1 000 MW機(jī)組循環(huán)水泵廠用電率計(jì)算方法的探討

劉慧軍，胡建忠，袁軍

（1.華東電力設(shè)計(jì)院，上海市，200063；2.國電北侖發(fā)電廠，浙江省寧波市，315800）

0 引言

廠用電率高低直接影響機(jī)組的供電煤耗和發(fā)電量指標(biāo)，是影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)。隨著對電廠節(jié)能、減排工作的更加重視，對廠用電率的關(guān)注度較從前有了大幅提高。國內(nèi)已投運(yùn)1 000MW機(jī)組項(xiàng)目的廠用電率性能考核值普遍低于設(shè)計(jì)值，且不同電廠的設(shè)計(jì)值相差也較大，引起業(yè)界關(guān)注。

因性能考核試驗(yàn)所處的氣候、工藝、運(yùn)行條件的不同，都會(huì)造成廠用電率性能考核值的不同，尤其對循環(huán)水采用一次循環(huán)的機(jī)組廠用電率受氣候的影響明顯，更需要深入研究。循環(huán)水泵（以下簡稱循泵）是火力發(fā)電廠不可或缺的重要輔機(jī)設(shè)備，不但占廠用負(fù)荷比例高（以北侖三期工程為例約占12.3％），且受冷卻水溫度、泵的配置數(shù)量等條件影響大，采用常規(guī)廠用電率估算方法難以反映年度運(yùn)行情況，本文參考北侖三期工程的相關(guān)參數(shù)，分析循環(huán)水系統(tǒng)的廠用電率估算方法。

1 北侖三期工程相關(guān)參數(shù)

北侖三期工程循環(huán)水采用海水直流冷卻系統(tǒng)，每臺(tái)機(jī)組配2臺(tái)固定葉循泵、擴(kuò)大單元制，循泵電機(jī)的容量為3.8MW、效率η=93％、功率因數(shù)cosφ=0.8，循泵流量3泵2機(jī)運(yùn)行（3/2）×17.61m3/s、2泵1機(jī)運(yùn)行2×15.69m3/s、1泵1機(jī)運(yùn)行19.5m3/s。

2 國內(nèi)部分1 000 MW機(jī)組廠用電率指標(biāo)

對于具體工程，由于所處地理位置、工藝特點(diǎn)、煤質(zhì)、新建還是擴(kuò)建等條件不同，斷定其廠用電率指標(biāo)的高低有一定難度，但對足夠數(shù)量的機(jī)組所作的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)還是能說明一些問題。表1列出國內(nèi)已投運(yùn)和已完成初步設(shè)計(jì)的部分1 000MW級機(jī)組廠用電率指標(biāo)。

由表1可見，已完成設(shè)計(jì)的18個(gè)工程38臺(tái)機(jī)組廠用電率設(shè)計(jì)均值為5.19％，上下變動(dòng)范圍-36.9％～21.5％，波動(dòng)較大；已投運(yùn)的9個(gè)工程20臺(tái)機(jī)組的廠用電率性能考核均值為4.19％，變動(dòng)范圍-10.2％～9.9％，相對接近；投運(yùn)時(shí)間較長的5個(gè)電廠12臺(tái)機(jī)組的運(yùn)行均值為4.72％?？梢姀S用電率設(shè)計(jì)均值較性能考核均值高出約23.9％，較運(yùn)行均值高出9.7％。對于新投產(chǎn)的電廠，由于設(shè)備新、效率高、保溫和密封好，廠用電率優(yōu)于設(shè)計(jì)值可以理解，但偏差較多，需對廠用電率的計(jì)算方法進(jìn)行分析改進(jìn)。

表1 國內(nèi)部分1 000MW級電廠機(jī)組廠用電率Tab.1 Auxiliary power ratio sheet of 1 000MW class domesticunit

3 廠用電率計(jì)算方法

《火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》[1]（以下簡稱廠用技規(guī)）提供的凝汽式發(fā)電廠廠用電率e的估算方法為

式中：Pe為發(fā)電機(jī)功率，kW；cosφav為電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)，一般取0.8；Sc為廠用電計(jì)算負(fù)荷，kVA。對Sc的統(tǒng)計(jì)提供了換算系數(shù)法和軸功率法2種方法，一般采用換算系數(shù)法[2]，即Sc=∑（KPe），換算系數(shù)K=（KtKf）/（ηcosφ），Kt為同時(shí)率、Kf為負(fù)荷率，K值是根據(jù)對運(yùn)行電廠進(jìn)行調(diào)研基礎(chǔ)上得出的，按照廠用技規(guī)提供的數(shù)據(jù)，循泵、凝結(jié)水泵電機(jī)K值取1，其他高壓電機(jī)K值取0.85，其他低壓電機(jī)K值取0.7。據(jù)此方法得出的北侖三期工程施工圖階段（表1均為初步設(shè)計(jì)階段廠用電率設(shè)計(jì)值）廠用電率計(jì)算結(jié)果列于表2，表2中Sc=61 885 kVA，e=4.95％。

表2 高壓電機(jī)和低廠變負(fù)荷統(tǒng)計(jì)及廠用電率計(jì)算TTab.2 Load and auxiliary power ratio sheet forhigh voltage motorand low voltage auxiliary transformer

由于此時(shí)優(yōu)化設(shè)計(jì)已完成，去掉了因輔助系統(tǒng)不確定而預(yù)留的裕度，故廠用電率較初設(shè)階段設(shè)計(jì)值有所下降，施工圖階段調(diào)整后的廠用電率下降到4.95％，但仍高出性能考核值約31.7％。設(shè)計(jì)值是年平均的概念，而性能考核值因考核期短，機(jī)組是滿負(fù)荷運(yùn)行且往往扣除公用負(fù)荷，所以設(shè)計(jì)值高出性能考核值是合理的。與運(yùn)行值相比，施工圖階段調(diào)整后的廠用電率僅高出4.5％，是可以接受的[8]。

對照《火力發(fā)電廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算方法》[3]提供的電廠生產(chǎn)廠用電率Lcy計(jì)算方法：式中：Wcy為統(tǒng)計(jì)期內(nèi)廠用電量；Wf為統(tǒng)計(jì)期內(nèi)發(fā)電量。與廠用電率設(shè)計(jì)值對比更貼切的是年運(yùn)行值而不是性能考核值。

表2中調(diào)整系數(shù)的概念是依據(jù)廠用技規(guī)[1]附錄A3得出的，主要反映輔機(jī)的運(yùn)行日平均運(yùn)行率，如24 h內(nèi)負(fù)荷變動(dòng)大的輸煤系統(tǒng)取0.33，空壓機(jī)、制氯、照明、公用取0.5。對用于變壓器容量選擇而言，這樣的負(fù)荷統(tǒng)計(jì)法是合適的，因變壓器不能因某一季節(jié)或工況負(fù)荷的變動(dòng)而選小，必須選擇適應(yīng)各種工況的較大容量。用于廠用電率計(jì)算的負(fù)荷統(tǒng)計(jì)則不同，它是長期累積的概念，需要廠用各工況的加權(quán)均值。

對循泵而言，負(fù)荷隨季節(jié)變動(dòng)大，在廠用電率估算時(shí)需引入年平均負(fù)荷的概念。

4 季節(jié)變化對循泵廠用電率估算的影響

汽輪機(jī)設(shè)計(jì)背壓、凝汽器冷卻面積及循泵系統(tǒng)設(shè)置方式都是根據(jù)電廠所在地的平均冷卻水溫、最高水溫條件并結(jié)合煤價(jià)、電價(jià)等經(jīng)濟(jì)因素進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)按綜合費(fèi)用最低得出的[2]，如北侖三期工程汽機(jī)設(shè)計(jì)背壓4.9 kPa（a）、凝汽器冷卻面積為4.9萬m2。實(shí)際運(yùn)行中，凝汽器冷卻面積和循泵系統(tǒng)設(shè)置方式是確定的，而不同季節(jié)水溫是變化的。北侖各月平均水溫（粗線）和季平均水溫（細(xì)線）如圖1，考慮到溫排放的影響，各季平均水溫考慮溫升0.5℃，頻率為10％的最高水溫為28.9℃。如何隨水溫的變化調(diào)整循泵的運(yùn)行模式，從而達(dá)到最節(jié)能的目的是循泵運(yùn)行管理的關(guān)鍵[6]。

北侖三期工程冷端優(yōu)化設(shè)計(jì)中提供了循泵的3種設(shè)計(jì)運(yùn)行工況：夏季工況為1機(jī)2泵、春秋季工況為2機(jī)3泵、冬季工況為1機(jī)1泵運(yùn)行，如表3。按照這一全年運(yùn)行模式，循泵年平均運(yùn)行臺(tái)數(shù)是每臺(tái)機(jī)組1.5臺(tái)。循泵的統(tǒng)計(jì)負(fù)荷就由表2中的7 600 kVA下降到5 700 kVA，可見循泵自身廠用電率設(shè)計(jì)值高估了33.3％。如將這一情況歸入調(diào)整系數(shù)的概念中，則循泵應(yīng)有0.75的調(diào)整系數(shù)。

經(jīng)了解，北侖三期工程實(shí)際運(yùn)行情況是每臺(tái)機(jī)組春秋冬三季均運(yùn)行1臺(tái)泵，夏季當(dāng)平均水溫高于22.5℃時(shí)2臺(tái)機(jī)組運(yùn)行3臺(tái)泵，沒有出現(xiàn)因極端高水溫而2臺(tái)機(jī)組運(yùn)行4臺(tái)循泵的情況[7]。因此循泵的年平均運(yùn)行臺(tái)數(shù)還要進(jìn)一步下降到1.125臺(tái)，循泵的統(tǒng)計(jì)負(fù)荷可下降到4 275 kVA，可見循泵自身設(shè)計(jì)廠用電率較實(shí)際運(yùn)行廠用電率高估了77.8％。

表3 北侖三期工程循環(huán)冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)工況Tab.3 Circulated coolingwater systyem’sdesign conditi on of Beilu unN No.3 power plant

由以上分析可見，在循泵配置上，1機(jī)多泵或可調(diào)葉泵更靈活，更有利于降低能耗和廠用電率[9]；在系統(tǒng)配置上擴(kuò)大單元制更有利于降低能耗和廠用電率。其次，對具體項(xiàng)目，將廠用電率設(shè)計(jì)值與性能考核值直接進(jìn)行對比有些欠妥，因所處季節(jié)不同，考核期內(nèi)的廠用電率難以反映廠用電率的全年水平，而與年生產(chǎn)廠用電率對比較合理。

5 循泵K值對循泵廠用電率的影響

北侖三期工程循泵在機(jī)組100％負(fù)荷時(shí)實(shí)際運(yùn)行功率為3 517 kW，由此得出的負(fù)荷率為0.93[4]，如考慮每段時(shí)間內(nèi)循泵均連續(xù)運(yùn)行，同時(shí)率取1，則K值應(yīng)為1.25，按照廠用技規(guī)的要求K值取1，廠用電率低估了20％。統(tǒng)計(jì)負(fù)荷為7 125 kVA，廠用電率仍高估了6.7％。

如將年均運(yùn)行臺(tái)數(shù)歸入同時(shí)率的概念，則同時(shí)率取0.75，K值為0.94，廠用技規(guī)的K值較設(shè)計(jì)值高估了6.39％。

對用于選擇廠用變壓器的負(fù)荷統(tǒng)計(jì)，因變壓器應(yīng)承受任何季節(jié)、任何工況所量全部負(fù)荷，故廠用技規(guī)提供的K值用于廠用變選擇是相對合適的，而將此值用于廠用電率計(jì)算偏差較大，可通過增加調(diào)整系數(shù)的方法予以調(diào)整。

6 結(jié)論與建議

對一次循環(huán)的電廠，機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)廠用電率計(jì)算需按年均負(fù)荷量計(jì)算；可引入調(diào)整系數(shù)的概念來提高用換算系數(shù)法計(jì)算循環(huán)水系統(tǒng)廠用電率的準(zhǔn)確性。建議：根據(jù)冷端優(yōu)化時(shí)采用的運(yùn)行模式計(jì)算全年平均廠用電率并確定調(diào)整系數(shù)，以便適應(yīng)環(huán)境溫度的變化；進(jìn)行方案技經(jīng)比較時(shí)，選擇更有利于節(jié)電運(yùn)行的循泵配置方案，如1機(jī)多泵等；電廠應(yīng)加強(qiáng)對循泵的運(yùn)行管理，制定循泵啟動(dòng)臺(tái)數(shù)與溫度的對應(yīng)關(guān)系，節(jié)約廠用電。

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