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      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

      2015-11-16 05:13:13孫豪杰
      中國科技信息 2015年1期
      關(guān)鍵詞:偶合器給水泵調(diào)速器

      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

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