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1、1,提高火电大机组辅机效率的途径,中国电力企业联合会科技中心 尧国富 01068516592,2,0.概述 随着现代火电机组单机容量的不断提高，单元机组接线方式被大量采用，厂用电由本机接带，其中主要的辅机设备包括汽机的电动给水泵、凝结水泵、循环水泵、锅炉的引风机、送风机、磨煤机等均属6kV辅机。6kV辅机用电率占去了全部厂用电的80以上，所以提高6 kV辅机的运行效率，对降低厂用电有明显的效果。机组低负荷运行时6kV辅机的效率比额定负荷运行时低的多，因此重视机组在低负荷期间6kV辅机的效率，是降低厂用电率的关键。,3,早期的高压机组、超高压机组由于容量较小，泵与风机没有变速装置，厂用电率比较高
2、，大都在7%8%的水平。从引进型300MW600MW亚临界机组开始，在设计上重要的水泵由50%容量的2用1备逐渐设计成100%容量的1用1备、给水采用汽动给水泵、液力偶合变速等装置，厂用电率降低到了5%的水平（如果上脱硫要增加0.8%1%左右）。随机选取2008年度300MW级厂用电率指标见表1；G公司所属电厂6000MW机组2008年度厂用电率指标见表2。直接空冷机组在此基础上要增加4.5%的水平，主要是凝结水泵耗电率和空冷岛的冷却风机群耗电率的增加。,5,表1 300MW机组厂用电率指标,6,表2 600MW机组的综合厂用电率,7,近两年在600MW1000MW超临界、超超临界机组设计中由
3、于采取了进一步的优化设计，主要是取消了电动给水泵（用邻机的备用汽源采取汽动给水泵冷态启动机组）、凝结水泵采用变频、双速循环水泵等优化设计，厂用电率降低到了4%的水平，极大地提高了机组的经济性。,8,1.厂用电率 火电机组的发电厂用电率取决于辅助旋转机械的系统设计、设备选型、驱动方式、综合效率等各方面因素。虽然在火电机组规划设计中并没有对各种辅助转动设备的单耗及耗电率做出明确的规定，但在机组的可研报告以及初步设计中对“厂用电率”这个综合指标都给出一个确切的数值。而且作为业主来说总是希望将厂用电率设计在一个可以接受的水平，以提高机组的经济效益。,随着现代化火电机组单机容量的不断提高，单元机组接线方
4、式被大量采用，厂用电由本机接带，其中主要的辅机设备包括汽机的电动给水泵、凝结水泵、循环水泵、以及锅炉的引风机、送风机、磨煤机等，均属6kV辅机转动设备。6kV辅机转动设备用电率占去了全部厂用电的80以上，降低厂用电率必须首先降低6 kV辅机转动设备用电量及耗电率。为此提高6 kV辅机转动设备的运行效率，对降低厂用电有着直接的影响。而低负荷时6kV辅机转动设备的效率比高负荷时低的多，因此重视机组在低负荷期间6kV辅机转动设备的效率，是降低厂用电率的关键。,9,考核辅助旋转机械效率有三个指标：（1）辅机效率：转动设备的设计效率，单位是%；（2）辅机单耗：是指转动设备或系统每提供1t或1m3（水、煤
5、粉、烟风）等介质所消耗的电量，单位是kWh/t；（3）辅机耗电率：是指统计期内转动设备所消耗的电量与机组发电量的百分比，单位是%。,10,常规火电机组的厂用电率主要是消耗在诸如磨煤机（占厂用电的25.4%）、引风机（占厂用电的11.1%）、送风机（占厂用电的5.5%）、排粉机（占厂用电的5.1%）、给水泵（占厂用电的0.3%）、循环水泵（占厂用电的19%）、凝结水泵（占厂用电的7.1%）等转动设备上，共占厂用电的82%左右；电除尘、化学制水、除灰除渣、输煤系统、其它转动设备占厂用电的15%左右；电厂照明、办公用电、维修用电占厂用电的3%左右。所以旋转设备的效率基本上决定了厂用电率的水平。近几年
6、类火电机组开始上脱硫脱销环保设备，厂用电率在原有的基础上又增加了1%。年发电量为80亿kWh，厂用电率为5.4%，全年消耗的厂用电量在4.32亿kWh，年度各主要转动设备电量消耗及占厂用电的百分比见下表：,11,12,从表4中可以看出，磨煤机年消耗电量在1亿kWh以上，循环水泵年消耗电量也在8000万kWh以上，所以，对于大型发电厂来讲，如何采取措施，提高转动设备的效率，是降低厂用电量的重要工作内容。,13,2.设备选型对耗电率的影响2.1 送风机 600MW机组送风机耗电率为0.2%。送风机实际运行效率与送风机的选型有关。送风机选型合适的话，在满负荷运行时，送风机的工作点处于高效率区，送风机
7、运行效率最高。如果送风机选型偏大，则在满负荷实际运行时，送风机偏离高效率区工作点运行，实际送风机运行效率低。从表5 中可以看出，超临界F厂、直接空冷E厂送风机设备选型偏大，在机组满负荷运行时，送风机效率未达到设计值。亚临界D厂、亚临界C厂、亚临界A厂、亚临界B厂的送风机选型合适，在机组满负荷运行时，送风机效率较高。,14,15,16,从下表可以看出，华能沁北、汕头和太仓电厂由于设计较早，送风机耗电率普遍高于G公司所属电厂的亚临界机组，这与锅炉的空器预热器漏风率较低以及运行氧量的水平相关。华能600MW超临界机组送风机、引风机、一次风机、耗电率（没有脱硫）,2.2 引风机 600MW机组引风机耗
8、电率为0.6%。同送风机一样，引风机实际运行效率与引风机的选型有关，引风机选型合适，则满负荷时，引风机的工作点处于高效率区，引风机运行效率高。如果风机选型偏大，则在满负荷实际运行时，引风机运行工作点偏离高效引区，实际风机运行效率低。从表6中可以看出，亚临界C厂采用了动叶可式调轴流引风机，各运行负荷下的效率都可达到较好的水平。在部分负荷运行时，动叶可调轴流风机的运行效率高于静叶可调式，因而亚临界C厂的引风机耗电率小于其它5个电厂。,17,亚临界直接空冷E电厂引风机选型偏大，在机组满负荷运行时，引风机节流损失大。亚临界D电厂、亚临界A厂、亚临界B厂的引风机选型合适，在机组满负荷运行时，引风机效率较
9、高。华能沁北、汕头及太仓600MW超临界机组锅炉引风机配备了上海鼓风机厂生产的静叶调节式离心风机，引风机的耗电率见表7。华能沁北、汕头和太仓电厂与G公司所属5个电厂的引风机耗电水平基本相当。,18,2.3 一次风机 600MW机组一次风机耗电率为0.4%。华能沁北、汕头和太仓600MW超临界机组锅炉的一次风机配备的上海鼓风机厂生产的离心式风机，在部分负荷运行时，离心式一次风机的节流损失大，风机效率较低，因而华能沁北、汕头和太仓600MW机组锅炉的一次风机的耗电率远高于G公司所属6个电厂的动叶可调式一次风机的耗电率。,19,2.4磨煤机 600MW机组磨煤机耗电率为0.4%，制粉单耗8kWh/t
10、。磨煤机设备选型主要性能指标有煤粉细度、最大出力、保证出力、磨煤单耗等指标。根据磨煤机性能考核试验，上重生产的 HP983 磨煤机的实际磨煤电耗均超过了设计保证值，亚临界D厂、亚临界C厂曾对磨煤机进行过调整试验，制粉电耗依然超过了设计保证值。直接空冷E厂的 HP1003、亚临界A厂 MPS 磨的磨煤电耗基本达到了设计保证值。厂家的磨煤电耗保证值是理论计算值，缺乏工程以及运行依据，因而该项保证实际无法满足。,20,21,性能试验磨煤单耗,华能600MW超临界机组磨煤机同样存在着磨煤机实际电耗高于设计保证值的情况。华能汕头电厂3 号 600MW 机组设计煤种为神府东胜煤，配备了上海重型机械厂生产的
11、 HP1003磨煤机，磨煤单耗设计保证值为 7.9kWh/t。根据该锅炉 A、B 磨磨煤机性能试验的结果：A 磨煤机额定出力时磨煤单耗9.50kWh/t；最大出力时磨煤单耗9.64kWh/t。B磨煤机额定出力时磨煤单耗9.37kWh/t；最大出力时磨煤单耗 9.25kWh/t，都超出了性能保证值。制造厂家的磨煤机单耗保证值是理论计算值，缺乏工程实践数据以及运行数据的支持，因而该项保证实际运行中往往是无法保证的。,22,23,2.5提高制粉系统效率 制粉系统的厂用电量占锅炉厂用电量的36.3%，占1/3还要多，见下表。因此，降低制粉系统耗单耗对做好节能降耗工作具有重要意义。锅炉厂用电量的百分比,
12、24,一台300MW亚临界机组锅炉制粉单耗一直偏高，投产后从没有达到过原设计制粉系统单耗26.5kWh/t的要求，制粉系统平均单耗为28.96kWh/t。见下表。每磨制一吨煤粉多耗电2.46kWh，每天需磨制一万吨煤粉，多耗电2.46万kWh，导致厂用电率上升。月份磨煤制粉耗电率,制粉单耗搞得原因（1）排粉风机入口风门开度的影响 制粉系统运行时，排粉风机入口风门是全开的，通过试验发现制粉系统最佳通风量是小于最大通风量的，而且每套系统由于管道阻力不同，其最佳通风量也不同。排粉风机入口风门全开，导致系统风量过大，粗粉分离器的离心分离力大，使回粉管中合格煤粉的比例达1012，大于5的设计值。因此，排
13、粉风机入口风门开度是影响制粉电耗的一个主要原因。（2）磨煤机钢球配比的影响 磨煤机用钢球有三种规格，直径分别为40、50、60mm，设计配比是40：3、50：3、60：4。通过对各磨煤机钢球直径进行实际测量发现，磨煤机钢球直径配比偏离标准，直径小于40mm的小钢球过多，增加了磨煤机负荷，制粉系统出力效率低，是影响制粉系统单耗的主要原因。,25,（3）磨煤机钢球装载量的影响 现有磨煤机钢球装载量符合设计要求，且经过试验验证，磨煤机的标准为：在磨煤机正常运行时，磨煤机电流维持在841A范围内。磨煤机在长期运行中，钢球会磨损，钢球装载量会减少，表现为磨煤机电流减小。运行人员通过监视磨煤机电流，分析其
14、变化来判断磨煤机钢球装载量是否合理，及时添加钢球。因此，对制粉单耗影响很小。,26,排粉风机入口风门最佳开度（1）通过试验确定各排粉风机入口风门最佳开度 在四套制粉系统进行试验：在满足制粉系统通风量的情况下，逐渐关小排粉机入口风门，使回粉管中合格煤粉所占比例减至最小极限，此时排粉机入口风门开度即为最佳开度，试验结果记录见下表：,27,从试验结果得出，在相应风门开度下，回粉管中合格煤粉所占比例小于5%的设计值，减少了回磨煤机重新磨制的合格煤粉数量。而且入口风门关小后，排粉风机电流相应减小，降低了排粉风机电耗。（2）重新进行钢球配比，并制定定期筛选钢球制度 对四台磨煤机的钢球进行筛选，将直径小于4
15、0mm的小钢球取出，并按设计配比40：3、50：3、60：4的比例，重新进行钢球配比。磨煤机长期运行，钢球必然会磨损，如果不定期筛选小钢球，到了一定时间配比就会偏离设计值。过去筛选周期比较随意，只在机组大修时进行。为确定合理的筛选周期，通过试验和计算，并结合同类型磨煤机的情况，确定磨煤机运行达3000h筛选一次钢球较合理，制定出定期筛选钢球制度为3000h/次。通过排粉风机入口风门的调整以及重新进行钢球配比的措施，制粉单耗由28.96kWh/t降至26.1kWh/t，下降了2.86kWh/t。按耗煤量120t/h、每年运行7500小时计算，则每年节约电量257.4万kWh。,28,2.5.3
16、制粉系统综合效率 不论是中储式系统，还是直吹式系统都存在制粉单耗偏大的问题，而且电厂运行一般缺乏制粉系统经济性试验数据，开展这方面经济运行的技术基础不够。（1）直吹式中速磨系统要尽最大可能使一次风机的容量与磨煤机相匹配，因为对一次风的参数要求稳定运行，所以设备选型一般多选离心风机定速驱动，这样风机的选型匹配就非常重要，一般对于余量超过15%的风机进行改造耗电下降30%。另外一次风母管风压不易要求过高，一般为了制粉系统调整的稳定性，往往在设计上要求一次风母管压力高于需要值15%-20%，造成耗电增加20%以上，再有就是一次风量适当减小，一次风量以满足输送煤粉和燃烧挥发份所需氧量为依据，不能再高。
17、在现场要靠严格的试验来确定，正确控制一次风量对锅炉燃烧和整体节电都是很重要的。,29,（2）钢球磨中间储藏式系统，要通过严格的制粉系统经济性试验，确定钢球装载量、通风量，对余量大的排粉机要进行改造，在确定了钢球装载量和通风量之后，安装磨煤出力自动控制装置会达到满意的效果。实践证明，如果电厂按照制造厂提供的技术资料运行是不可能达不到制粉系统最佳经济运行效果的。通过多数电厂的技术改造及现场试验证明，进行制粉系统技术改造措施可以是制粉系统耗电下降30%左右。,30,3烟风系统 影响烟风系统电耗率的主要因素是烟风总量增大和风机装置效率低下的问题。（1）烟风总量增大的问题 炉本体、处于负压的制粉系统、空
18、气预热器的漏风，以及炉膛过剩空气系数控制水平都是造成系统烟风总量增大原因。烟风总量的增大在增加大了锅炉排烟损失的同时，还会导致风机耗电率的增大；（2）风机装置效率方面的问题 烟风系统节流压损大是造成装置效率降低的主要因素。从出现的问题看，设备选型配置问题是主要方面，而风机自身效率低是次要。解决这些问题的方法是，在试验的基础上可以考虑对叶轮进行改造。调峰时间较长的机组还可以考虑将定速驱动改为变速驱动。改造后的运行耗电可下降40%。,31,（3）驱动方式 驱动方式是导致装置效率低的一个重要因素。当前300MW、600MW机组的引风机一般都选取定速驱动、静叶可调的轴流风机的设计模式，较少直接采用变频
19、或液力偶合器及液体电阻的变速驱动方式。定速驱动系统可以在一定程度上降低工程造价，但是在适应变工况运行方面的经济性能很差。在几种变速驱动系统当中，运行参数要求变动小的风机易采用液体电阻调速，参数变动大的风机易采用变频装置调速。,32,5.优化设计 5.1汽动给水泵优化设计 汽动给水泵的单耗=进入汽动给水泵的蒸汽流量/给水泵打出给水流量1000；单位为kg/t。600MW机组的汽动给水泵的单耗在35kg/t左右。为了降低厂用电率在有临机汽源的扩建机组给水泵优化设计中，有两种采用汽动给水泵启动机组备选方案：（1）不设电动给水泵，自带凝汽器的一台100%容量的汽动给水泵。上海外高桥第三发电厂两台100
20、0MW超超临界机组的汽动给水泵采取了此配置方案；（2）不设电动给水泵，同主机共用凝汽器的两台50%容量的汽动给水泵。宁海发电厂、绥中发电厂的四台1000MW超超临界机组给水泵采取了此配置方案。,33,5.1.1 无电泵启动（1）节省厂用电 由于30%容量的电动给泵功率为8100KW,汽前置泵功率为580KW,机组正常启动至电泵停运约6小时左右，剔除前置泵正常投运电耗以及因汽泵组提前运行所产生的电耗，机组一次冷态启动可节约厂用电约为45MW。（2）节约机组启动用水 由于凝汽器无真空的情况下，给水泵密封水无法回收到凝汽器。而汽动给水泵启动需提前建立凝汽器真空，可以保证密封水的提前回收，减少除盐水的
21、浪费。剔除提前轴封供汽、真空系统提前投如运行，可节约用水约100t左右。,34,（3）简化启动操作过程，降低操作风险 利用汽泵启动，可使锅炉上水及主给水泵暖泵同时进行，可使小机与主机同步抽真空、投轴封，减少机组启动过程中的操作量和操作难度。利用汽泵组启动，使得各系统提前投入运行，减少了机组启动过程中的系统投运操作，可以缩短机组启动时间，节约启动用油；降低了启动成本。同时，避免了启动汽泵退电泵的操作过程，降低了操作风险提高了系统运行的稳定性。,35,5.2凝结水泵优化设计 600MW机组凝结水泵的耗电率为0.35%；单耗为1.25kWh/t，受负荷率变化的影响会有所变化。2X100%容量凝结水泵
22、其中一台加变频器方案是目前凝结水泵优化配置的首选方案，反应出变频调速设备应用于电站的凝结水泵对运行经济性所带来的影响。对600MW机组，凝结水泵由两台6kV，2200kW高压电机驱动。在运行中，两台水泵一用一备，以充分保障系统的安全运行。凝结水泵采用变频调速的方式有：一拖一运行方案、一拖二手动切换方案、一拖二自动切换方案、一台工频一台变频无切换运行方案。四个方案各有利弊，在工程应用中，一拖二手动切换方案较为灵活应用相对较多，这种运行模式为两台电机任何时候只有一台由变频器驱动，另一台可由用户决定是备用或工频运行。需要注意的是，在经济性比较中凝结水泵加变频器方案的初投资要考虑设备的使用寿命问题。火
23、力发电厂的设备选型要求使用寿命达到30年以上，但一般的变频器的使用寿命保证值只有15年。这样在发电厂的寿命期内存在更换一次变频器和电机的可能性。,36,5.3循环水泵优化设计 600MW机组循环水泵耗电率（海水开式循环）在0.71.1%之间，单耗为3.8kWh/t；600MW机组循环水泵耗电率（闭式冷却塔循环）为1.5%左右。比起其它转动设备，循环水泵的效率、耗电率、单耗受季节、循环水冷却方式、机组负荷率等多方面变化的影响要严重得多。作为闭式冷却塔定速泵来说，循环水泵占厂用电率的19%，仅次于磨煤制粉系统，厂用电排列第二位。循环水泵主要是通过启动泵的台数进行循环冷却水量的调节，而且循环冷却水量
24、的精度要求不是很高。循环水泵电机功率很大，配套的变频器价格较高，经过多个工程技术经济比较后，结论是加装变频不具备经济性优势，因此不推荐循环水泵加装变频器。,37,双速循环水泵 两台机组采用母管制闭式循环水系统，两台机组共用一个自然通风冷却塔。两台机配备四台循环水泵。循环水母管上装设分段门，可以分段运行，也可以并列运行，冬季单台机组单台循环水泵运行，其他季节两台机组三台循环水泵运行，当气温更高时采用单台机组投入双台循环水泵运行，以保证机组始终在经济工况运行。在冬季、春季、晚秋季采取单台机组单台循环水泵运行，多数时间循环倍率都低于50倍，有时只有36.5倍，在冬季勉强可以，而在春季、秋季，甚至在初
25、夏季排汽温度高达47，真空低于89Kpa时，造成煤耗上升幅度增加。这时候加开一台循环水泵（两台机组三台循环水泵运行），保持真空不低于92Kpa，才能满足经济运行的需要。即使在冬季，机组带600MW时，真空在93Kpa以下，单台循环水泵也不是最经济的。如果冬季高负荷两台机开三台泵，厂用电率较高，解决的办法是选择双速电机，改定速调节为双速调节，主要是双速电机投资造价低。,38,选取两个工况计算发现，在正常情况下，两台机组开三台高速泵比两台机一台低速泵二台高速泵并列运行的经济效果都好；两台机一台低速泵二台高速泵并列运行的经济效果任何时段都比两台低速泵并列运行的经济效果都差，所以两台机一台低速泵二台高
26、速泵并列运行方式建议不要应用。两台水泵为双速泵，两台低速水泵并列运行，在冬季、春季、秋季都能使用，节约煤耗的效果比较明显，与运行一台高速档水泵比较，平均可以降低煤耗率2g/kWh,按每年使用三分之一时间计算，可以节约标准煤约440吨，节约人民币28.6万元。如果是改造的话不到一年就可以收回投资。,39,5.4变频设计注意事项 实践证明，并不是所有转动设备都可以进行变频改造都是经济的（1）汽泵前置泵流量、扬程与其主泵的流量、扬程是密切相关、匹配的，若汽前泵采用变频器，则当流量降低时，其扬程也相应降低，高压给水压力不足部分需由汽动给水泵来补足。因此，采用变频调速的结果是牺牲汽机一定的发电量；且采用
27、变频器后将引起给水泵汽轮机运行作相应的调节，而此部分调节是很复杂的，且需与给水泵厂及小汽机厂研究配合。而对于给水泵这种重要辅机，对其运行的安全性、可靠性要求很高，目前尚暂无汽泵前置泵采用变频器调速的先例，因此，对于汽泵前置泵不推荐采用变频器。,40,（2）闭式循环冷却水泵的流量在机组负荷调整时变化不大，可调范围非常有限，因此对于闭冷水泵也不推荐采用变频器。（3）除盐水泵在一定程度上存在部分负荷时效率偏低情况，有可调空间，为了降低厂用电，可以加装变频器。,41,6结论 火电机组转动设备同主机一样有三个效率需要认真研究：（1）设计、考核试验、制造厂保证值效率：也就是额定效率；（2）运行效率：取年运行8000h（或7200h）中的5000h满负荷效率。用运行效率与额定效率进行比较可以计算出转动设备效率偏离设计值的程度，目前我国还难以实现；（3）实际效率：即我国机组及辅助设备目前实际年运行的负荷率、运行小时数所累计的实际效率。它是研究提高辅机转动设备的运行效率重点对象，对降低厂用电率有直接的影响。通过上面的论述可以看出，提高转动设备的效率有设备选型上的保证、管理上的措施、运行中的优化、维修中的调整等因数。,43,谢谢！,
