寧夏發(fā)電集團馬蓮臺發(fā)電廠給水泵變頻改造項目

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一、案例名稱

寧夏發(fā)電集團馬蓮臺發(fā)電廠給水泵變頻改造項目

二、案例業(yè)主

馬蓮臺發(fā)電廠地處寧夏寧東地區(qū)能源化工基地，是寧夏發(fā)電集團有限責(zé)任公司獨資建設(shè)的第一個火力發(fā)電廠。電廠設(shè)計規(guī)模為2x330MW+2x600MW+2x1000MW，一期2x330MW工程于2004年6月1日開工建設(shè)，號、2號機組先后于2005年和2006年投入商業(yè)運行，機組為北重N330-17.75/540/540型亞臨界一次中間再熱、單軸、三缸雙排汽、凝汽式汽輪發(fā)電機組。鍋爐為武漢鍋爐廠生產(chǎn)的1018 th亞臨界一次中間再熱，燃煤自然循環(huán)汽包鍋爐。廠用電在4.5%~8%之間。鍋爐給水泵的耗電量在機組輔機中所占比例是最高的，約占純電泵機組廠用電的30%~45%左右。

在對鍋爐給水泵的流量調(diào)節(jié)方面，馬蓮臺發(fā)電廠鍋爐給水系統(tǒng)配置了3臺半容量液力耦合以調(diào)節(jié)電動給水泵輸出轉(zhuǎn)速。相比過去單純依靠閥門進行流量調(diào)節(jié)，取得了明顯的節(jié)能效果。但液力耦合器調(diào)節(jié)也存在一定的弊端，如在低轉(zhuǎn)速比時效率明顯下降，存在較大的傳動損耗，設(shè)備維護率高，甚至出現(xiàn)漏油等現(xiàn)象。

1號機組的兩臺給水泵電機額定功率為5500kW，經(jīng)液耦調(diào)節(jié)后，實際平均運行功率為4500kW。實際設(shè)備年運行約300天，則年耗電量為平均功率x年運行時間=6480萬kw·h

三、案例內(nèi)容

1.技術(shù)原理及適用領(lǐng)域

從流體力學(xué)的原理得知，使用感應(yīng)電動機驅(qū)動的風(fēng)機、水泵負載，軸功率P與流量O、揚程H的關(guān)系為:PxOxH。

使用液力耦合器調(diào)節(jié)輸出轉(zhuǎn)速，輸出轉(zhuǎn)速和輸入功率的關(guān)系為:P=(1-s)P10，其中S為轉(zhuǎn)差率。可見功率P和輸出轉(zhuǎn)速n近似成正比。

對于變頻調(diào)速，當(dāng)電動機的轉(zhuǎn)速由n變化到n時，O、H、P與轉(zhuǎn)速的關(guān)系如下:

可見流量O和電機的轉(zhuǎn)速n是成正比關(guān)系的，而所需的軸功率P與轉(zhuǎn)速的立方成正比關(guān)系。所以當(dāng)需要80%的額定流量時，通過調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速至額定轉(zhuǎn)速的80%，即調(diào)節(jié)頻率到40Hz即可，這時所需功率將僅為原來的51.2%。可以看出變頻調(diào)速的節(jié)能效果一般明顯優(yōu)于液耦調(diào)速的節(jié)能效果，并且在負載率不是很高的情況下，變頻器的整體調(diào)速效率要遠高于液耦調(diào)速。

變頻調(diào)速與液力耦合器調(diào)速效率比較

2.節(jié)能改造具體內(nèi)容

該項目對寧夏發(fā)電集團馬蓮臺發(fā)電廠(業(yè)主)進行1號機組給水泵變頻節(jié)能改造(一期)。1號機組有三套給水泵，包括液力耦合器、配套電機和電源系統(tǒng)。對1號機

組兩臺長期投入運行的A、B給水泵進行變頻改造，安裝變頻節(jié)能裝置，并對機組DCS控制系統(tǒng)相應(yīng)部分進行控制軟件改造，C泵仍保持原有狀態(tài)不進行改造。節(jié)能服務(wù)公司負責(zé)電機節(jié)能改造，及相應(yīng)的土建、高壓系統(tǒng)的設(shè)計、供貨、安裝等工作。變頻調(diào)速改造的給水泵組保留液力耦合器，將液力耦合器的勺管開度保持全開，運行時，通過給水泵電動機配備的高壓變頻器，調(diào)節(jié)電動機頻率控制給水泵轉(zhuǎn)速。

3.項目實施情況

項目于2012年7月20日開工，已于2012年10月18日竣工。項目實施期間基本順利，現(xiàn)已投入運行，節(jié)電量符合預(yù)期。

四、項目年節(jié)能量及節(jié)能效益

1.節(jié)能量

(1)原系統(tǒng)(設(shè)備)主要參數(shù)及用能情況。

表1 原系統(tǒng)(設(shè)備)主要參數(shù)

續(xù)表

表2 原系統(tǒng)(設(shè)備)用能情況

(2)系統(tǒng)(設(shè)備)改造后用能情況。

系統(tǒng)(設(shè)備)改造后用能情況表3

(3)節(jié)能量計算方法

電動給水泵液力耦合器調(diào)速改造為變頻調(diào)速的特點為:根據(jù)機組負荷變化，給水泵驅(qū)動電機的功率變化是非線性的。與原液力耦合器調(diào)速相比，給水泵改造成變頻器調(diào)速后，隨著給水泵負荷升高，也就是給水泵出口壓力升高、給水流量增加，給水泵電動機的相對節(jié)電率是逐漸降低的，因此給水泵在不同給水流量下，節(jié)電率是不同的。給水流量與機組對外的供電量，也就是機組負荷成正相關(guān)的關(guān)系，機組負荷增加、鍋爐蒸發(fā)量增加、給水流量增加，相對節(jié)電率則與機組負荷成反相關(guān)系。

因此，科學(xué)計量確定節(jié)電量應(yīng)采用如下方法:

節(jié)電量是瞬時節(jié)電功率值對時間的累計。變頻調(diào)速節(jié)電量是指在某一給水流量下，改造前電動機的電流值減去改造后電動機的電流值產(chǎn)生的差值即給水泵變頻改造的節(jié)電值。根據(jù)公式計算出單位時間的節(jié)電量就是單位節(jié)電量(單位為功率的單位:kw)，再乘上給水泵運行的累計時間(單位為:小時)，就得出了某一時段內(nèi)該給水流量的節(jié)電量，把這一時段各個不同給水流量的節(jié)電量進行時間加權(quán)相加就是該時段總的節(jié)電量(單位:kW·h)

能耗基準(zhǔn):改造前對機組運行的各典型工況(鍋爐蒸發(fā)量)下的給水泵流量、給水壓力(作為參考值)、給水泵電機電流功率記錄，并對計算功率按照各負荷段的給水泵流量325(310~340)t/h、290(285~310)t/h、270(265~285)t/h、(250)235~265 t/h、(220)205~235 t/h、(190)175~205 t/h等6個段進行平均計算，得出各段對應(yīng)給水流量下的給水泵運行功率(單位:kW)分別為:P1、P2、......、P6。

改造后的能耗計量:改造完成后對機組運行的各典型工況(鍋爐蒸發(fā)量)下的給水泵、給水壓力(作為參考值)、給水泵電機電流功率記錄，并對計算功率按照各負荷段鍋爐給水流量6個段進行平均計算，得出各段對應(yīng)給水流量下的給水泵運行功率(單位:kW)分別為:p1、P2、…、P6

節(jié)能量計算:采用各負荷段鍋爐給水流量6個點的節(jié)能量，各段對應(yīng)給水流量下的節(jié)能量(改造完成后經(jīng)過試驗確定)分別為:W=P1-p1、W-P2-p2、…、W6P6P6，作為機組各負荷段下給水泵的單位時間節(jié)電量。

在改造完成后的分享期內(nèi)根據(jù)DCS系統(tǒng)的運行記錄，取得機組運行中對應(yīng)各負荷段(鍋爐蒸發(fā)量)的各典型工況下運行時間的

累計差值(累計分辨率為1分鐘或5分鐘或10分鐘或其他間隔，視DCS系統(tǒng)容量確定)計時累計時間分別為T1、T2、…、T6(單位換算為小時)，則某計量周期內(nèi)的改造設(shè)備運行的節(jié)電量(單位:kW·h)W的計算如下:

則節(jié)約耗電量(單位:kW·h)計算公式如下:

W=W,xT +W?xT?+.....+WxT

若計算電價為m元/kW·h為準(zhǔn)，分享期節(jié)電效益E(單位:元)的計算公式如下:

E=m xW

(4)項目年節(jié)能量。

項目年節(jié)電約1140萬kW·h，按照電廠2012年前11個月平均供電煤耗334g/kW·h計算，折合標(biāo)煤3810噸

2.節(jié)能效益

按照電廠上網(wǎng)電價0.2886元/kW·h計算，每年可產(chǎn)生經(jīng)濟效益329萬元。

五、商業(yè)模式

采用節(jié)能效益分享型的合同能源管理模式，對寧夏發(fā)電集團馬蓮臺電廠(業(yè)主)進行1號機組電泵變頻改造節(jié)能(一期)，業(yè)主將節(jié)能改造后節(jié)省的能源費用與廣州智光節(jié)能有限公司(節(jié)能服務(wù)公司)分享，節(jié)能服務(wù)公司通過分享節(jié)能效益的方式收回節(jié)能改造投資。業(yè)主按季度支付節(jié)能服務(wù)公司節(jié)能效益，合同期滿后，所有設(shè)備和節(jié)能效益均歸業(yè)主所有。

六、融資渠道

該項目的資金來源全部為節(jié)能服務(wù)公司自有資金。投資額為1330.15萬元。