BTG項(xiàng)目中的廠用電量計算方法分析

徐 靜

（1.上海交通大學(xué)，上海200240；2.上海電氣工程設(shè)計有限公司，上海201612）

BTG總承包模式，即Boiler（鍋爐）－Turbine（汽輪機(jī)）－Generator（發(fā)電機(jī)）的縮寫，是中國各大電力制造企業(yè)針對海外市場，特別是印度市場推出的一種電站總承包模式。其主要提供鍋爐島和汽輪機(jī)島主輔設(shè)備的供貨，以及相關(guān)的設(shè)計、安裝和調(diào)試。

廠用電量是指年機(jī)爐在100%汽輪機(jī)最大連續(xù)出力工況（Turbine Maximum Continue Rate，TMCR）下，發(fā)電所需的自用電能消耗量。這是總包合同性能保證值中重要的一項(xiàng)，反映了電廠工藝流程設(shè)置和設(shè)備選擇是否合理，是評價工程質(zhì)量的重要依據(jù)，也是發(fā)電廠重要的一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，與發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)效益直接相關(guān)。隨著市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，業(yè)主在總包合同中把廠用電量設(shè)定為性能保證參數(shù)，同時規(guī)定了嚴(yán)格的考核約定，對于超標(biāo)部分規(guī)定了嚴(yán)厲的賠償要求，體現(xiàn)了對廠用電量的極大重視。

投標(biāo)中提交的廠用電量是設(shè)計院根據(jù)工藝專業(yè)對設(shè)備的選型，依據(jù)規(guī)程規(guī)范，結(jié)合電動機(jī)功率和設(shè)備運(yùn)行情況計算得到?，F(xiàn)場性能考核時的實(shí)測廠用電量是根據(jù)合同約定，對納入考核范圍的設(shè)備利用測試設(shè)備進(jìn)行實(shí)際測量，從而得出廠用電量。相對而言，實(shí)測的廠用電量比較準(zhǔn)確，投標(biāo)中提交的廠用電量只是估算值，與設(shè)備參數(shù)的選取、裕量的選取、計算方法的不同密切相關(guān)。如何準(zhǔn)確的計算廠用電量，對于提高標(biāo)書的競爭力，降低工程風(fēng)險，控制工程質(zhì)量和造價有著很重要的意義。

1 影響B(tài)TG項(xiàng)目廠用電量的主要因素

BTG項(xiàng)目廠用電量的主要設(shè)備包括：電動給水泵、凝結(jié)水泵、一次風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、磨煤機(jī)、電除塵器、鍋爐與汽輪機(jī)低壓負(fù)荷、熱控專業(yè)與化學(xué)專業(yè)少量的低壓負(fù)荷等。其中，鍋爐與汽輪機(jī)系統(tǒng)的高壓負(fù)荷、電除塵負(fù)荷占了總廠用電量的95%～98%。

1.1 煤質(zhì)對廠用電量的影響

煤的發(fā)熱值直接影響到燃煤量、磨煤機(jī)選擇和電耗。若煤的發(fā)熱值高，燃煤量則低；若煤的發(fā)熱值低，則燃煤量增加。煤的發(fā)熱值又和煤的成分有關(guān)，當(dāng)煤的含碳量高，含氧量少，水分不高，灰分不高，則煤的發(fā)熱值就高。若煤的水分較高，需要的制粉系統(tǒng)干燥出力和一次風(fēng)量比較多，并要求一次風(fēng)機(jī)的軸功率比較大。若煤的灰分很高，則電除塵的電耗很大。

結(jié)合目前執(zhí)行中的項(xiàng)目和諸多投標(biāo)項(xiàng)目發(fā)現(xiàn)，印度的煤質(zhì)好壞相差很多，例如印度瑞吉項(xiàng)目、海薩項(xiàng)目、雅幕娜項(xiàng)目的煤質(zhì)分析如表1所示。

結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)不難發(fā)現(xiàn)，印度BTG項(xiàng)目中的煤質(zhì)大多都是尚不成熟的煤，含碳量低、含灰量高、發(fā)熱量低，故燃燒系統(tǒng)的上煤量、除塵器的除灰量和煙風(fēng)系統(tǒng)引風(fēng)機(jī)容量較國內(nèi)常規(guī)同類型機(jī)組大，這些都意味著高電耗。

1.2 風(fēng)機(jī)選型對廠用電量的影響

印度業(yè)主通常要求一次風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)按照最差煤種設(shè)計，送風(fēng)機(jī)按照最好煤種設(shè)計，這就意味著所有的風(fēng)機(jī)都處于最大工作狀態(tài)［1］。另外，印度的設(shè)計理念是在系統(tǒng)設(shè)計中充分考慮裕量，制造廠家不再考慮裕量，而中國的設(shè)計理念是系統(tǒng)設(shè)計中保證充分可用，由制造廠家考慮一定的裕量。這種設(shè)計理念和風(fēng)機(jī)廠家制造工藝的區(qū)別，導(dǎo)致最后在合同談判和合同執(zhí)行過程中，設(shè)計院和制造廠家考慮了重復(fù)裕量，風(fēng)機(jī)選型和風(fēng)機(jī)電動機(jī)選型都比國內(nèi)要大，即“大馬拉小車”現(xiàn)象，廠用電浪費(fèi)嚴(yán)重，初投資增加。

表1 煤質(zhì)分析對照表

2 BTG項(xiàng)目廠用電量的計算方法分析

廠用電量計算有估算法和實(shí)測法。如何在投標(biāo)階段通過合適的計算方法對廠用電量進(jìn)行估算，使得估算值和最終的實(shí)測值盡可能的接近，既提高標(biāo)書的競爭力，又避免不必要的商務(wù)罰款，這就對廠用電量的計算方法提出了要求。

國內(nèi)廠用電量的計算方法通常采用換算系數(shù)法，這種計算方法是基于概率統(tǒng)計基礎(chǔ)上提出的一種電負(fù)荷統(tǒng)計方法，在中國已編入《DL／T 5153—2002火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計技術(shù)規(guī)定》，并通過大量的工程實(shí)踐證明上述方法滿足工程設(shè)計要求。在工藝專業(yè)依據(jù)規(guī)程規(guī)定進(jìn)行設(shè)備選型的情況下，換算系數(shù)法估算得出的廠用電量雖不精確，但完全可以作為定性分析的依據(jù)。

國外廠用電量的計算方法通常采用軸功率法，這種方法是通過對每個電動機(jī)都依據(jù)軸功率和電動機(jī)效率進(jìn)行折算，這種計算方法在電動機(jī)廠家提供準(zhǔn)確參數(shù)的基礎(chǔ)上準(zhǔn)確率較高，但是需要所有的電動機(jī)都提供準(zhǔn)確的參數(shù)，工作量較大。

2.1 高壓電動機(jī)廠用電量的計算

縱觀BTG項(xiàng)目廠用電負(fù)荷的主要組成部分，其高壓負(fù)荷和電除塵負(fù)荷雖然數(shù)量不多，卻占了總廠用電量的95%～98%?，F(xiàn)結(jié)合印度雅幕娜2×300MW BTG工程，給出對于這部分高壓電動機(jī)軸功率法和換算系數(shù)法的差異。軸功率法的算式為［2］

式中，Sc1為計算負(fù)荷；Kt為同時率，對新建電廠取0.9，擴(kuò)建電廠取0.95；Pz為最大運(yùn)行軸功率；η為對應(yīng)于軸功率的電動機(jī)效率；cosφ為對應(yīng)于軸功率的電動機(jī)功率因數(shù)；P1為計算負(fù)荷的有功功率；cosφav為電動機(jī)在運(yùn)行時的平均功率因數(shù)，一般取0.8。換算系數(shù)法的算式為［2］

式中，K為換算系數(shù)，對于≥200MW機(jī)組，給水泵和凝結(jié)水泵電動機(jī)取1.0，其他取0.85；P2為計算功率。軸功率法與換算系數(shù)法的計算結(jié)果對比如表2所示。

表2 軸功率法及換算系數(shù)法計算結(jié)果對比表（單臺機(jī)）

可見，軸功率法計算得到的工作電耗要比換算系數(shù)法小很多，在該項(xiàng)目中單臺機(jī)總工作電耗相差2 318.2kW。依據(jù)該項(xiàng)目商務(wù)合同中對廠用電量賠償金的規(guī)定，額定條件下廠用電能耗相對于性能保證值每增加1kW賠償3 600美元，整個項(xiàng)目僅廠用電量這項(xiàng)條款就意味著要賠償1 669萬美元。

2.2 靜電除塵器廠用電量的計算

在靜電除塵器工作電量的計算中，對于發(fā)熱量低、含塵量高達(dá)30%多，這種品質(zhì)較差的煤種，每臺爐通常需要配置2套電除塵，每套電除塵為雙室九電場，甚至每套電除塵為四室七電場。通常廠家會提供總的額定容量和正常工作時的耗電量。額定容量為各類電負(fù)荷的加權(quán)數(shù)值，正常工作時的耗電量為正常工作時的電耗。靜電除塵器的主要電負(fù)荷為硅整流變壓器和電加熱器。依據(jù)電力工程電氣設(shè)計手冊相關(guān)規(guī)定［3］，對于整流變壓器，換算系數(shù)取值范圍為0.4～0.75。電除塵廠家通常會把正常工作電耗的數(shù)值壓得很低，有時甚至壓到0.3～0.4，卻沒有實(shí)際的根據(jù)，這個取值會明顯增加技術(shù)風(fēng)險。因?yàn)殪o電除塵器的效率會隨著灰分的吸附而逐年降低，電耗逐年增加。根據(jù)諸多工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合設(shè)計手冊，換算系數(shù)取0.6相對比較合理。以印度雅幕娜2×300 MW BTG工程為例，煤質(zhì)情況如表1所列，電除塵廠家設(shè)計為每臺爐配置2套電除塵器，每套電除塵為雙室七電場，具體負(fù)荷如表3所示。

表3 電除塵器負(fù)荷表（單臺機(jī)）

故每臺電除塵的工作電耗為

每臺機(jī)組電除塵的工作電耗為

2.3 其他低壓負(fù)荷廠用電量的計算

針對鍋爐、汽輪機(jī)、熱控和化學(xué)專業(yè)的低壓負(fù)荷，若對每個電動機(jī)進(jìn)行軸功率法計算比較繁瑣，且低壓電動機(jī)部分占整個廠用電量的2%～3%，故用軸功率法進(jìn)行折算意義不大，建議使用換算系數(shù)法。運(yùn)用換算系數(shù)法對印度雅幕娜項(xiàng)目低壓負(fù)荷進(jìn)行估算，估算值為416.2kW。

3 廠用電實(shí)測報告分析

印度雅幕娜2×300MW BTG工程機(jī)組投運(yùn)后，作為性能保證值的考核條款之一，業(yè)主對BTG范圍內(nèi)用電設(shè)備的實(shí)際用電耗進(jìn)行了測量，測量結(jié)果如表4所示。

表4 印度雅幕娜2×300MW BTG項(xiàng)目廠用電量實(shí)測結(jié)果（單臺機(jī)）

通過與現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)的對比，可以得出以下結(jié)論：①用軸功率法對高壓電動機(jī)進(jìn)行估算，估算值略高于實(shí)測值，但遠(yuǎn)小于系數(shù)換算法得出的計算值，這樣既能保證廠用電量的合理性，以避免高額的商務(wù)罰款，降低工程風(fēng)險，又能有效地提高標(biāo)書的競爭力；②用換算系數(shù)法對電除塵的電負(fù)荷進(jìn)行估算時，換算系數(shù)取0.6，結(jié)果略高于實(shí)測值，但考慮到電除塵的效率會隨著灰分的吸附而逐年降低，0.6的取值是相對合理的；③ 用換算系數(shù)法對低壓電動機(jī)和低壓靜態(tài)負(fù)荷進(jìn)行估算，估算值和實(shí)測值很接近，證明算法簡潔有效。

4 結(jié) 語

對于BTG項(xiàng)目，高壓電動機(jī)推薦用軸功率法計算工作電耗，對靜電除塵器和低壓負(fù)荷推薦用換算系數(shù)法計算，使得估算得到的廠用電量能盡可能的接近實(shí)測值。廠用電量雖是電氣專業(yè)的主要參數(shù)，但是最終取決于工藝系統(tǒng)的設(shè)計和輔機(jī)的選型，這需要各專業(yè)間的緊密配合，應(yīng)統(tǒng)籌考慮電耗、煤耗和熱耗這一系列性能參數(shù)保證值。

［1］趙國華，程化南，高 琴.對印度火電工程中風(fēng)機(jī)選型的分析［J］.華東電力，2009，37（7）：1222.

［2］華東電力設(shè)計院.DL／T 5153—2202火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計技術(shù)規(guī)定［S］.北京：中國電力出版社，2002.

［3］水利電力部西北電力設(shè)計院.電力工程電氣設(shè)計手冊—電氣一次部分［M］.北京：中國電力出版社，1989.