劉慧軍,胡建忠,袁軍
(1.華東電力設(shè)計院,上海市,200063;2.國電北侖發(fā)電廠,浙江省寧波市,315800)
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1 000MW機(jī)組項目的廠用電率性能考核值普遍低于設(shè)計值,且不同電廠的設(shè)計值相差也較大,引起業(yè)界關(guān)注。
因性能考核試驗所處的氣候、工藝、運行條件的不同,都會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。
北侖三期工程循環(huán)水采用海水直流冷卻系統(tǒng),每臺機(jī)組配2臺固定葉循泵、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)運行(3/2)×17.61m3/s、2泵1機(jī)運行2×15.69m3/s、1泵1機(jī)運行19.5m3/s。
對于具體工程,由于所處地理位置、工藝特點、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)計還是能說明一些問題。表1列出國內(nèi)已投運和已完成初步設(shè)計的部分1 000MW級機(jī)組廠用電率指標(biāo)。
由表1可見,已完成設(shè)計的18個工程38臺機(jī)組廠用電率設(shè)計均值為5.19%,上下變動范圍-36.9%~21.5%,波動較大;已投運的9個工程20臺機(jī)組的廠用電率性能考核均值為4.19%,變動范圍-10.2%~9.9%,相對接近;投運時間較長的5個電廠12臺機(jī)組的運行均值為4.72%。可見廠用電率設(shè)計均值較性能考核均值高出約23.9%,較運行均值高出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)計值可以理解,但偏差較多,需對廠用電率的計算方法進(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
《火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計技術(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為電動機(jī)功率因數(shù),一般取0.8;Sc為廠用電計算負(fù)荷,kVA。對Sc的統(tǒng)計提供了換算系數(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為同時率、Kf為負(fù)荷率,K值是根據(jù)對運行電廠進(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)計階段廠用電率設(shè)計值)廠用電率計算結(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)計及廠用電率計算TTab.2 Load and auxiliary power ratio sheet forhigh voltage motorand low voltage auxiliary transformer
由于此時優(yōu)化設(shè)計已完成,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)荷運行且往往扣除公用負(fù)荷,所以設(shè)計值高出性能考核值是合理的。與運行值相比,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)計算方法》[3]提供的電廠生產(chǎn)廠用電率Lcy計算方法:式中:Wcy為統(tǒng)計期內(nèi)廠用電量;Wf為統(tǒng)計期內(nèi)發(fā)電量。與廠用電率設(shè)計值對比更貼切的是年運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)的運行日平均運行率,如24 h內(nèi)負(fù)荷變動大的輸煤系統(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。用于廠用電率計算的負(fù)荷統(tǒng)計則不同,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)變動大,在廠用電率估算時需引入年平均負(fù)荷的概念。
汽輪機(jī)設(shè)計背壓、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、電價等經(jīng)濟(jì)因素進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計按綜合費用最低得出的[2],如北侖三期工程汽機(jī)設(shè)計背壓4.9 kPa(a)、凝汽器冷卻面積為4.9萬m2。實際運行中,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)整循泵的運行模式,從而達(dá)到最節(jié)能的目的是循泵運行管理的關(guān)鍵[6]。
北侖三期工程冷端優(yōu)化設(shè)計中提供了循泵的3種設(shè)計運行工況: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泵運行,如表3。按照這一全年運行模式,循泵年平均運行臺數(shù)是每臺機(jī)組1.5臺。循泵的統(tǒng)計負(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,北侖三期工程實際運行情況是每臺機(jī)組春秋冬三季均運行1臺泵,夏季當(dāng)平均水溫高于22.5℃時2臺機(jī)組運行3臺泵,沒有出現(xiàn)因極端高水溫而2臺機(jī)組運行4臺循泵的情況[7]。因此循泵的年平均運行臺數(shù)還要進(jìn)一步下降到1.125臺,循泵的統(tǒng)計負(fù)荷可下降到4 275 kVA,可見循泵自身設(shè)計廠用電率較實際運行廠用電率高估了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,對具體項目,將廠用電率設(shè)計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。
北侖三期工程循泵在機(jī)組100%負(fù)荷時實際運行功率為3 517 kW,由此得出的負(fù)荷率為0.93[4],如考慮每段時間內(nèi)循泵均連續(xù)運行,同時率取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)計負(fù)荷為7 125 kVA,廠用電率仍高估了6.7%。
如將年均運行臺數(shù)歸入同時率的概念,則同時率取0.75,K值為0.94,廠用技規(guī)的K值較設(shè)計值高估了6.39%。
對用于選擇廠用變壓器的負(fù)荷統(tǒng)計,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算偏差較大,可通過增加調(diào)整系數(shù)的方法予以調(diào)整。
對一次循環(huán)的電廠,機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)廠用電率計算需按年均負(fù)荷量計算;可引入調(diào)整系數(shù)的概念來提高用換算系數(shù)法計算循環(huán)水系統(tǒng)廠用電率的準(zhǔn)確性。建議:根據(jù)冷端優(yōu)化時采用的運行模式計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,選擇更有利于節(jié)電運行的循泵配置方案,如1機(jī)多泵等;電廠應(yīng)加強(qiáng)對循泵的運行管理,制定循泵啟動臺數(shù)與溫度的對應(yīng)關(guān)系,節(jié)約廠用電。
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