姚電公司4號機組節(jié)能升級改造分析

呂亞磊， 聶建軍

(1.平頂山姚孟發(fā)電有限責任公司， 河南 平頂山 467000； 2.中原工學院 機電學院， 河南 鄭州 450007)

平頂山姚孟發(fā)電有限責任公司(以下簡稱“姚電公司”)3號、4號機組為進口300MW亞臨界燃煤發(fā)電機組，于1986年投產運行至今，目前機組穩(wěn)定性減弱，煤耗較多。為響應國家對燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造的政策要求，對機組進行數次改造，以期提升發(fā)電效率，促進節(jié)能減排。本次是對4號機組的給水系統(tǒng)和真空系統(tǒng)進行改造，通過改造降低了廠用電率，提高了真空值，從而提高了機組的運行效率，降低了成本，為企業(yè)贏得了更大的利潤空間。

1 給水系統(tǒng)改造

給水泵作為機組的重要設備，起向鍋爐連續(xù)供水并向鍋爐過熱器、再熱器及汽輪機高壓旁路供減溫水的作用。

1.1 電動給水泵與汽動給水泵的性能分析

(1) 電動給水泵。在機組啟動過程中，電動給水泵給水流量較小且不穩(wěn)定，但是電動給水泵可靠靈活，能夠滿足鍋爐給水流量大幅度波動的要求[1]。機組廠用電率一般為7%～10%[2]，電泵耗電量大，占全部廠用電的50%左右，系統(tǒng)較復雜，操作及維護工作量大，相關設備出現故障的幾率較高[3]。

(2) 汽動給水泵。汽動給水泵的機組啟動時間較短，機組廠用電率一般為4%～6%[4]。與電動給水泵相比，汽動給水泵可降低廠用電率，且設備維護簡便，事故率低，靈活性、機動性好，機組正常運行后安全性和可靠性高[5]。但是受轉速調節(jié)范圍(2 900～5 600 r/min)的限制和排汽溫度過高的影響，與電動給水泵相比增大了操作難度。

綜上可知，電動給水泵在大型發(fā)電機組中的耗電量占全部廠用電的50%左右。另有文獻表明，與電動給水泵相比，采用汽動給水泵，可以將機組廠用電率降低一半，從而使機組向外多供3%～4%的電量，可提高機組0.2%～0.6%的熱效率[6-7]。

1.2 給水系統(tǒng)改造方案

姚電公司原4號機組配置了50% B-MCR 容量的3臺電動給水泵，機組正常運行時，2臺運行，1臺備用，給水泵電動機、前置泵與給水泵由液力偶合器連接在同一個平面上。

本次改造，拆除原有的#1、#2電動給水泵組，在原址安裝1臺100%容量汽動給水泵組，保留1臺電動給水泵備用。改造后給水泵的配置方案為1臺100%容量的汽動給水泵組(啟動、運行)，1 臺50%容量的電動給水泵組(啟動、備用)。從汽輪機中壓缸五段抽汽處抽汽并將其作為汽動給水泵小汽輪機的汽源，通過小汽輪機做功，經輸出軸直接驅動汽動給水泵做功。

電動給水泵和汽動給水泵的主要參數如表1所示。

表1 電動給水泵和汽動給水泵的主要參數

2 真空系統(tǒng)改造

建立和維持一定的真空，可以增加汽輪機中蒸汽的可用焓降，提高汽輪機熱效率。

2.1 真空系統(tǒng)改造設備分析

(1) 射水抽氣器、射水泵。汽機啟動前由射汽抽氣器建立凝汽器真空，運行中射水抽氣器和凝汽器共同維持真空。射水抽氣器除具有適應滑參數運行和節(jié)約蒸汽的優(yōu)點外，還具有結構緊湊、系統(tǒng)簡單、運行可靠、維護方便、造價低廉、適應工況變化等優(yōu)點[8]。此外射水抽氣器耗水量約為凝汽器耗水量的5%，故使用射水抽氣器無論對于環(huán)保還是節(jié)水都有更深層次的意義[9]。設置2臺射水抽氣器，每臺配75 kW的電動射水泵，這樣可保證真空系統(tǒng)的嚴密性和射水抽氣器的效率，但是需要耗用一部分電和水，且系統(tǒng)占地面積大，設施布置分散，運行維護較復雜[10]。

(2) 真空泵。水環(huán)式真空泵結構簡單，性能穩(wěn)定，可使機組恒定維持在高真空狀態(tài)，真空值一般可比射水抽氣器高2 kPa，效率約是高效射水抽氣器的2倍，且可實現集中控制，占地面積小，基本無需維修，出現故障的概率小，從而保證機組安全、穩(wěn)定和經濟[11]，但該真空泵配套電機噪音比較大，為85 dB(A)。

綜上可知，選用水環(huán)式真空泵比射水泵、射水抽氣器效率更高且建立的真空更穩(wěn)定。

2.2 真空系統(tǒng)改造方案

依據上述分析，本文采用的改造方案是，保留原有的射汽抽氣器系統(tǒng)，同時用2臺100%容量的水環(huán)式(雙極錐體)真空泵代替原有的2臺100%容量的射水抽氣器。機組啟動時，直接用水環(huán)式真空泵對系統(tǒng)抽真空。機組正常運行時，1臺真空泵運行，1臺真空泵備用。射水抽氣器、射水泵和水環(huán)式真空泵的主要參數如表2所示。表2中TRL，11.8 kPa 表示在汽輪機為額定功率時，背壓為11.8 kPa；THA，5.4 kPa表示在熱耗率為驗收功率時，背壓為5.4 kPa。

表2 射水抽氣器、射水泵和水環(huán)式真空泵的主要參數

注：“-”表示無此參數。

3 改造后節(jié)能分析

凝汽器真空值的高低，主要由冷卻水的溫度和流量決定。為了更好地對改造前后機組的性能進行對比，選擇在機組負荷、冷卻水溫度和流量相近的條件下采集數據。

3.1 廠用電率分析

廠用電率是評價機組經濟性的一項重要指標。在機組相近負荷的情況下，4號機組改造前后和目前3號機組的廠用電率如表3所示。

表3 機組廠用電率 %

由表3可知，4號機組改造前的廠用電率為7%～8%，改造后為4%～5%，廠用電率減少了37.5%～42.8%。而3號機組廠用電率為8%～9%。為了更直觀地表達，利用表3數據制出廠用電率與時間的關系曲線如圖1所示，由圖1可看出改造后廠用電率降低明顯。

圖1 廠用電率對比

3.2 真空度分析

機組設計之初，1臺射水泵組(即1臺射水泵和兩個射水抽氣器)即可維持機組正常運行所需要的最佳真空，另一臺射水泵備用。然而隨著設備的老化，真空變得不穩(wěn)定，機組改造前需2臺射水泵組(即2臺射水泵和2個射水抽氣器)同時運行才能維持較好的真空。改造前后凝汽器真空值見表4。

表4 改造前后凝汽器真空值 kPa

由表4可知，改造前凝汽器真空值范圍為94～95 kPa，改造后為95～96 kPa，真空值平均提高了約0.7 kPa。為了更直觀地表達，利用表4中的數據制出真空值與時間的關系曲線如圖2所示。由圖2可以明顯看出改造后凝汽器的真空值增大，真空維持效果好。

圖2 改造前后真空對比

為了檢驗改造后真空的穩(wěn)定性，隨機調取某一天(24 h)的數據，制出改造前后凝汽器真空值與時間的關系曲線，見圖3。由圖3可知，改造前，在機組加減負荷的情況下，真空變化明顯，真空波動較大。改造后在機組加減負荷的情況下，真空較為穩(wěn)定，并且1臺真空泵運行效果比2臺射水泵組(即2臺射水泵和2個射水抽氣器)建立真空效果好。

圖3 某天改造前后的真空值對比

由于條件限制，選取數據的時間為冬季，冷卻水溫度較低，真空改善效果不夠明顯。若是在夏季選取數據，真空改善效果會更好。

4 結論

根據4號機組設計值可知，廠用電率每增加1%，煤耗會增加3.43 克/千瓦時；真空每增加1 kPa，煤耗會減少2 克/千瓦時。采集數據顯示平均廠用電率減少37.5%～42.8%，真空值提高了約0.7 kPa，可減少煤耗9.975 克/千瓦時。按4號機組每年15億千瓦時的發(fā)電量計算，可多供電4 839萬千瓦時，節(jié)省1.5萬噸煤。另外，按目前煤價每噸700元計算，可節(jié)約資金1 050萬元左右。

此次節(jié)能升級改造極大地提高了機組的安全性、環(huán)保性和經濟性，達到了節(jié)能減排的預期目的，從而增強了姚電公司的市場競爭力。4號機組的成功改造，為接下來3號機組的節(jié)能升級改造以及其他企業(yè)提供了借鑒。