1 引言

　　一次能源是不可再生的國(guó)家資源，節(jié)約是國(guó)家的基本國(guó)策。節(jié)能降耗則是國(guó)家的長(zhǎng)遠(yuǎn)方針。溫家寶總理2006年3月5日在全國(guó)人民代表大會(huì)第四次會(huì)議政府工作報(bào)告中提出：“2006年國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的主要預(yù)期目標(biāo)是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值增長(zhǎng)8%左右，單位國(guó)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(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值能源消耗降低20%。火電廠是生產(chǎn)供應(yīng)電能的重要企業(yè)，同時(shí)又是電能消耗較大的企業(yè)。對(duì)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(gè)可觀的數(shù)字。

　　2 全國(guó)火電廠廠用電率降低20%的意義

　　全國(guó)火電廠廠用電率降低20%，就相當(dāng)于新增6200mw裝機(jī)容量，節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤1300萬t。

　　近年來設(shè)計(jì)建設(shè)的發(fā)電工程與老舊機(jī)組比應(yīng)該是更先進(jìn)更節(jié)能的,應(yīng)該是代表我國(guó)當(dāng)前機(jī)組的先進(jìn)水平的。初步統(tǒng)計(jì)300mw-600mw機(jī)組設(shè)計(jì)廠用電率在6～7%,200mw及以下機(jī)組一般在7～8%,老舊機(jī)組廠用電率一般高于8～9%,2005年末我國(guó)裝機(jī)容量已達(dá)到5億kw（摘自2005年12月30日經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)）,其中水電機(jī)組1億kw,火電機(jī)組4億kw,火電機(jī)組中300mw以上機(jī)組占42%,300mw以下機(jī)組為58%,若300mw以上機(jī)組廠用率平均按6.5%,300mw以下機(jī)組廠用電率平均按8.5%計(jì),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(dāng)于新增6200mw裝機(jī)容量。新建300-600mw機(jī)組造價(jià)平均按3800元/kw計(jì),可折合人民幣240億元。可見,如能將全國(guó)火電機(jī)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(dāng)于新增6200mw裝機(jī)容量（2004年全國(guó)平均供電煤耗為387g/kw。這里以380g/kw計(jì),節(jié)約620萬kw則年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤1300萬t）,也就相當(dāng)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(jī)電設(shè)備等。

　　3 火力發(fā)電廠輔機(jī)節(jié)能分析

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

　　縱觀火力發(fā)電廠輔機(jī)，不外有兩種狀態(tài)，一是需要調(diào)節(jié)的風(fēng)機(jī)、泵類平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載（送、引風(fēng)機(jī)，凝結(jié)水泵等），一是不需要調(diào)節(jié)的恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載（如球磨機(jī)、輸煤皮帶等）。當(dāng)前國(guó)內(nèi)運(yùn)行中和新建、在建中的火力發(fā)電廠，除個(gè)別輔機(jī)采用了液力耦合器（與先進(jìn)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(jī)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(jī)、水泵特性曲線為不變的條件下,改變風(fēng)機(jī)、水泵出口門(或入口的門)進(jìn)行調(diào)節(jié),即改變管道特性曲線進(jìn)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(jìn)行調(diào)節(jié)的。由于風(fēng)機(jī)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(dòng)機(jī)的功耗為：n=(n/n0)3n0

　　式中： n0 —額定轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)的實(shí)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(duì)應(yīng)n轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)的實(shí)際耗電量。
　　變頻調(diào)節(jié)時(shí)的節(jié)電量為：
　　δn=n0-(n/n0)3n0
　　變頻調(diào)節(jié)時(shí)節(jié)電量用百分?jǐn)?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(diǎn)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(jī)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(diǎn)就是節(jié)能。要實(shí)現(xiàn)火電廠的節(jié)能降耗，對(duì)老舊機(jī)組來說，就是對(duì)輔機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速改造，對(duì)新建擴(kuò)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(shí)的耗電量，o,h1′,m1′,q1圍成的面積是變速到n1=950r/min對(duì)應(yīng)流量為q1時(shí)的耗電量。

　　4 火電廠各類輔機(jī)變頻調(diào)節(jié)方案簡(jiǎn)介

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

　　這類風(fēng)機(jī)的運(yùn)行方式都是連續(xù)的，不間斷的，隨負(fù)荷的變化要經(jīng)常進(jìn)行調(diào)整的，其調(diào)節(jié)頻率是頻繁的。這一運(yùn)行方式就要求所采用的變頻器應(yīng)具有瞬停再啟動(dòng)功能和飛車啟動(dòng)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(dòng)工頻旁路方案如圖3所示。

圖3 一拖一手動(dòng)工頻旁路方案

　　（3）一拖一自動(dòng)工頻旁路方案如圖4所示。

圖4 一拖一自動(dòng)方案

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

　　4.2 汽機(jī)給水泵，凝結(jié)水泵等

　　這類水泵一般均按機(jī)組容量選配為100%額定容量?jī)膳_(tái)，或50%額定容量三臺(tái)。其運(yùn)行方式是一運(yùn)一備或兩運(yùn)一備，運(yùn)行中需要根據(jù)負(fù)荷進(jìn)行頻繁調(diào)節(jié)，根據(jù)這一運(yùn)行特點(diǎn)則要求所采用的變頻器具有瞬停再啟動(dòng)功能、飛車啟動(dòng)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(dòng)切換一拖二方案

　?。?）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(diǎn)是回路簡(jiǎn)單不需要進(jìn)行切換，每臺(tái)泵都可變頻運(yùn)行，缺點(diǎn)是每臺(tái)泵都需要裝一臺(tái)變頻器，初投資較高；方案二的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省一臺(tái)變頻器，節(jié)省投資，采用一臺(tái)變頻器通過切換每臺(tái)泵都能變頻運(yùn)行，其缺點(diǎn)是回路較復(fù)雜；方案三的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省兩臺(tái)變頻器，節(jié)省投資，采用一臺(tái)變頻器通過切換，每臺(tái)泵都能變頻運(yùn)行，其缺點(diǎn)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(yùn)行方式，根據(jù)負(fù)荷需要運(yùn)行一臺(tái)或兩臺(tái)，另一臺(tái)備用。這種母管制的系統(tǒng)無論幾臺(tái)泵都不需要一拖一安裝變頻器，只裝一臺(tái)變頻器就足夠了，一臺(tái)運(yùn)行時(shí)變頻運(yùn)行，兩臺(tái)運(yùn)行時(shí)一臺(tái)工頻運(yùn)行，一臺(tái)變頻運(yùn)行，由變頻泵進(jìn)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(qǐng)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(bǔ)水泵、除鹽水泵、疏水泵、補(bǔ)水泵等

　　這類水泵無論裝有幾臺(tái)，均可采用一臺(tái)變頻器選用一變兩定。一臺(tái)運(yùn)行時(shí)變頻器運(yùn)行時(shí)（如圖7所示，兩臺(tái)運(yùn)行時(shí)一變一定運(yùn)行)或循環(huán)軟啟動(dòng)接線方式，如圖8所示。一臺(tái)運(yùn)行時(shí)變頻運(yùn)行，變頻泵達(dá)到滿出力時(shí)自動(dòng)切換到工頻運(yùn)行，然后變頻啟動(dòng)另一臺(tái)泵，變頻調(diào)節(jié)運(yùn)行，一般可取壓力或水位做反饋信號(hào)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)控制。

圖7 一變兩定方案

圖8 循環(huán)軟啟動(dòng)方案

　　4.5 低加疏水泵、加藥泵、儀表空氣壓縮機(jī)、空氣壓縮機(jī)等

　　這類泵和壓縮機(jī)宜采用一拖一變頻調(diào)節(jié)方式。

　　4.6 輸煤葉輪給煤機(jī)、鍋爐給煤機(jī)、給粉機(jī)等

　　這類機(jī)械屬于恒轉(zhuǎn)矩機(jī)械,應(yīng)采用啟動(dòng)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(dòng)機(jī)電壓選擇的商榷

　　《火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》中規(guī)定“當(dāng)高壓廠用電壓為6kv 1級(jí)時(shí)，200kw以上的電動(dòng)機(jī)可采用6kv；200kw以下宜采用380v。200kw左右的電動(dòng)機(jī)可按工程的具體情況確定?！庇需b于此，當(dāng)前運(yùn)行中的火力發(fā)電廠和新建擴(kuò)建火力發(fā)電廠的200kw及以上電動(dòng)機(jī)均采用6kv；200kw以下電動(dòng)機(jī)均采用380v。這一規(guī)定按制訂《火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》時(shí)的情況和條件，無疑是恰當(dāng)?shù)?；但從?dāng)前國(guó)家提出降低能耗20%及應(yīng)用變頻器降低火電廠輔機(jī)單耗的實(shí)際出發(fā)，值得商榷。在變頻器應(yīng)用實(shí)踐中，以200kw為例高壓變頻器是低壓變頻器價(jià)格的2～3倍，高壓電動(dòng)機(jī)造價(jià)是低壓電動(dòng)機(jī)造價(jià)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(jià)。有鑒于此，可否在今后工程設(shè)計(jì)中，將電壓選擇改為:“當(dāng)高壓廠用電壓6kv 1級(jí)時(shí)，630kw以上的電動(dòng)機(jī)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(jià)。

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

　　變頻調(diào)速技術(shù)是當(dāng)代先進(jìn)、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(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，對(duì)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(rèn)識(shí)歸認(rèn)識(shí)，應(yīng)用歸應(yīng)用階段。其關(guān)鍵是資金問題。對(duì)生產(chǎn)改造來說是技改資金問題；對(duì)新建擴(kuò)建工程來說是控制千瓦造價(jià)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(xiàng)目必須同步建設(shè)的高度，問題就好解決了。對(duì)待節(jié)能降耗也能像對(duì)待環(huán)保那樣實(shí)行“三同時(shí)”方針，國(guó)家、政府、行業(yè)、設(shè)計(jì)、企業(yè)層層認(rèn)真落實(shí)，“十一五”期間能源消耗降低20％左右的目標(biāo)是能夠?qū)崿F(xiàn)的。

　　國(guó)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(jìn)行系統(tǒng)而有效的更新改造?！稗r(nóng)網(wǎng)”、“城網(wǎng)”改造實(shí)踐證明這一舉措是行之有效的。

　　7 結(jié)束語　

　　對(duì)新建擴(kuò)建火力發(fā)電廠則應(yīng)從設(shè)計(jì)上加以控制，其辦法是由國(guó)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(kuò)建機(jī)組，其廠用電率都要比運(yùn)行中的相同容量機(jī)組的廠用電率降低20%”。這樣，千瓦造價(jià)增加2～3%,用于更新改造就足夠了。經(jīng)驗(yàn)證明初投資增加部分，在投產(chǎn)后2-3年內(nèi)即可收回。