行廠用電率即電廠在運(yùn)行中實(shí)測的廠用電的消耗量占同一時期對應(yīng)機(jī)組全部發(fā)電量的百分?jǐn)?shù)。電廠每天都對全廠的廠用電率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，累計(jì)一段時間后，再算出全年的全廠廠用電率。按電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《火力發(fā)電廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算方法》(DL/T 904－2004)，廠用電率分下列2種情況定義。

⑴ 純凝汽電廠生產(chǎn)廠用電率

式中：Lcy為生產(chǎn)廠用電率，(%)；Wf為統(tǒng)計(jì)期內(nèi)的發(fā)電量，(kW·h)；Wcy為統(tǒng)計(jì)期內(nèi)的廠用電量，(kW·h)；Wh為統(tǒng)計(jì)期內(nèi)的總耗用電量，(kW·h)；Wkc為統(tǒng)計(jì)期內(nèi)按規(guī)定應(yīng)扣除的電量，(kW·h)。

下列用電量不計(jì)入廠用電的計(jì)算：

①新設(shè)備或大修后設(shè)備的烘爐、煮爐、暖機(jī)、空載運(yùn)行的電力的消耗量；

②設(shè)備在未移交生產(chǎn)前的帶負(fù)荷試運(yùn)行期間耗用的電量；

③計(jì)劃大修以及基建、更改工程施工用的電量；

④發(fā)電機(jī)作調(diào)相運(yùn)行時耗用的電量；

⑤廠外運(yùn)輸用自備機(jī)車、船舶等耗用的電量；

⑥輸配電用的升、降壓變壓器(不包括廠用電變壓器)、變波機(jī)、調(diào)相機(jī)等消耗的電量；

⑦修配車間、車庫、副業(yè)、綜合利用及非生產(chǎn)用(食堂、宿舍、幼兒園、學(xué)校、醫(yī)院、服務(wù)公司和辦公室等)的電量。

⑵ 綜合廠用電率

綜合廠用電率是指全廠發(fā)電量與上網(wǎng)電量的差值與全廠發(fā)電量的比值，即：

式中：Wwg為全廠的外購電量，(kW·h)；Wgk為全廠的關(guān)口電量，(kW·h)。

電廠提供的廠用電率為生產(chǎn)廠用電率。

3.1.3 計(jì)算方法的差異

通過比較上述兩種計(jì)算方法可以看出：設(shè)計(jì)是按照滿發(fā)的工況模擬全年情況進(jìn)行計(jì)算；運(yùn)行廠用電率是根據(jù)機(jī)組實(shí)際發(fā)電和自用電情況，取一定時期內(nèi)的實(shí)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得出，實(shí)際運(yùn)行時機(jī)組的出力和用電量是變化的，機(jī)組出力減小廠用電率上升、機(jī)組滿發(fā)時廠用電率應(yīng)最小。

3.2 設(shè)計(jì)和運(yùn)行廠用電率差異的原因分析

按照設(shè)計(jì)與運(yùn)行廠用電率計(jì)算方法的定義，考慮到設(shè)計(jì)值是按照機(jī)組額定功率為分母，運(yùn)行值是以不同的負(fù)荷為分母，設(shè)計(jì)值應(yīng)小于運(yùn)行值才合理，然而統(tǒng)計(jì)的結(jié)果并非如此。下面就對引起二者不同的因素進(jìn)行初步分析。

⑴ 主要輔機(jī)換算系數(shù)(K值)導(dǎo)致設(shè)計(jì)和運(yùn)行存在差異

3個工程中機(jī)組100%出力時電動機(jī)實(shí)際運(yùn)行功率與額定功率的對比，及電動機(jī)的負(fù)荷率和K值的對比見表3。

表3 電動機(jī)實(shí)際運(yùn)行功率與額定功率對比

(續(xù))

由表3可以看出，設(shè)計(jì)計(jì)算中換算系數(shù)的值基本都大于實(shí)際運(yùn)行時的最大負(fù)荷率，尤其是鍋爐三大風(fēng)機(jī)差距更大，最低的負(fù)荷率為0.28，僅為相應(yīng)K值的33%。由于上述輔機(jī)容量較大，其占廠用負(fù)荷的比例高，換算系數(shù)值的差距，使設(shè)計(jì)廠用電率大于運(yùn)行值。

《火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》中的換算系數(shù)(K值)是考慮了電動機(jī)效率、功率因數(shù)、負(fù)荷因子和同時率等綜合因素的經(jīng)驗(yàn)值，K值的選取來自于大量的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。在80年代末期，東北院曾對K值的選擇進(jìn)行了復(fù)核，當(dāng)時調(diào)研主要針對300MW及以下機(jī)組。通過東北院的調(diào)研認(rèn)為K值的選取是合適的。隨著大容量機(jī)組的不斷增加，設(shè)計(jì)系統(tǒng)未對K值進(jìn)行復(fù)核，建議隨著大容量機(jī)組的不斷投運(yùn)，應(yīng)對K值進(jìn)行必要的復(fù)核，使K值的選取更加接近實(shí)際輔機(jī)負(fù)荷率。

⑵ 電動機(jī)額定功率和實(shí)際運(yùn)行功率存在差異。表4以外高橋三期工程的三大風(fēng)機(jī)為例，列出三大風(fēng)機(jī)各種工況下軸功率的設(shè)計(jì)值與電動機(jī)運(yùn)行功率的對比值。

表4 外高橋三期工程三大風(fēng)機(jī)軸功率設(shè)計(jì)值和電動機(jī)功率對比 單位：kW

通過表4可以看出，三大風(fēng)機(jī)電動機(jī)容量均按照對應(yīng)TB工況下軸功率進(jìn)行選擇，而實(shí)際運(yùn)行中不可能在TB工況下運(yùn)行，三大風(fēng)機(jī)在BRL工況下的軸功率只有TB工況下的軸功率的0.42、0.51、0.58、0.56，因此，額定運(yùn)行工況下電動機(jī)運(yùn)行功率遠(yuǎn)小于其額定功率。

而且通過表3和表4都可以看出，當(dāng)機(jī)組100%出力時電動機(jī)的實(shí)際運(yùn)行值與電動機(jī)額定值之間也存在一定的差距，尤其是鍋爐三大風(fēng)機(jī)，100%出力時的實(shí)際運(yùn)行值約只占其電動機(jī)額定值的一半。

在廠用電率設(shè)計(jì)計(jì)算時即使按照85%的負(fù)荷率計(jì)算，也超出運(yùn)行的實(shí)際值，使設(shè)計(jì)廠用電率大于運(yùn)行值。

當(dāng)然因電動機(jī)容量的選擇涉及到很多因素，有些需考慮機(jī)組全壽命期的出力和不同煤質(zhì)等因素的影響，本次調(diào)查的電廠投運(yùn)時間都不長，也許未能全面反映全壽命期的出力。

⑶ 運(yùn)行中的節(jié)能優(yōu)化

目前各電廠均非常重視運(yùn)行中的節(jié)能優(yōu)化，如外高橋三期工程優(yōu)化了煙風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，為增壓風(fēng)機(jī)設(shè)置了旁路煙道，使得機(jī)組在低負(fù)荷的時候，可采取停用增壓風(fēng)機(jī)而不停脫硫吸收塔的運(yùn)行方式,可大大節(jié)約機(jī)組低負(fù)荷時的廠用電，合計(jì)全廠全年可節(jié)約廠用電235.4萬度；對回轉(zhuǎn)式空預(yù)器采用全向柔性密封技術(shù)改造，漏風(fēng)率降低約2%，廠用電率下降了約0.5%；在脫硫吸收塔進(jìn)口設(shè)置低溫省煤器，利用煙氣余熱降低熱力系統(tǒng)的煤耗量，其節(jié)約的煤耗量基本等于脫硫系統(tǒng)增加的發(fā)電煤耗，因此補(bǔ)償了脫硫系統(tǒng)的廠用電損失，實(shí)現(xiàn)了“零能耗脫硫”；北侖三期工程和玉環(huán)電廠在凝結(jié)水泵上采用了高壓變頻裝置，起到了節(jié)省廠用電、降低運(yùn)行廠用電率的作用。

以上在運(yùn)行中的節(jié)能優(yōu)化降低的都只是運(yùn)行中實(shí)際的廠用電率，均未影響到設(shè)計(jì)廠用電率，因而造成運(yùn)行值與設(shè)計(jì)值出入較大。

4 結(jié)論和建議

4.1 結(jié)論

從以上對設(shè)計(jì)和運(yùn)行廠用電率的差異分析可以看出，設(shè)計(jì)值偏離運(yùn)行值的原因在于：

⑴ 設(shè)計(jì)計(jì)算中換算系數(shù)K的值基本都大于實(shí)際運(yùn)行時的最大負(fù)荷率，尤其是鍋爐三大風(fēng)機(jī)差距更大。由于上述輔機(jī)容量較大，其占廠用負(fù)荷的比例高，換算系數(shù)值的差距，使設(shè)計(jì)廠用電率大于運(yùn)行值。

⑵ 機(jī)組100%出力時電動機(jī)的實(shí)際運(yùn)行值與設(shè)計(jì)選擇的電動機(jī)額定值之間也存在一定的差距，尤其是鍋爐三大風(fēng)機(jī)，100%出力時的實(shí)際運(yùn)行值約只占其電動機(jī)額定值的一半。設(shè)計(jì)計(jì)算時即使按照85%的負(fù)荷率計(jì)算，也超出運(yùn)行的實(shí)際值，使設(shè)計(jì)廠用電率大于運(yùn)行值。

⑶ 運(yùn)行中的節(jié)能優(yōu)化降低了運(yùn)行廠用電率，而設(shè)計(jì)廠用電率未考慮此影響，使設(shè)計(jì)廠用電率大于運(yùn)行值。

4.2 建議

為避免設(shè)計(jì)廠用電率與運(yùn)行廠用電率的差距過大，建議：

⑴ 工藝專業(yè)電動機(jī)容量的選擇應(yīng)更貼近設(shè)備的實(shí)際出力，避免大馬拉小車，盡量使工藝設(shè)備達(dá)到高效運(yùn)行；

⑵ 對換算系數(shù)K的取值進(jìn)一步修正，以更接近實(shí)際情況。