300MW空冷供熱發(fā)電機(jī)組輔機(jī)優(yōu)化配置

鄧 琳 任占泉

國核電力規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院 北京 100095

0 引言

節(jié)約能源是我國的一項(xiàng)基本國策，也是我國今后長期的戰(zhàn)略任務(wù)。我國電力工業(yè)所消耗的一次能源占很大比例，因此電廠節(jié)能在整個節(jié)能工作中具有非常重要的意義。

火力發(fā)電廠是耗電大戶，而泵與風(fēng)機(jī)是電廠中耗電量較大的輔機(jī)設(shè)備，據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國火力發(fā)電廠的平均廠用電率約為7%～8%。其中，泵與風(fēng)機(jī)的耗電量占廠用電的75%左右。大力開展泵與風(fēng)機(jī)的節(jié)電，是節(jié)約廠用電的主要途徑。

1 鍋爐給水泵配置的優(yōu)化

選擇合理的給水系統(tǒng)是電廠安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵所在。而給水泵是熱力系統(tǒng)中的關(guān)鍵輔助設(shè)備，其性能的好壞直接影響到機(jī)組的經(jīng)濟(jì)可靠運(yùn)行。因此根據(jù)供熱負(fù)荷的條件和空冷的特性，確定一個合適的給水系統(tǒng)是十分必要的。

根據(jù)國內(nèi)外的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，300MW以上機(jī)組（包括亞臨界和超臨界）的給水泵已穩(wěn)定地趨向于采用冷凝式汽輪機(jī)傳動。其主要原因在于冷凝式汽輪機(jī)傳動使主汽輪機(jī)的凈熱耗得到改善，使機(jī)組的綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)為最佳。具體概括為以下三個優(yōu)點(diǎn)：

1）與電動給水泵的電動機(jī)相比，使用小汽機(jī)可以增加電廠的凈發(fā)電量；

2）在可靠性、節(jié)省廠用電和燃料、降低造價和成本等方面，具有最低的壽命周期開支；

3）鍋爐給水泵汽輪機(jī)的電液調(diào)速系統(tǒng)所使用的自動變速控制功能，可以方便地將給水和鍋爐控制結(jié)合起來。

其中，給水泵的汽輪機(jī)增加了主汽輪機(jī)的凈發(fā)電量，是目前電廠使用這一技術(shù)的最重要的原因。

300MW級機(jī)組汽泵組的臺數(shù)選擇有兩種方案，一種是采用2×50%，即由兩臺半容量的主給水泵并列運(yùn)行。這種配制方式的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行靈活，不因泵組故障或檢修影響主機(jī)運(yùn)行。另一種是采用1×100%的主給水泵。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備初投資少，運(yùn)行維護(hù)方便，但要求其可靠性做到與大機(jī)相同，否則需要配一臺50%電動調(diào)速給水泵作為備用，投資會超過2×50%的汽動給水泵。采用哪種方案，應(yīng)視具體工程條件決定。

2 凝結(jié)水泵的優(yōu)化

近年來，電力裝機(jī)快速增長，發(fā)電設(shè)備受季節(jié)、時間段的影響較多，負(fù)荷工況變化大。加之我國大馬拉小車的現(xiàn)象比較普遍，設(shè)備常常處于低負(fù)荷及變負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。

常規(guī)凝結(jié)水泵采用定速運(yùn)行，通過泵出口管道安裝的調(diào)節(jié)閥節(jié)流的方式來控制泵流量的大小，以維持除氧器水位的穩(wěn)定。然而，小容量機(jī)組通常要參加調(diào)峰，凝結(jié)水泵流量變化頻繁，使調(diào)節(jié)閥頻繁動作。泵長期處于定速運(yùn)行、節(jié)流調(diào)節(jié)方式下，造成能量浪費(fèi)。通過調(diào)整凝結(jié)水主路調(diào)整門節(jié)流運(yùn)行方式不僅浪費(fèi)了大量電能，而且增加了檢修費(fèi)用和運(yùn)行人員的工作量。為降低凝結(jié)水泵單耗，降低發(fā)電成本，凝結(jié)水泵有必要采用變頻調(diào)速。

根據(jù)流體力學(xué)的基本定律可知：水泵類設(shè)備屬于平方轉(zhuǎn)矩負(fù)荷，其轉(zhuǎn)速n與流量Q、揚(yáng)程H及軸功率P具有如下關(guān)系：

式中，Q1，H1，P1—水泵在 n1轉(zhuǎn)速時的流量、揚(yáng)程、軸功率；Q2，H2，P2—水泵在 n2轉(zhuǎn)速時的流量、揚(yáng)程、軸功率。

由上可知，在其他運(yùn)行條件不變的情況下，通過下調(diào)電機(jī)的運(yùn)行速度，其節(jié)能效果是與轉(zhuǎn)速降低成立方關(guān)系的，節(jié)能效果非常好。凝結(jié)水泵采用變頻后，機(jī)組在低負(fù)荷，電機(jī)的節(jié)能效果明顯。

凝結(jié)水泵采用變頻調(diào)速控制技術(shù)，設(shè)備和管道系統(tǒng)無需做大的變化，僅需設(shè)置高壓變頻控制裝置，即可達(dá)到：

1）降低起速和運(yùn)行電流，減少電機(jī)啟動時的電流沖擊；

2）提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，延長設(shè)備壽命；

3）降低凝結(jié)水泵噪音；

4）提高電動機(jī)的功率因子；

5）降低廠用電和煤耗，提高經(jīng)濟(jì)效益。

因此，采用凝結(jié)水泵帶高壓變頻設(shè)備的配置方案，技術(shù)上是可靠的，運(yùn)行上是經(jīng)濟(jì)的。

3 風(fēng)機(jī)的節(jié)能措施

3.1 風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)方式

通常情況下，一次風(fēng)機(jī)具有壓頭高、流量小、且裕量較大等特點(diǎn)，離心風(fēng)機(jī)可以很好的滿足要求。目前，國內(nèi)運(yùn)行的300MW級燃煤鍋爐的一次風(fēng)機(jī)幾乎都是離心式風(fēng)機(jī)。對于300MW級鍋爐的一次風(fēng)機(jī)，除非鍋爐燃燒的煤種較差，一次風(fēng)量較大時才能選出合適的動葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)。

送風(fēng)機(jī)可采用動調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)，引風(fēng)機(jī)采用“三合一”雙級動調(diào)軸流式引風(fēng)機(jī)。動調(diào)風(fēng)機(jī)具有調(diào)節(jié)范圍廣，運(yùn)行效率高，經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)，可以滿足機(jī)組在調(diào)峰和變負(fù)荷下運(yùn)行。另外，動調(diào)風(fēng)機(jī)在低負(fù)荷區(qū)域仍有較高的運(yùn)行效率。

3.2 風(fēng)機(jī)裕量的選擇

根據(jù) 《火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》（DL 5000-2000），各風(fēng)機(jī)流量、壓頭裕量選擇如下：

一次風(fēng)機(jī)：流量：35%（按夏季通風(fēng)溫度），壓頭：30%。

送風(fēng)機(jī)：流量：5%（按夏季通風(fēng)溫度），壓頭：10%。

引風(fēng)機(jī)：流量：10%（另加10℃溫度裕量），壓頭：20%。

各風(fēng)機(jī)裕量均可取規(guī)定值的下限，提高風(fēng)機(jī)效率，降低廠用電。

4 其它輔機(jī)的優(yōu)化

4.1 閉式水泵揚(yáng)程優(yōu)化

閉式水泵揚(yáng)程計(jì)算通常采用汽水管規(guī)要求的阻力進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果比較保守，泵的揚(yáng)程通常比實(shí)際運(yùn)行需要的高；利用AFT Fathom軟件，可以較準(zhǔn)確的模擬出系統(tǒng)阻力狀況，其結(jié)果比常規(guī)手動計(jì)算低，這樣可以更準(zhǔn)確的確定泵的揚(yáng)程，節(jié)約能源。

4.2 暖風(fēng)器疏水泵優(yōu)化

為避免空預(yù)器在機(jī)組低負(fù)荷時冷端腐蝕，需在一次風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)入口風(fēng)道上設(shè)暖風(fēng)器以提高空預(yù)器進(jìn)口風(fēng)溫，同時設(shè)有暖風(fēng)器疏水泵及疏水箱。為提高疏水泵效率，降低廠用電，適應(yīng)暖風(fēng)器疏水系統(tǒng)隨負(fù)荷變化的運(yùn)行特點(diǎn)，暖風(fēng)器疏水泵可采用變頻電機(jī)。

5 小結(jié)

綜上所述，泵與風(fēng)機(jī)作為火力發(fā)電廠的主要耗能輔機(jī)，通過優(yōu)化配置，合理選擇裕量等措施，可以有效的降低廠用電率，進(jìn)而提高電廠的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］葛蕾.某660MW超超臨界火力發(fā)電廠初步設(shè)計(jì)汽機(jī)專業(yè)節(jié)能優(yōu)化方案［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2010，（27）.

［2］周懷春.汽輪機(jī)設(shè)備及系統(tǒng)節(jié)能［M］.北京：中國電力出版社，2008.