節(jié)能減排下火力發(fā)電廠給水泵調(diào)速器選型模型研究

孫豪杰

節(jié)能減排下火力發(fā)電廠給水泵調(diào)速器選型模型研究

孫豪杰

孫豪杰1王曉晶2

1.中國電力工程顧問集團華北電力設(shè)計院工程有限公司；2.新疆大學電氣工程學院

孫豪杰（1982-）男，中級工程師，主要研究方向為火力發(fā)電廠運行分析與優(yōu)化；王曉晶（1982-）女，博士，講師，主要研究方向為智能配電網(wǎng)運行分析與控制、智能配電網(wǎng)評估技術(shù)。

在火力發(fā)電廠節(jié)能減排的需求下，有必要建立給水泵調(diào)速器的選型模型。從火電廠面臨的能源環(huán)境壓力出發(fā)，分析了對給水泵調(diào)速器進行選型應(yīng)綜合考慮經(jīng)濟、節(jié)能減排及運行管理方式等因素?；谌芷诠芾斫⒐?jié)能減排下給水泵調(diào)速器的選型模型。以300MW機組電動給水泵液力偶合器調(diào)速和高壓變頻器調(diào)速為例進行分析，為電動給水泵調(diào)速器的選型提供理論參考依據(jù)，驗證了所建模型的有效性。

概述

隨著能源短缺和環(huán)境惡化，火力發(fā)電廠面臨節(jié)能減排的挑戰(zhàn)，降低廠用電率是火力發(fā)電廠實現(xiàn)節(jié)能減排的關(guān)鍵。給水泵是火電廠輔機運行中耗電量較大的設(shè)備，通過對給水泵的運行需求進行分析和研究，建立給水泵調(diào)速器的選型模型，能夠有效降低給水泵的耗電量，實現(xiàn)節(jié)能減排，具有重要的研究意義和實際意義。

目前常用的給水泵調(diào)速器選型模型是經(jīng)濟性模型，主要考慮以下因素：廠煤價、機組年利用小時數(shù)和機組年運行小時數(shù)、機組負荷性質(zhì)，電廠發(fā)電成本，電廠建設(shè)每千瓦投資額、泵組價格、泵組運行效率和耗電量、泵組安裝、維護、檢修等費用。經(jīng)濟性模型較全面地考慮了成本方面的因素，但在節(jié)能減排需求下還應(yīng)考慮運行周期、能耗和排放等因素。

本文對節(jié)能減排下火力發(fā)電廠給水泵調(diào)速器的選型模型進行研究，分析了給水泵調(diào)速器選型問題可分為經(jīng)濟、節(jié)能減排及運行管理幾個方面，并采用全生命周期的方法建立選型模型，最后以300MW機組為例，計算并驗證本文建立的給水泵調(diào)速器選型模型的正確性。

節(jié)能減排下火力發(fā)電廠給水泵調(diào)速器選型問題分析

對節(jié)能減排下火力發(fā)電廠給水泵的調(diào)速器進行選型，需要考慮多種因素。首先要考慮經(jīng)濟因素。調(diào)速器在使用年限內(nèi)的成本可分為初投資成本和運行維護成本兩部分。初投資成本主要包括設(shè)備采購、土地占用、建筑、安裝等成本；運行費用包括耗電量和運行小時數(shù)；維護成本包括設(shè)備檢修、維護成本。

其次要考慮節(jié)能減排因素。在保證對給水泵實現(xiàn)有效調(diào)速的前提下，降低泵組的耗電量、耗水量，減少土地占用、污染物排放及人員維護次數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)有效的節(jié)能減排。

第三要考慮運行管理方式。泵組是針對新建機組還是對舊機組進行改造，是電廠主機組還是備用機組，備用機組的年運行小時數(shù)等運行管理方式，將影響泵組以及調(diào)速器的運行方式，最終決定其工作效率。

綜上所述，節(jié)能減排下對電動給水泵調(diào)速器的運行維護涉及經(jīng)濟、節(jié)能減排和運行管理方式等多種因素，在對設(shè)備進行選型時應(yīng)將這些因素綜合起來，使得最終選定的給水泵調(diào)速器能夠兼顧多個方面。

給水泵調(diào)速器的全生命周期選型模型

設(shè)備的全生命周期管理是指從設(shè)備的選購直到設(shè)備淘汰或報廢的整個過程中，對設(shè)備實施必要、全面、合理的管理。設(shè)備的全生命周期管理可分為設(shè)備的前期管理、設(shè)備使用中的管理以及設(shè)備的后期管理。設(shè)備的前期管理指設(shè)備的規(guī)劃、購置、安裝、試用以及驗收等的管理；設(shè)備使用中的管理是指設(shè)備經(jīng)過試運行，達到驗收標準并正式投入使用后，對設(shè)備進行的管理，主要是包括設(shè)備的維護、維修管理；設(shè)備的后期管理主要指設(shè)備的報廢及處置管理。

本文基于全生命周期管理的理論，建立給水泵調(diào)速器的選型模型。電動給水泵的全生命周期總費用可用如下公式表示：

式中：ZF -設(shè)備全生命周期總費用；Z0-設(shè)備費用；NF -年費用；NFM-年維護費用；NFC-年碳排放費用；n -運行總年數(shù)。

年費用NF采用電力工業(yè)部1982年2月頒布的《電力工程經(jīng)濟分析暫行條例》中的“年費用最小法”計算公式：

式中：r -投資回收率，通常取0.08；n -運行總年數(shù)；Z -折算到投產(chǎn)年份的設(shè)備總價格；U-折算年運行費。

年維護費用的計算公式：

年碳排放費用NFC的計算公式：

式中：Qn-年碳排放量；FC-單位排放量所征收的碳排放稅。

算例分析

以常規(guī)火電廠單臺300MW純凝發(fā)電機組配3×50％容量電動給水泵（正常工作時2臺運行1臺備用）為例，對變頻和液力偶合器兩種調(diào)速器進行比較。

（1）設(shè)備費用

設(shè)備費用包括：設(shè)備費（前置泵和給水泵本體、配套設(shè)備和電機）、設(shè)備運雜費、設(shè)備安裝和施工管理費等。

表1 設(shè)備總費用

（2）泵組年費用

泵組年耗電量按機組在額定工況下運行，機組年利用小時數(shù)7000h計算，兩種調(diào)速器的年耗電量如表2。

表2 兩種調(diào)速器的泵組年耗電量

通過上表可以看出單臺300MW機組電動給水泵組采用變頻調(diào)速方式比采用液力偶合器調(diào)速方式全年節(jié)省電量約15.134×106kWh。

高壓變頻器設(shè)備中電容的使用壽命為7～8年，薄膜電容和安規(guī)電容的使用壽命為15年，更換費用為40萬元。液力偶合器的易損件為傳動軸承、密封件和油泵，其中密封件和軸承的壽命為3年，更換費用為2萬元。油泵的轉(zhuǎn)動部件壽命為5年，更換費用為0.3萬元。將兩種調(diào)速器的泵組年費用列于表3。

（3）泵組碳排放年費用

兩種調(diào)速方式下給水泵組的碳排放年費用如表4所示，碳排放稅按10元/t計算。

（4）電動給水泵組全生命周期總費用

單臺300MW機組電動給水泵在30年全生命周期中，分別計算采用液力偶合器調(diào)速與變頻器調(diào)速的泵組運行總費用，并將其繪于圖1。

圖1 兩種調(diào)速方式的全生命周期費用

由圖1可見，電動給水泵組采用變頻器調(diào)速方式時前3年的費用高于采用液力耦合器調(diào)速，在運行到第3年與第4年之間時兩種調(diào)速方式的總費用持平，從第4年以后變頻調(diào)速方式的總費用低于液力偶合器調(diào)速，并且每年可節(jié)省耗電量15.134×106kwh，節(jié)省年費用347萬元，節(jié)省碳排放年費用13.681萬元，運行到第30年時總共可節(jié)省費用9429萬元。

結(jié)語

本文對節(jié)能減排下火力發(fā)電廠給水泵的調(diào)速器選型模型進行研究，分析了調(diào)速器選型應(yīng)考慮的多種因素，并基于全生命周期理論建立了選型數(shù)學模型。通過300MW機組電動給水泵組調(diào)速方式的算例，驗證了本文建立的選型模型的正確性，并得到以下結(jié)論：

（1）新建火電廠時，電動給水泵組采用變頻調(diào)速器能夠減少年費用，并有利于實現(xiàn)節(jié)能減排；

（2）老電廠或備用機組改造時，采用液力偶合器調(diào)速初投入低，短期運行的年費用少，投資回收期短。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.01.074