660MW超超临界高参数机组的节能降耗综合优化
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摘要：火力发电是我国电源生产的主要形式，厂用电率是火电厂能源转换效率的重要考核指标之一，其直接显示出火电厂创造效益的能力和节能降耗的效果。本文以近期投产的JJ发电厂660mw超超临界高参数机组为研究对象，对其厂用电率指标进行综合研究和优化设计，使该厂实测的生产厂用电率在同类电厂中达到领先水平，对高参数大型火电厂的节能降耗工作具有一定的指导意义。
关键词：660MW；超超临界；高参数；节能降耗；厂用电率；综合优化
0 引言
电力市场化是大势所趋，在世界的每个大洲都在进行着各种尝试。随着我国电力体制改革的深入，电力企业逐步由生产型向经营型发生转变，提高效益，降低成本将是其长期的发展目标。近些年虽然新能源、核能和水电的市场份额有所上升，但依然无法动摇火力发电的主导地位。JJ发电厂660MW机组是近期投产的国产高参数超超临界火力发电机组，该工程厂用电率的综合优化设计和总结，对单机容量660MW及以上规模的大型机组的节能减排具有一定意义。
1 厂用电率定义及影响因素
1.1 定义
厂用电率是指机组在正常运行状态期间某一指定时段内本厂范围的各主、辅系统所耗用的总电量占同一时期机组发电量的百分比。
1.2 影响因素
厂用电率是一个电度量的百分比，这个百分比主要受到厂用电量这个“分子”的影响，而厂用电量与工艺系统设置、燃料的发热量等多方面因素有关。
（1）当蒸汽参数从24.2MPa，538℃上升到27MPa，600℃时，厂用电量下降约0.5%～1.2%；
（2）煤中灰分和水分都会影响烟风系统的出力，当采用灰分和水分较高的低热值煤时，较中等热值煤要提高厂用电量约0.3%～0.5%；
（3）制粉系统、烟风系统和其他工艺系统的选型匹配与否，也将分别对厂用电量带来0.2%～1.5%的影响。
（4）各种工艺设备都需要通过电气设备进行驱动和控制，驱动方式选取对发电厂厂用电量的影响也十分可观。
（5）布置、建筑和暖通影响因素也不容忽视。
2 厂用电率的优化措施
降低发电厂厂用电消耗是一个系统工程，涉及面广，工程设计、施工质量、设备性能、管理水平都会对降低发电厂厂用电率产生影响。下面将总结JJ发电厂四期在工程设计过程中采用的一些优化措施。
2.1 全厂布局合理化、紧凑化
结合场地自然条件，尽量紧凑厂区面积，优化工艺流程。使各功能分区工艺流程经济、合理，管线短捷、顺畅，建筑物朝向合理，最大限度地发挥设备的功能，降低额外损耗，使厂用电负荷明显下降。
优化前后的厂区的总平面布置请详见下图（右侧为优化后布置）。
具体各部分布置优化措施实施如下：
（1）制粉和烟风系统：合理布置管道的位置、距离、通径、转弯半径等，以降低系统阻力。管道上尽可能不设与控制操作无关的风门，粉管尽量采用斜管段布置，以减少垂直弯头，将方形断面的烟风管改为圆管，与弯头一起形成光滑连续曲面。
（2）燃运系统：采用侧煤仓方案，上煤顺畅、简洁，皮带短，降低输煤系统用电量。
（3）对全厂的电缆路径的走向、长度等进行优化。根据缆流情况优化电缆路径的布置，缩小电缆长度、减小电缆系统的负载损耗。电缆优化前后的长度对比详见下表。
（4）优化除灰、除渣系统布置：空压机房靠近用气端布置，灰库靠近布袋除尘器布置，减少用气量，降低气力除灰的电耗。
（5）合理布置集中空调系统的位置，减少输送距离，减少输送损耗。
2.2 主、辅机参数匹配和优化
（1）优化开冷水系统管径和路径，在开闭式系统之间采用板式冷却器，不但节约初投资，还可提升冷却效果，降低厂用电耗。
（2）结合机组年利用小时的分配情况，优化供水系统冷却水量、凝汽器换热面积、循环水管管径等。
（3）高、低压变压器和电动机的配置选用合理容量，不过高或过低。对工艺专业负荷的运行方式要做详尽、科学的分析，合理选用负荷统计方法、系数取值及裕度。
（4）厂用电设计中，合理进行各段厂用母线的负荷分配及选择合适的厂变容量，避免迂回供电结构，对离主厂房较远且负荷又较集中的辅助生产区域，考虑在就地设置专用厂变集中供电，避免大电流远距离配电，在中压系统积极采用单芯电缆，降低配电系统的损耗。暗备用的变压器上所接负荷均匀分布，以使变压器处于经济区运行。
2.3 设备选型的优化
（1）给水泵组：在国内首次尝试在600WM国产机组上采用1×100%汽动泵并取消电动给水泵，节省电动给水泵功率约6000kW。同时汽动给水泵与前置泵同轴布置，一同采用汽轮机驱动，相当于再节省了1台功率为560kW前置泵电动机的电耗。
（2）除尘器：JJ发电厂#7机组是国内首台采用布袋除尘系统的600WM机组，在除尘效率从≥99.73%上升到99.9%的同时功率大幅下降，从约1800kW降低到549kW，但因为布袋除尘系统使烟系统的阻力提高约1000kPa（布袋使用初期）～1400kPa（布袋寿命末期），需相应的增加风机功率约1000kW，综合计算布袋除尘系统仍节约了251kW的电耗。
（3）回转式空气预热器：#7机组采用三密封措施，其空预器漏风率可由8%下降到5%（保证值），减少漏风损失和积灰，引风机电机功率下降254 kW。
（4）主要辅机选型工况应尽量设置在高效区，杜绝偏离高效区。合理选择辅机备用系数和电动机容量。
本工程打破设计分界、设备制造范围等制约，将引风机和脱硫增压风机合并。
可见，合设方案相对分设方案年可节约电能6.24632×106kW·h，按照上网电价0.4852元/kW·h计算，每年可以为电厂带来约303万元的收益。2.4 广泛使用
2.4 建筑及暖通节能
长时间持续高温是该厂所在地夏季的特点，在建筑形体设计中尽量减少建构筑物外表面积，减少建筑的面宽，加大进深或增加组合体。靠减小建筑换热面积、合理的采用隔热、避光等措施，每年可减少厂用电耗约81万kW·h。
在主厂房的设计中，将除氧器等热源挪出主厂房进行室外布置；楼板多采用通风和采光较好的钢制格栅，在屋顶设置自然通风器，取消耗电巨大的屋顶风机，通过巧妙的自然通风设计，提高通风效率和舒适程度，节省电耗。
在不得不设置空调及机械降温通风系统的区域，采用屋顶式空调机+水冷多联机降温通风方案，比常规的风冷冷热水机组+空气处理末端方案，总耗电量降低约30%，每年减少厂用电约105万kW·h。
3 结论与展望
注：1表示JJ发电厂的生产厂用电率实测值；
2表示JGS发电厂的生产厂用电率实测值；
3表示JDZ发电厂的生产厂用电率实测值；
4表示XC发电厂的生产厂用电率实测值。
通过图2中比较可以看出JJ发电厂优化措施的节能效果明显，3.842%的生产厂用电率实测值较优秀，其他三个厂基本在4%～6%之间。
按照年利用小时数5000小时、30年的设计寿命、上网电价0.4852元/kW·h计算，每向外多供电1kW，就可增收72780元，660MW机组厂用电率每降低0.1%就可增收660000×0.001×7.2780=4803.48万元。
通过对JJ发电厂660MW机组厂用电率的综合优化，我们整理出了一套火力发电厂节能降耗综合优化设计的思路。
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作者简介：
李克（1982-），男，山东烟台人，毕业于武汉大学和华北电力大学，硕士研究生，工程师，从事电站自动控制的设计和研究。