1 引言

　　一次能源是不可再生的國家資源，節(jié)約是國家的基本國策。節(jié)能降耗則是國家的長遠方針。溫家寶總理2006年3月5日在全國人民代表大會第四次會議政府工作報告中提出：“2006年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的主要預(yù)期目標是國內(nèi)生產(chǎn)總值增長8%左右，單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗降低4%左右”?！笆晃濉币?guī)劃《綱要(草案)》提出了“十一五”期間單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能源消耗降低20%?；痣姀S是生產(chǎn)供應(yīng)電能的重要企業(yè)，同時又是電能消耗較大的企業(yè)。對發(fā)電企業(yè)說來，降低能源消耗20%，包含著發(fā)電煤耗和廠用電率兩部分。這里發(fā)電煤耗姑且不論，廠用電率降低20%也是個可觀的數(shù)字。

　　2 全國火電廠廠用電率降低20%的意義

　　全國火電廠廠用電率降低20%，就相當于新增6200mw裝機容量，節(jié)約標準煤1300萬t。

　　近年來設(shè)計建設(shè)的發(fā)電工程與老舊機組比應(yīng)該是更先進更節(jié)能的,應(yīng)該是代表我國當前機組的先進水平的。初步統(tǒng)計300mw-600mw機組設(shè)計廠用電率在6～7%,200mw及以下機組一般在7～8%,老舊機組廠用電率一般高于8～9%,2005年末我國裝機容量已達到5億kw（摘自2005年12月30日經(jīng)濟日報）,其中水電機組1億kw,火電機組4億kw,火電機組中300mw以上機組占42%,300mw以下機組為58%,若300mw以上機組廠用率平均按6.5%,300mw以下機組廠用電率平均按8.5%計,則平均廠用電率為7.7%,其廠用電為3100萬kw,若按照“十一五”規(guī)劃《綱要(草案)》要求能源消耗降低20%（7.7%×20%=1.54%）,則可節(jié)約6200mw,相當于新增6200mw裝機容量。新建300-600mw機組造價平均按3800元/kw計,可折合人民幣240億元。可見,如能將全國火電機組的廠用電率,在原有基礎(chǔ)上降低1.54%（從7.7%降到6.16%）,就相當于新增6200mw裝機容量（2004年全國平均供電煤耗為387g/kw。這里以380g/kw計,節(jié)約620萬kw則年節(jié)約標準煤1300萬t）,也就相當于節(jié)約240億元投資,相應(yīng)地降低了土地占用及相應(yīng)的煤、電消耗,也相應(yīng)地降低水資源和相應(yīng)的材料、機電設(shè)備等。

　　3 火力發(fā)電廠輔機節(jié)能分析

　　火力發(fā)電廠輔機很多，6.5～8.5%的自用電量都是這些輔機消耗的。如果抓住了輔機的節(jié)能降耗，降低了每臺輔機的單耗就達到了節(jié)能降耗的目的。

　　縱觀火力發(fā)電廠輔機，不外有兩種狀態(tài)，一是需要調(diào)節(jié)的風(fēng)機、泵類平方轉(zhuǎn)矩負載（送、引風(fēng)機，凝結(jié)水泵等），一是不需要調(diào)節(jié)的恒轉(zhuǎn)矩負載（如球磨機、輸煤皮帶等）。當前國內(nèi)運行中和新建、在建中的火力發(fā)電廠，除個別輔機采用了液力耦合器（與先進的變頻調(diào)速比較液力耦合器也屬于高能耗設(shè)備）或極少數(shù)輔機采用了變頻器調(diào)節(jié)外，大多沿用著應(yīng)加快淘汰的高耗能（節(jié)流調(diào)節(jié)）工藝和設(shè)備。

　　節(jié)流調(diào)節(jié)是在風(fēng)機、水泵特性曲線為不變的條件下,改變風(fēng)機、水泵出口門(或入口的門)進行調(diào)節(jié),即改變管道特性曲線進行調(diào)節(jié),這一調(diào)節(jié)方式的損耗是很大的。

　　變頻調(diào)節(jié)是在管道特性不變的條件下，通過改變轉(zhuǎn)速而改變特性曲線，來進行調(diào)節(jié)的。由于風(fēng)機和水泵的耗電量是和其轉(zhuǎn)速的三次方成正比的，所以其節(jié)電量是很可觀的。由相似定律知，采用變頻調(diào)節(jié)的電動機的功耗為：n=(n/n0)3n0

　　式中： n0 —額定轉(zhuǎn)數(shù)時的實際耗電量；
　　n0 —額定轉(zhuǎn)數(shù)；
　　n —調(diào)節(jié)后的轉(zhuǎn)數(shù)；
　　n —調(diào)節(jié)后對應(yīng)n轉(zhuǎn)數(shù)時的實際耗電量。
　　變頻調(diào)節(jié)時的節(jié)電量為：
　　δn=n0-(n/n0)3n0
　　變頻調(diào)節(jié)時節(jié)電量用百分數(shù)表示則為：
　　δn%=(1-n3/n03)×100%

　　由上式,若轉(zhuǎn)速較額定轉(zhuǎn)速下降到90%,則δn%=27.1% 下降到80%，則δn%=48.4%，可見，變頻調(diào)節(jié)的節(jié)電率是很高的，這一點從節(jié)流調(diào)節(jié)與變頻調(diào)節(jié)的特性曲線上也可以得到證明，如圖1所示。

圖1 風(fēng)機水泵特性曲線

　　通過上述分析，可以證明，變速調(diào)節(jié)的優(yōu)點就是節(jié)能。要實現(xiàn)火電廠的節(jié)能降耗，對老舊機組來說，就是對輔機進行變頻調(diào)速改造，對新建擴建電廠來說，就是要采用變頻調(diào)節(jié)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的調(diào)節(jié)方式。

　　o,h0,m0,q0圍成的面積是額定工況(n=1440r/min)下的耗電量，o,h1,m1,q1圍成的面積為節(jié)流調(diào)節(jié)流量到q1時的耗電量，o,h1′,m1′,q1圍成的面積是變速到n1=950r/min對應(yīng)流量為q1時的耗電量。

　　4 火電廠各類輔機變頻調(diào)節(jié)方案簡介

　　4.1 鍋爐吸風(fēng)機、送風(fēng)機、排粉機、一次風(fēng)機、煙氣再循環(huán)風(fēng)機等

　　這類風(fēng)機的運行方式都是連續(xù)的，不間斷的，隨負荷的變化要經(jīng)常進行調(diào)整的，其調(diào)節(jié)頻率是頻繁的。這一運行方式就要求所采用的變頻器應(yīng)具有瞬停再啟動功能和飛車啟動功能。其變頻調(diào)節(jié)方式有三種方案：

　?。?）一拖一無工頻旁路方案，如見圖2所示。

圖2 一拖一方案

　?。?）一拖一手動工頻旁路方案如圖3所示。

圖3 一拖一手動工頻旁路方案

　　（3）一拖一自動工頻旁路方案如圖4所示。

圖4 一拖一自動方案

上述方案一的優(yōu)點是回路簡單,缺點是萬一變頻故障將影響風(fēng)機停運;方案二的優(yōu)點是萬一變頻器故障可切換到工頻運行,但其缺點是必須降低鍋爐出力,停止風(fēng)機運行進行切換,切換后再工頻啟動運行;方案三的優(yōu)點是可以在運行中進行變頻與工頻的互切,完全適應(yīng)風(fēng)機運行方式需要。

　　4.2 汽機給水泵，凝結(jié)水泵等

　　這類水泵一般均按機組容量選配為100%額定容量兩臺，或50%額定容量三臺。其運行方式是一運一備或兩運一備，運行中需要根據(jù)負荷進行頻繁調(diào)節(jié)，根據(jù)這一運行特點則要求所采用的變頻器具有瞬停再啟動功能、飛車啟動功能和工變頻互切功能。其變頻調(diào)節(jié)方式有三種方案：

　?。?）一拖一方案（參見圖2）。

　?。?）一拖二方案如圖5所示。

圖5 自動切換一拖二方案

　　（3）一拖三方案如圖6所示。

圖6 一拖三方案

　　上述方案一的優(yōu)點是回路簡單不需要進行切換，每臺泵都可變頻運行，缺點是每臺泵都需要裝一臺變頻器，初投資較高；方案二的優(yōu)點是節(jié)省一臺變頻器，節(jié)省投資，采用一臺變頻器通過切換每臺泵都能變頻運行，其缺點是回路較復(fù)雜；方案三的優(yōu)點是節(jié)省兩臺變頻器，節(jié)省投資，采用一臺變頻器通過切換，每臺泵都能變頻運行，其缺點是回路較復(fù)雜。

　　4.3 灰漿泵、循環(huán)水泵、熱網(wǎng)循環(huán)水泵等

　　這類水泵一般都屬并列運行方式，根據(jù)負荷需要運行一臺或兩臺，另一臺備用。這種母管制的系統(tǒng)無論幾臺泵都不需要一拖一安裝變頻器，只裝一臺變頻器就足夠了，一臺運行時變頻運行，兩臺運行時一臺工頻運行，一臺變頻運行，由變頻泵進行調(diào)節(jié)。其結(jié)線方式可選用一拖二方案或一拖三方案（其結(jié)構(gòu)和圖5、圖6相似，請參見圖5和圖6）。

　　4.4 水泵、生活消防水泵、中間水泵、熱網(wǎng)補水泵、除鹽水泵、疏水泵、補水泵等

　　這類水泵無論裝有幾臺，均可采用一臺變頻器選用一變兩定。一臺運行時變頻器運行時（如圖7所示，兩臺運行時一變一定運行)或循環(huán)軟啟動接線方式，如圖8所示。一臺運行時變頻運行，變頻泵達到滿出力時自動切換到工頻運行，然后變頻啟動另一臺泵，變頻調(diào)節(jié)運行，一般可取壓力或水位做反饋信號實現(xiàn)閉環(huán)自動控制。

圖7 一變兩定方案

圖8 循環(huán)軟啟動方案

　　4.5 低加疏水泵、加藥泵、儀表空氣壓縮機、空氣壓縮機等

　　這類泵和壓縮機宜采用一拖一變頻調(diào)節(jié)方式。

　　4.6 輸煤葉輪給煤機、鍋爐給煤機、給粉機等

　　這類機械屬于恒轉(zhuǎn)矩機械,應(yīng)采用啟動轉(zhuǎn)矩較大的變頻器,一拖一變頻調(diào)速控制。

　　5 火力發(fā)電廠廠用電動機電壓選擇的商榷

　　《火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計技術(shù)規(guī)定》中規(guī)定“當高壓廠用電壓為6kv 1級時，200kw以上的電動機可采用6kv；200kw以下宜采用380v。200kw左右的電動機可按工程的具體情況確定?！庇需b于此，當前運行中的火力發(fā)電廠和新建擴建火力發(fā)電廠的200kw及以上電動機均采用6kv；200kw以下電動機均采用380v。這一規(guī)定按制訂《火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計技術(shù)規(guī)定》時的情況和條件，無疑是恰當?shù)?；但從當前國家提出降低能?0%及應(yīng)用變頻器降低火電廠輔機單耗的實際出發(fā)，值得商榷。在變頻器應(yīng)用實踐中，以200kw為例高壓變頻器是低壓變頻器價格的2～3倍，高壓電動機造價是低壓電動機造價的兩倍。其高壓開關(guān)柜也高于低壓開關(guān)柜的兩倍。因此，以200kw分界無疑增加了工程造價。有鑒于此，可否在今后工程設(shè)計中，將電壓選擇改為:“當高壓廠用電壓6kv 1級時，630kw以上的電動機可采用6kv；630kw以下宜采用380v。這一選擇既有利于推廣應(yīng)用變頻器，又有利于降低工程造價。

　　6 實現(xiàn)變頻技術(shù)改造節(jié)能降耗的關(guān)鍵是落實技改資金

　　變頻調(diào)速技術(shù)是當代先進、可靠、節(jié)能的調(diào)節(jié)方式；采用變頻器能夠大力降低火電廠廠用電率，實現(xiàn)節(jié)能降耗，對此人們是毫不懷疑的；但變頻器的推廣應(yīng)用特別是高壓大功率變頻器的推廣應(yīng)用，尚處于認識歸認識，應(yīng)用歸應(yīng)用階段。其關(guān)鍵是資金問題。對生產(chǎn)改造來說是技改資金問題；對新建擴建工程來說是控制千瓦造價問題。歸根結(jié)底是資金問題。如果把節(jié)能降耗提高到環(huán)保的高度，如除塵、脫硫項目必須同步建設(shè)的高度，問題就好解決了。對待節(jié)能降耗也能像對待環(huán)保那樣實行“三同時”方針，國家、政府、行業(yè)、設(shè)計、企業(yè)層層認真落實，“十一五”期間能源消耗降低20％左右的目標是能夠?qū)崿F(xiàn)的。

　　國家有關(guān)部門應(yīng)制定相應(yīng)政策，像“農(nóng)網(wǎng)”和“城網(wǎng)”改造那樣，為火力發(fā)電企業(yè)安排節(jié)能改造貸款，分期攤?cè)氤杀?，這樣有資金保證才能進行系統(tǒng)而有效的更新改造?！稗r(nóng)網(wǎng)”、“城網(wǎng)”改造實踐證明這一舉措是行之有效的。

　　7 結(jié)束語　

　　對新建擴建火力發(fā)電廠則應(yīng)從設(shè)計上加以控制，其辦法是由國家相應(yīng)部門做出法制性規(guī)定：“在“十一五”期間投產(chǎn)的新建擴建機組，其廠用電率都要比運行中的相同容量機組的廠用電率降低20%”。這樣，千瓦造價增加2～3%,用于更新改造就足夠了。經(jīng)驗證明初投資增加部分，在投產(chǎn)后2-3年內(nèi)即可收回。