姚电公司4号机组节能升级改造分析

吕亚磊， 聂建军

(1.平顶山姚孟发电有限责任公司， 河南 平顶山 467000； 2.中原工学院 机电学院， 河南 郑州 450007)

平顶山姚孟发电有限责任公司(以下简称“姚电公司”)3号、4号机组为进口300MW亚临界燃煤发电机组，于1986年投产运行至今，目前机组稳定性减弱，煤耗较多。为响应国家对燃煤电厂超低排放和节能改造的政策要求，对机组进行数次改造，以期提升发电效率，促进节能减排。本次是对4号机组的给水系统和真空系统进行改造，通过改造降低了厂用电率，提高了真空值，从而提高了机组的运行效率，降低了成本，为企业赢得了更大的利润空间。

1 给水系统改造

给水泵作为机组的重要设备，起向锅炉连续供水并向锅炉过热器、再热器及汽轮机高压旁路供减温水的作用。

1.1 电动给水泵与汽动给水泵的性能分析

(1) 电动给水泵。在机组启动过程中，电动给水泵给水流量较小且不稳定，但是电动给水泵可靠灵活，能够满足锅炉给水流量大幅度波动的要求[1]。机组厂用电率一般为7%～10%[2]，电泵耗电量大，占全部厂用电的50%左右，系统较复杂，操作及维护工作量大，相关设备出现故障的几率较高[3]。

(2) 汽动给水泵。汽动给水泵的机组启动时间较短，机组厂用电率一般为4%～6%[4]。与电动给水泵相比，汽动给水泵可降低厂用电率，且设备维护简便，事故率低，灵活性、机动性好，机组正常运行后安全性和可靠性高[5]。但是受转速调节范围(2 900～5 600 r/min)的限制和排汽温度过高的影响，与电动给水泵相比增大了操作难度。

综上可知，电动给水泵在大型发电机组中的耗电量占全部厂用电的50%左右。另有文献表明，与电动给水泵相比，采用汽动给水泵，可以将机组厂用电率降低一半，从而使机组向外多供3%～4%的电量，可提高机组0.2%～0.6%的热效率[6-7]。

1.2 给水系统改造方案

姚电公司原4号机组配置了50% B-MCR 容量的3台电动给水泵，机组正常运行时，2台运行，1台备用，给水泵电动机、前置泵与给水泵由液力偶合器连接在同一个平面上。

本次改造，拆除原有的#1、#2电动给水泵组，在原址安装1台100%容量汽动给水泵组，保留1台电动给水泵备用。改造后给水泵的配置方案为1台100%容量的汽动给水泵组(启动、运行)，1 台50%容量的电动给水泵组(启动、备用)。从汽轮机中压缸五段抽汽处抽汽并将其作为汽动给水泵小汽轮机的汽源，通过小汽轮机做功，经输出轴直接驱动汽动给水泵做功。

电动给水泵和汽动给水泵的主要参数如表1所示。

表1 电动给水泵和汽动给水泵的主要参数

2 真空系统改造

建立和维持一定的真空，可以增加汽轮机中蒸汽的可用焓降，提高汽轮机热效率。

2.1 真空系统改造设备分析

(1) 射水抽气器、射水泵。汽机启动前由射汽抽气器建立凝汽器真空，运行中射水抽气器和凝汽器共同维持真空。射水抽气器除具有适应滑参数运行和节约蒸汽的优点外，还具有结构紧凑、系统简单、运行可靠、维护方便、造价低廉、适应工况变化等优点[8]。此外射水抽气器耗水量约为凝汽器耗水量的5%，故使用射水抽气器无论对于环保还是节水都有更深层次的意义[9]。设置2台射水抽气器，每台配75 kW的电动射水泵，这样可保证真空系统的严密性和射水抽气器的效率，但是需要耗用一部分电和水，且系统占地面积大，设施布置分散，运行维护较复杂[10]。

(2) 真空泵。水环式真空泵结构简单，性能稳定，可使机组恒定维持在高真空状态，真空值一般可比射水抽气器高2 kPa，效率约是高效射水抽气器的2倍，且可实现集中控制，占地面积小，基本无需维修，出现故障的概率小，从而保证机组安全、稳定和经济[11]，但该真空泵配套电机噪音比较大，为85 dB(A)。

综上可知，选用水环式真空泵比射水泵、射水抽气器效率更高且建立的真空更稳定。

2.2 真空系统改造方案

依据上述分析，本文采用的改造方案是，保留原有的射汽抽气器系统，同时用2台100%容量的水环式(双极锥体)真空泵代替原有的2台100%容量的射水抽气器。机组启动时，直接用水环式真空泵对系统抽真空。机组正常运行时，1台真空泵运行，1台真空泵备用。射水抽气器、射水泵和水环式真空泵的主要参数如表2所示。表2中TRL，11.8 kPa 表示在汽轮机为额定功率时，背压为11.8 kPa；THA，5.4 kPa表示在热耗率为验收功率时，背压为5.4 kPa。

表2 射水抽气器、射水泵和水环式真空泵的主要参数

注：“-”表示无此参数。

3 改造后节能分析

凝汽器真空值的高低，主要由冷却水的温度和流量决定。为了更好地对改造前后机组的性能进行对比，选择在机组负荷、冷却水温度和流量相近的条件下采集数据。

3.1 厂用电率分析

厂用电率是评价机组经济性的一项重要指标。在机组相近负荷的情况下，4号机组改造前后和目前3号机组的厂用电率如表3所示。

表3 机组厂用电率 %

由表3可知，4号机组改造前的厂用电率为7%～8%，改造后为4%～5%，厂用电率减少了37.5%～42.8%。而3号机组厂用电率为8%～9%。为了更直观地表达，利用表3数据制出厂用电率与时间的关系曲线如图1所示，由图1可看出改造后厂用电率降低明显。

图1 厂用电率对比

3.2 真空度分析

机组设计之初，1台射水泵组(即1台射水泵和两个射水抽气器)即可维持机组正常运行所需要的最佳真空，另一台射水泵备用。然而随着设备的老化，真空变得不稳定，机组改造前需2台射水泵组(即2台射水泵和2个射水抽气器)同时运行才能维持较好的真空。改造前后凝汽器真空值见表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围为94～95 kPa，改造后为95～96 kPa，真空值平均提高了约0.7 kPa。为了更直观地表达，利用表4中的数据制出真空值与时间的关系曲线如图2所示。由图2可以明显看出改造后凝汽器的真空值增大，真空维持效果好。

图2 改造前后真空对比

为了检验改造后真空的稳定性，随机调取某一天(24 h)的数据，制出改造前后凝汽器真空值与时间的关系曲线，见图3。由图3可知，改造前，在机组加减负荷的情况下，真空变化明显，真空波动较大。改造后在机组加减负荷的情况下，真空较为稳定，并且1台真空泵运行效果比2台射水泵组(即2台射水泵和2个射水抽气器)建立真空效果好。

图3 某天改造前后的真空值对比

由于条件限制，选取数据的时间为冬季，冷却水温度较低，真空改善效果不够明显。若是在夏季选取数据，真空改善效果会更好。

4 结论

根据4号机组设计值可知，厂用电率每增加1%，煤耗会增加3.43 克/千瓦时；真空每增加1 kPa，煤耗会减少2 克/千瓦时。采集数据显示平均厂用电率减少37.5%～42.8%，真空值提高了约0.7 kPa，可减少煤耗9.975 克/千瓦时。按4号机组每年15亿千瓦时的发电量计算，可多供电4 839万千瓦时，节省1.5万吨煤。另外，按目前煤价每吨700元计算，可节约资金1 050万元左右。

此次节能升级改造极大地提高了机组的安全性、环保性和经济性，达到了节能减排的预期目的，从而增强了姚电公司的市场竞争力。4号机组的成功改造，为接下来3号机组的节能升级改造以及其他企业提供了借鉴。