随着国家对节能减排提出了更高的要求, 加之电力企业之间的竞争日益加剧, 如何降低运行成本从而提高发电厂的经济效益是每个发电厂着力解决的重要课题。以下将介绍大唐洛阳热电厂在降低厂用电率方面所进行的一些设备改造, 主要对其原理构造及节电机理进行一些简要的分析。
1 设备概述
大唐洛阳热电厂2×300MW供热机组担负着洛阳市工业生产抽汽及城市居民采暖供热, 是国内首批300MW供热机组。两台机组分别于2005年11月及2005年12月实现双投。锅炉为东方锅炉厂制造的DG1025/1 8.2-Π4型锅炉, 该炉为单炉膛∏型布置、亚临界、自然循环、一次中间再热、单炉膛、平衡通风、摆动式燃烧器四角切圆燃烧, 固态排渣、露天布置、全钢构架、燃煤汽包炉。汽轮机为哈尔滨汽轮机厂生产的C N3 00/20 0-16.7/53 7/5 37型亚临界、一次中间再热、单轴双缸双排汽、单抽供热式汽轮机。发电机为哈尔滨电机厂股份有限公司生产的QFSN-300-2型三相隐极式同步发电机, 冷却方式为水-氢-氢[1]。
发电厂在生产过程中运行的主要辅机大多为6k V高压电动机拖动, 这些辅机电动机的耗电量, 对厂用电率起到了决定性的作用。因此, 降低厂用电率的实质则是降低6k V主要辅机的耗电量。大唐洛阳热电厂6k V主要辅机包括一次风机、引风机、送风机、循环水泵、凝结水泵等等, 其主要参数如表1所示。
2 降低厂用电率的具体措施
通过几年的运行, 暴露出部分设备在运行时的节能潜力很大, 大唐洛阳热电厂对部分设备进行了改造, 包括将设计裕度较大的设备进行减容改造、对调节性较大的设备进行变频改造等等, 节能效果非常明显, 厂用电率得到了有效的控制。
2.1 一次风机、引风机及凝结水泵变频改造
大唐洛阳热电厂采用国产MLVERT-D系列无电网污染高压变频器, 该变频器由多个功率模块串联而成, 通过将多个低压功率模块的输出叠加起来得到高压输出。电网送来的三相6k V/50Hz交流电, 经移相变压器, 供电给18个功率模块, 每个功率模块的额定输出电压为580V, 相邻功率模块的输出联接起来, 每相6个功率模块进行叠加, 使得高压变频器的额定输出相电压为3480V。三相共18个功率模块, 形成Y联结结构, 使得线电压为6000V, 直接供给感应电动机。每个功率模块承受全部的输出电流, 但只提供1/6的相电压和1/18的输出功率[2]。每个功率模块输入为580V三相交流电, 经三相二极管整流桥整流后, 经滤波电容形成直流母线电压, 再经由4个IGBT构成的H型单相逆变桥, 实行PWM控制, 在其输出端输出电压为0~580V、输出频率为50Hz/60Hz的单相交流电, 单个功率模块输出3种不同的电压, 即+U、O和-U。每相6个功率模块串联叠加, 产生多重化的相电压波形, 共有13种电平即O、±U、±2U、±3U、±4U、±5U、±6U, 最终每相6个功率模块输出的PWM波形叠加之后即为正弦交流电波形, 并且逆变出的交流电频率是可控的, 最终实现了变频, 具体输出波形如图1所示。
变频调速之后, 电动机所拖动的凝结水泵、一次风机及引风机等设备便可达到节能目的。因为根据流体力学的相似定律可知, 流量与转速成正比, 而泵与风机的耗功与转速的三次方成正比。可见, 假设风机的出口风量由100%降至60%, 不用出口静叶节流来完成, 而是采用变频来直接降低风机的转速, 则转速也由100%降至60%, 而电机耗功则由100%降至21.6%, 理论上节电率达79.4%, 即使考虑电机及变频器自身的损耗, 节能效果也是相当明显的。
2.2 凝泵去叶轮改造降低凝泵耗功
凝结水泵是火电厂的重要辅机, 其耗电量占厂用电的6%左右, 大唐洛阳热电厂2×300MW每台机组配置3台400t/h凝结水泵, 根据负荷情况两台运行或一台运行。由于设计裕度较大, 凝结水泵出现“大马拉小车”的现象, 造成很大的浪费。2008年3月开始着手进行泵节能改造工作, 改造方案经过反复修改, 最终决定采用去除凝结水泵叶轮的方案。
NLTD450-8A凝结水泵有7级叶轮, 设计扬程为280m, 根据多级泵的原理特性, 每抽取1级叶轮, 水泵的扬程则会按照相应的比例减少, 其流量与扬程的关系特性曲线也会相应下移, 最终水泵的特性改变, 具体去除叶轮对水泵的影响关系如图2所示。
最终的改造方案确定去除2级叶轮, 2级叶轮去除后, 凝结水泵变为5级叶轮, 实际测量泵的扬程为210m, 由于泵的机械出力减小, 最终电动机消耗功率也相应减小并且2台凝结水泵运行能够满足300MW满负荷的需要。凝结水泵去除叶轮后, 由于水泵的扬程降低, 原来在低负荷下除氧器水位调节阀开度较小的现象得以有效解决更避免了开启再循环造成的损失, 改造之后除氧器水位调节阀的开度较改造前的同比负荷下有明显的增大, 从而减小了节流损失。具体改造前后的节能效果如表2、表3对比所示。
2.3 循环水泵电动机改造为双速电机
大唐洛阳热电厂2×300MW机组设有4台电动机为YKSL1600—12/1730-1型、12极、495r/min的循环水泵, 循环水母管制方式运行。在实际运行中, 经常会面临着少启动一台循环水泵真空较低, 多启动一台循环水量又偏大的情况, 特别是在冬季高负荷的情况下此问题尤为突出。对循环水泵电动机进行高低速改造, 将大大提高循环水泵运行方式的灵活性, 同时对降低厂用电率也是十分有利的。根据异步电动机的转速公式n=60f (1-s) /p可知, 只有改变频率f或磁极对数P才能够改变电动机的转速而对于循环水泵, 只需在小范围内进行不经常的调速, 在考虑到改造成本及维护工作量上, 故以改变磁极对数p为调速的首先方案, 将原4台YKSL1600—12/1730-1型、12极、495r/min循环水泵电机改造为Y K S L 1 6 0 0—1 2/1 7 3 0-1型、12/14极、495/423±3r/min循环水泵电机。改造前单台循环水泵在12极495r/min转速下运行时, 循泵电动机电流为148A, 改造后单台循环水泵在14极423r/min转速下运行时, 循泵电动机电流降为108A, 减少40A。计算可得单台泵日节电量为6×48×3×0.88×24=798 1.1k W·h。显然, 循环水泵电动机双速改造对于降低厂用电率是非常成功的。
3 结语
大唐洛阳热电厂2×300MW供热机组经过一年多的节能技改实践, 取得了显著成效。将5号机组2009年12月份日综合数据与2008年12月份日综合数据比对发现, 08年的日发电量为472.26万k W·h, 发电耗用厂用电率为6.77%, 2009年的日发电量为445.86万k W·h, 发电耗用厂用电率为4.83%。在发电量比去年低的情况下, 由于采取了多种有效的节能手段, 厂用电率不升反降, 并且降幅高达近2个百分点。随着国家节能减排政策的不断深入强化, 作为发电企业, 应当积极相应国家的相关政策, 所以日后还应当将降低厂用电率作为一个长效的课题来进行, 不仅要创造经济效益, 更要竭尽全力去承担供热、供电、节能减排的重大社会责任。
摘要：厂用电率是发电厂的重要经济指标之一, 降低厂用电率可使电厂的经济效益显著提高。目前各个发电厂均把如何降低厂用电率作为一个主要的生产基础课题来加以解决。大唐洛阳热电厂2×300MW供热机组为了降低厂用电率以达到节能减排的目的, 通过实施设备节能改造, 使厂用电率大幅降低。
关键词：厂用电率,节能减排,设备改造
参考文献
[1] 郭立君.泵与风机 (第2版) [M].北京:中国电力出版社, 1996.
[2] MLVERT-D系列多单元串联高压变频调速系统用户手册[J].明阳电气, 2009.