中南電力設(shè)計(jì)院 潘琳 李漢峰

1 優(yōu)化廠用電率的意義

廠用電率是電廠主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)之一，直接影響發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)效益。我國(guó)電力行業(yè)一般認(rèn)為廠用電率是指發(fā)電廠電力生產(chǎn)過(guò)程中所必需的自用電量占發(fā)電量的百分比。以年發(fā)電量120億kW·h的火電廠為例，廠用電率節(jié)省0.1%，按照電價(jià)0.5元／kw·h計(jì)算，每年可節(jié)省發(fā)電成本600萬(wàn)元。在目前國(guó)家關(guān)于“節(jié)能減排”的產(chǎn)業(yè)政策下，降低廠用電率以節(jié)約廠用電具有重大意義。

從設(shè)計(jì)角度，設(shè)計(jì)院電氣專業(yè)根據(jù)工藝專業(yè)提供的用電設(shè)備容量（包括電力生產(chǎn)過(guò)程中電動(dòng)機(jī)、照明、采暖通風(fēng)以及其它控制、保護(hù)裝置等）及設(shè)備運(yùn)行方式估算出額定工況下的廠用電率。

本文將先給出廠用電率的一般計(jì)算方法，再結(jié)合工程實(shí)際算例，在充分了解廠用電負(fù)荷運(yùn)行情況的基礎(chǔ)上，對(duì)于負(fù)荷計(jì)算以及影響廠用電率的主要因素進(jìn)行分析，優(yōu)化廠用電率的計(jì)算方法，以使計(jì)算值更接近于實(shí)際運(yùn)行值。

2 廠用電率及負(fù)荷計(jì)算方法

優(yōu)化之前，需先了解目前廠用電率及負(fù)荷計(jì)算的基本方法，方法如下：

2.1 廠用電率估算方法

按行標(biāo)DL/T 5153-2002《火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》，火力發(fā)電廠廠用電率的估算方法如下：

A1 凝汽式發(fā)電廠廠用電率（式中參數(shù)含義詳見行標(biāo)DL/T 5153-2002）

A2 供熱式機(jī)組的熱電廠廠用電率（式中參數(shù)含義詳見行標(biāo)DL/T 5153-2002）

2.2 負(fù)荷計(jì)算

電負(fù)荷計(jì)算的目的主要是確定用于廠用電設(shè)備選型和用于廠用電率取值的“計(jì)算負(fù)荷”，目前廠用電負(fù)荷常用的計(jì)算方法有：換算系數(shù)法、軸功率法。兩種方法所取的系數(shù)差異較大，不同的設(shè)備有不同的系數(shù)，同一設(shè)備使用不同方法時(shí)所取的系數(shù)亦不一樣。因此，對(duì)相同的電廠，兩種方法算出的廠用電率也存在著較大的差異。

下面對(duì)上述兩種廠用的電負(fù)荷計(jì)算方法進(jìn)行介紹。

2.2.1 換算系數(shù)法

換算系數(shù)法的算式為：

Sc＝∑(KP)

式中：Sc——計(jì)算負(fù)荷（kVA）；

K——換算系數(shù)，可取下表的數(shù)值；P——電動(dòng)機(jī)的計(jì)算功率（kW）。

電動(dòng)機(jī)的計(jì)算功率P應(yīng)按負(fù)荷特點(diǎn)確定：

1 經(jīng)常連續(xù)和不經(jīng)常連續(xù)運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)為

P=Pe

式中：Pe——電動(dòng)機(jī)的額定功率（kW）。

2 短時(shí)及斷續(xù)運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)為

P=0.5Pe

3 中央修配廠的電動(dòng)機(jī)為

P=0.14∑P+0.4∑5P

式中：∑P——全部電動(dòng)機(jī)額定功率總和（kW）；

∑5P——其中最大5臺(tái)電動(dòng)機(jī)的額定功率之和（kW）。

4 煤場(chǎng)機(jī)械

1）中小型機(jī)械為

P=0.35∑P+0.6∑3P

式中：∑3P——其中最大3臺(tái)電動(dòng)機(jī)的額定功率之和（kW）。

2）大型機(jī)械為

翻車機(jī) P=0.22∑P+0.5∑5P

懸臂式斗輪機(jī) P=0.13∑P+0.3∑5P

門式斗輪機(jī) P=0.1∑P+0.3∑5P

式中：∑5P——其中最大5臺(tái)電動(dòng)機(jī)的額定功率之和（kW）。

2.2.2 軸功率法

軸功率法的算式為：

式中：Kt——同時(shí)率，對(duì)新建電廠取0.9，擴(kuò)建電廠取0.95；

Pz——最大運(yùn)行軸功率（kW）；

η——對(duì)應(yīng)于軸功率的電動(dòng)機(jī)效率；

cosφ——對(duì)應(yīng)于軸功率的電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)。

當(dāng)僅有少數(shù)幾臺(tái)電動(dòng)機(jī)的功率較大（例如每臺(tái)電動(dòng)機(jī)功率大于變壓器低壓繞組額定容量的20%）時(shí)，則可用簡(jiǎn)化算法，即對(duì)這幾臺(tái)電動(dòng)機(jī)單獨(dú)按照下面的算式計(jì)算，并與換算系數(shù)法相比較，取大者作為計(jì)算負(fù)荷，而對(duì)其余負(fù)荷仍用換算系數(shù)法計(jì)算。

少數(shù)幾臺(tái)功率較大的電動(dòng)機(jī)，這里有一個(gè)不確定的詞，即幾臺(tái)算作少數(shù)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在一個(gè)供電區(qū)域中有1～3臺(tái)此類電動(dòng)機(jī)可算作少數(shù)。

行標(biāo)DL/T 5153-2002中第5.1.2條明確提出火力發(fā)電廠廠用電負(fù)荷計(jì)算宜采用“換算系數(shù)法”。但換算系數(shù)是一個(gè)平均值，它與所供給的廠用電動(dòng)機(jī)數(shù)量有關(guān)，數(shù)量多時(shí)，準(zhǔn)確性高，反之，數(shù)量少時(shí)，準(zhǔn)確性較差。因此，在廠用電節(jié)能優(yōu)化上，不能簡(jiǎn)單按換算系數(shù)法算，而應(yīng)結(jié)合軸功率法計(jì)算，加強(qiáng)專業(yè)間的銜接，充分了解工藝專業(yè)設(shè)備的運(yùn)行特性，容量及設(shè)備臺(tái)數(shù)的設(shè)置情況后，再確定該設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷，使計(jì)算結(jié)果更接近于實(shí)際。

3 結(jié)合工程實(shí)例，優(yōu)化廠用電率的計(jì)算方法

本文結(jié)合我院設(shè)計(jì)的國(guó)電青山“上大壓小” (2x350MW級(jí))熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目，從優(yōu)化的理念，計(jì)算過(guò)程，計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)值的對(duì)比等三方面進(jìn)行闡述。

根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，采用“換算系數(shù)法”計(jì)算的廠用電率值通常較實(shí)際運(yùn)行廠用電率偏大。因此，了解工藝系統(tǒng)特性之后，本工程提出了按考核工況運(yùn)行負(fù)荷進(jìn)行廠用電率估算的方法，在考核工況下，機(jī)組保持滿發(fā)狀態(tài)，原煤倉(cāng)預(yù)先處于充滿狀態(tài)不考慮來(lái)煤，運(yùn)煤系統(tǒng)不運(yùn)行，石灰石漿液箱漿液預(yù)先裝滿而石灰石貯存及漿液制備系統(tǒng)不運(yùn)行，工業(yè)水池原有儲(chǔ)量滿足考核工況運(yùn)行要求、先儲(chǔ)滿水而補(bǔ)給水系統(tǒng)不運(yùn)行，除鹽水箱預(yù)先制好滿足考核工況運(yùn)行要求的水而鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)不運(yùn)行，其它系統(tǒng)如除灰、化水、供水、暖通、照明、二次、熱控等在考核工況下不影響機(jī)組滿發(fā)的負(fù)荷均不運(yùn)行，考核時(shí)間按4小時(shí)考慮。具體廠用電負(fù)荷運(yùn)行情況及其計(jì)入估算廠用電率的計(jì)算負(fù)荷的方法見表1。

根據(jù)以上計(jì)算原則，詳細(xì)計(jì)算如下：

3.1 廠用電率計(jì)算負(fù)荷

計(jì)算原則如下:

3.2 純凝廠用電率計(jì)算

式中: e——廠用電率 Sj+Sg/2=19341.9

Sj——機(jī)組廠用電計(jì)算負(fù)荷（kVA）

Sg——公用廠用電計(jì)算負(fù)荷（kVA）

cosψp——電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行功率時(shí)的平均功率因數(shù)，取0.8

Pe——發(fā)電機(jī)的額定功率，取350MW

最終得出： e=4.421%

3.3 供熱廠用電率計(jì)算

計(jì)算公式：

名稱額定功率（kW）K安裝備用機(jī)組計(jì)算容量Sj(kVA) 臺(tái)數(shù)臺(tái)數(shù)凝結(jié)水泵1120 1.00 2 1 926 循環(huán)水泵1400 1.00 1 1400 循環(huán)水泵1400 0.25 1 350 中速磨355 0.85 5 1 1207 吸風(fēng)機(jī)3250 0.85 2 5525 一次風(fēng)機(jī) 1400 0.85 2 2380 送風(fēng)機(jī) 850 0.85 2 1445 除灰空壓機(jī)250 0.85 4 鍋爐低壓負(fù)荷334 0.70 234 汽機(jī)低壓負(fù)荷1210 0.70 847 電除塵低壓負(fù)荷1486 1.00 1486 照明檢修低壓負(fù)荷400 0.50 200 化水低壓負(fù)荷219 1.00 除灰低壓負(fù)荷155 1.00 熱控低壓負(fù)荷 0.70 125 電氣二次低壓負(fù)荷 0.70 130 脫硫負(fù)荷 吸收塔循環(huán)泵A 550 0.85 1 367 吸收塔循環(huán)泵B 550 0.85 1 400 吸收塔循環(huán)泵C 600 0.85 1 433 吸收塔循環(huán)泵D 650 0.85 1 467 氧化風(fēng)機(jī)500 0.85 2 1 300 脫硫變低壓負(fù)荷1080 0.70 脫硝負(fù)荷 脫硝低壓負(fù)荷80 1.00 1 80 合計(jì) 18301 備注 軸功率 隨季節(jié) 836 軸功率 219 155 80 35 軸功率 軸功率 軸功率 軸功率 軸功率756 2081 公用計(jì)算容量Sj(kVA)

按全廠運(yùn)行6500小時(shí)計(jì)算，根據(jù)工藝提資，其中采暖期為2520小時(shí)，制冷期為3120小時(shí)，非采暖制冷期為860小時(shí)，各時(shí)期相關(guān)參數(shù)取值不同。

3.3.1 供熱方式采暖期廠用電率計(jì)算

3.3.2 供熱方式制冷期廠用電率計(jì)算

3.3.3 供熱方式非采暖非制冷期廠用電率計(jì)算

最終得出：供熱廠用電率平均值er=6.72 (kWh/GJ)

供熱發(fā)電廠用電率平均值ed=3.82 %

3.4 廠用電率優(yōu)化前后及實(shí)測(cè)值對(duì)比

3.4.1 優(yōu)化后廠用電率計(jì)算值

按考核工況下負(fù)荷計(jì)算，其廠用電率計(jì)算結(jié)果為：

1）純凝廠用電率估算值包含脫硫、脫硝負(fù)荷為4.421%；

2）供熱廠用電率平均值為6.72(kWh/GJ)；

3）供熱發(fā)電廠用電率平均值為3.82%，全廠性公用負(fù)荷已分?jǐn)偟矫颗_(tái)機(jī)組上。

3.4.2 優(yōu)化前廠用電率計(jì)算值

采用常規(guī)換算系數(shù)法負(fù)荷計(jì)算（本文不再詳細(xì)計(jì)算），其廠用電率計(jì)算結(jié)果為：

1）純凝廠用電率估算值包含脫硫、脫硝負(fù)荷為5.559%；

2）供熱廠用電率平均值為8.49(kWh/GJ)；

3）供熱發(fā)電廠用電率平均值為4.16%，全廠性公用負(fù)荷已分?jǐn)偟矫颗_(tái)機(jī)組上。

3.4.3 現(xiàn)場(chǎng)廠用電率試驗(yàn)實(shí)測(cè)值

該工程已投產(chǎn)使用一年，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，實(shí)測(cè)廠用電率值為：

1）純凝廠用電率估算值包含脫硫、脫硝負(fù)荷為4.416%，

2）供熱廠用電率平均值為6.71(kWh/GJ)，

3）供熱發(fā)電廠用電率平均值為3.81%，全廠性公用負(fù)荷已分?jǐn)偟矫颗_(tái)機(jī)組上。

由上述對(duì)比可見，優(yōu)化結(jié)果更趨近于實(shí)測(cè)值，優(yōu)化前常規(guī)算法誤差較大。單從純凝廠用電率看，按優(yōu)化前計(jì)算方法，廠用電計(jì)算負(fù)荷與實(shí)測(cè)相差5000.625kVA , 而按優(yōu)化后計(jì)算方法，與實(shí)測(cè)僅相差21.875kVA 。

4 結(jié)語(yǔ)

如今，受能源危機(jī)的影響，煤價(jià)以及電價(jià)都發(fā)生了大幅度的變化，近些年來(lái)，不少發(fā)電企業(yè)都出現(xiàn)了虧損的現(xiàn)象。因此，各大發(fā)電集團(tuán)對(duì)各自項(xiàng)目的占地、耗水量、煤耗、電耗等指標(biāo)提出了越來(lái)越高的要求，其中廠用電率作為發(fā)電廠的重要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)之一，也越來(lái)越多地受到各方的關(guān)注。為應(yīng)對(duì)此狀況，設(shè)計(jì)院有必要對(duì)廠用電率計(jì)算方法進(jìn)行優(yōu)化，使計(jì)算值更趨近于實(shí)測(cè)值，供各大發(fā)電集團(tuán)公司采用。本文結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)其優(yōu)化廠用電率計(jì)算的過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，與實(shí)測(cè)值對(duì)比，效果明顯，供后續(xù)工程借鑒使用。

[1] DL/T 5153-2002,火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定.