节能减排下火力发电厂给水泵调速器选型模型研究

孙豪杰

节能减排下火力发电厂给水泵调速器选型模型研究

孙豪杰

孙豪杰1王晓晶2

1.中国电力工程顾问集团华北电力设计院工程有限公司；2.新疆大学电气工程学院

孙豪杰（1982-）男，中级工程师，主要研究方向为火力发电厂运行分析与优化；王晓晶（1982-）女，博士，讲师，主要研究方向为智能配电网运行分析与控制、智能配电网评估技术。

在火力发电厂节能减排的需求下，有必要建立给水泵调速器的选型模型。从火电厂面临的能源环境压力出发，分析了对给水泵调速器进行选型应综合考虑经济、节能减排及运行管理方式等因素。基于全生命周期管理建立节能减排下给水泵调速器的选型模型。以300MW机组电动给水泵液力偶合器调速和高压变频器调速为例进行分析，为电动给水泵调速器的选型提供理论参考依据，验证了所建模型的有效性。

概述

随着能源短缺和环境恶化，火力发电厂面临节能减排的挑战，降低厂用电率是火力发电厂实现节能减排的关键。给水泵是火电厂辅机运行中耗电量较大的设备，通过对给水泵的运行需求进行分析和研究，建立给水泵调速器的选型模型，能够有效降低给水泵的耗电量，实现节能减排，具有重要的研究意义和实际意义。

目前常用的给水泵调速器选型模型是经济性模型，主要考虑以下因素：厂煤价、机组年利用小时数和机组年运行小时数、机组负荷性质，电厂发电成本，电厂建设每千瓦投资额、泵组价格、泵组运行效率和耗电量、泵组安装、维护、检修等费用。经济性模型较全面地考虑了成本方面的因素，但在节能减排需求下还应考虑运行周期、能耗和排放等因素。

本文对节能减排下火力发电厂给水泵调速器的选型模型进行研究，分析了给水泵调速器选型问题可分为经济、节能减排及运行管理几个方面，并采用全生命周期的方法建立选型模型，最后以300MW机组为例，计算并验证本文建立的给水泵调速器选型模型的正确性。

节能减排下火力发电厂给水泵调速器选型问题分析

对节能减排下火力发电厂给水泵的调速器进行选型，需要考虑多种因素。首先要考虑经济因素。调速器在使用年限内的成本可分为初投资成本和运行维护成本两部分。初投资成本主要包括设备采购、土地占用、建筑、安装等成本；运行费用包括耗电量和运行小时数；维护成本包括设备检修、维护成本。

其次要考虑节能减排因素。在保证对给水泵实现有效调速的前提下，降低泵组的耗电量、耗水量，减少土地占用、污染物排放及人员维护次数能够实现有效的节能减排。

第三要考虑运行管理方式。泵组是针对新建机组还是对旧机组进行改造，是电厂主机组还是备用机组，备用机组的年运行小时数等运行管理方式，将影响泵组以及调速器的运行方式，最终决定其工作效率。

综上所述，节能减排下对电动给水泵调速器的运行维护涉及经济、节能减排和运行管理方式等多种因素，在对设备进行选型时应将这些因素综合起来，使得最终选定的给水泵调速器能够兼顾多个方面。

给水泵调速器的全生命周期选型模型

设备的全生命周期管理是指从设备的选购直到设备淘汰或报废的整个过程中，对设备实施必要、全面、合理的管理。设备的全生命周期管理可分为设备的前期管理、设备使用中的管理以及设备的后期管理。设备的前期管理指设备的规划、购置、安装、试用以及验收等的管理；设备使用中的管理是指设备经过试运行，达到验收标准并正式投入使用后，对设备进行的管理，主要是包括设备的维护、维修管理；设备的后期管理主要指设备的报废及处置管理。

本文基于全生命周期管理的理论，建立给水泵调速器的选型模型。电动给水泵的全生命周期总费用可用如下公式表示：

式中：ZF -设备全生命周期总费用；Z0-设备费用；NF -年费用；NFM-年维护费用；NFC-年碳排放费用；n -运行总年数。

年费用NF采用电力工业部1982年2月颁布的《电力工程经济分析暂行条例》中的“年费用最小法”计算公式：

式中：r -投资回收率，通常取0.08；n -运行总年数；Z -折算到投产年份的设备总价格；U-折算年运行费。

年维护费用的计算公式：

年碳排放费用NFC的计算公式：

式中：Qn-年碳排放量；FC-单位排放量所征收的碳排放税。

算例分析

以常规火电厂单台300MW纯凝发电机组配3×50％容量电动给水泵（正常工作时2台运行1台备用）为例，对变频和液力偶合器两种调速器进行比较。

（1）设备费用

设备费用包括：设备费（前置泵和给水泵本体、配套设备和电机）、设备运杂费、设备安装和施工管理费等。

表1 设备总费用

（2）泵组年费用

泵组年耗电量按机组在额定工况下运行，机组年利用小时数7000h计算，两种调速器的年耗电量如表2。

表2 两种调速器的泵组年耗电量

通过上表可以看出单台300MW机组电动给水泵组采用变频调速方式比采用液力偶合器调速方式全年节省电量约15.134×106kWh。

高压变频器设备中电容的使用寿命为7～8年，薄膜电容和安规电容的使用寿命为15年，更换费用为40万元。液力偶合器的易损件为传动轴承、密封件和油泵，其中密封件和轴承的寿命为3年，更换费用为2万元。油泵的转动部件寿命为5年，更换费用为0.3万元。将两种调速器的泵组年费用列于表3。

（3）泵组碳排放年费用

两种调速方式下给水泵组的碳排放年费用如表4所示，碳排放税按10元/t计算。

（4）电动给水泵组全生命周期总费用

单台300MW机组电动给水泵在30年全生命周期中，分别计算采用液力偶合器调速与变频器调速的泵组运行总费用，并将其绘于图1。

图1 两种调速方式的全生命周期费用

由图1可见，电动给水泵组采用变频器调速方式时前3年的费用高于采用液力耦合器调速，在运行到第3年与第4年之间时两种调速方式的总费用持平，从第4年以后变频调速方式的总费用低于液力偶合器调速，并且每年可节省耗电量15.134×106kwh，节省年费用347万元，节省碳排放年费用13.681万元，运行到第30年时总共可节省费用9429万元。

结语

本文对节能减排下火力发电厂给水泵的调速器选型模型进行研究，分析了调速器选型应考虑的多种因素，并基于全生命周期理论建立了选型数学模型。通过300MW机组电动给水泵组调速方式的算例，验证了本文建立的选型模型的正确性，并得到以下结论：

（1）新建火电厂时，电动给水泵组采用变频调速器能够减少年费用，并有利于实现节能减排；

（2）老电厂或备用机组改造时，采用液力偶合器调速初投入低，短期运行的年费用少，投资回收期短。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.01.074