1 000 MW直接空冷機(jī)組凝結(jié)水泵配置方案探討

胡訓(xùn)棟，曲 寧，高振寶

（山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟(jì)南 250013）

0 引言

隨著國家節(jié)能減排的要求，一批高參數(shù)、大容量發(fā)電機(jī)組陸續(xù)開展前期工作，一些汽機(jī)輔助設(shè)備選型的重要性也凸顯出來，其經(jīng)濟(jì)性和可靠性是選擇的主要依據(jù)。

凝結(jié)水泵（以下簡稱凝泵）作用是將汽輪機(jī)凝汽器（空冷機(jī)組為排汽裝置）內(nèi)的凝結(jié)水升壓送至除氧器，并向汽機(jī)房內(nèi)一些減溫器提供減溫水。作為凝結(jié)水系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備和電廠的重要輔機(jī)，在凝結(jié)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，其合理配置是優(yōu)化凝結(jié)水系統(tǒng)的關(guān)鍵。

1 國內(nèi)外1 000 MW機(jī)組凝泵配置概況

目前，我國1 000 MW超超臨界機(jī)組的建設(shè)正處于發(fā)展階段，其中凝結(jié)水泵配置大體分為兩種，2×100%容量和 3×50%容量。

由于凝結(jié)水系統(tǒng)的容量為2 100～2 400 t/h，凝泵的揚(yáng)程為310～330 mH20，國內(nèi)已經(jīng)投運(yùn)的機(jī)組中，按2×100%容量設(shè)置的凝泵，除華能金陵電廠采用國產(chǎn)沈陽透平機(jī)械股份有限公司（以下簡稱沈陽水泵）的4臺凝泵外，其它均采用進(jìn)口設(shè)備。目前火電項(xiàng)目中，沈陽水泵廠還擁有江蘇常熟電廠4臺泵的訂貨業(yè)績，上海KSB泵有限公司（以下簡稱上海KSB）有遼寧紅沿河核電廠、福建寧德核電廠、浙江方家山核電廠、華潤電力湖北有限公司二期工程蒲圻電廠等38臺泵訂貨業(yè)績，荏原博泵有浙江嘉祥2臺泵訂貨業(yè)績，但是這些都還沒有投運(yùn)。

對于3×50%容量設(shè)置的凝泵，由于單泵容量低于600 MW機(jī)組2×100%容量設(shè)置的凝泵，揚(yáng)程基本相當(dāng)，選用的均是國產(chǎn)設(shè)備。國內(nèi)凝結(jié)水泵廠商有沈陽水泵、上海KSB、長沙水泵廠等。這3家國內(nèi)廠商均有600 MW機(jī)組100%容量凝結(jié)水泵的訂貨或運(yùn)行業(yè)績，而對1 000 MW機(jī)組50%容量的凝結(jié)水泵也有較多的訂貨或運(yùn)行業(yè)績。

國外1 000 MW等級的機(jī)組主要集中在歐洲和日本。配置除上述以外，增加2×50%容量配置，廠家主要有SULZER、KSB、EBARA（荏原制作所）等。外高橋電廠三期、華能玉環(huán)電廠等國內(nèi)1 000 MW機(jī)組均采用SULZER的2×100%凝泵。國內(nèi)外1 000 MW機(jī)組凝泵配置情況見表1。

2 凝泵配置方案比較

結(jié)合上述國內(nèi)外已投運(yùn)的1 000 MW機(jī)組的具體情況，對本工程凝泵的設(shè)置按以下三種方案進(jìn)行討論比較。

表1 國內(nèi)外1 000 MW機(jī)組凝泵配置情況表

方案一：2×100%（帶一臺變頻器）

方案二：3×50%（帶兩臺變頻器）

方案三：3×50%（不帶變頻器）

2.1 技術(shù)特點(diǎn)比較

方案一。每臺機(jī)組配置2臺100%流量的凝結(jié)水泵，配一套變頻器，采用一拖二運(yùn)行。正常運(yùn)行時(shí)，1臺泵運(yùn)行，1臺泵備用，當(dāng)運(yùn)行泵故障或檢修時(shí)，變頻器通過切換開關(guān)切換至備用泵。凝結(jié)水主管路上的調(diào)節(jié)閥不能取消，作為變頻器故障或檢修時(shí)的備用調(diào)節(jié)手段。此方案優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)調(diào)節(jié)靈活簡單方便。缺點(diǎn)一是需要單獨(dú)設(shè)置變頻器房間，二是保留凝結(jié)水主管路的調(diào)節(jié)閥，意味著凝結(jié)水泵揚(yáng)程計(jì)算時(shí)需要計(jì)入調(diào)節(jié)閥的節(jié)流損失，使得凝結(jié)水泵的揚(yáng)程和電機(jī)容量選擇偏大，影響到運(yùn)行效率和電機(jī)價(jià)格。

方案二。每臺機(jī)組配置3臺50%流量的凝結(jié)水泵，配兩套變頻器，采用1號變頻器與1、2號凝結(jié)水泵的電機(jī)設(shè)計(jì)為一拖二的運(yùn)行模式；2號變頻器與3號凝結(jié)水泵的電機(jī)設(shè)計(jì)為一拖一運(yùn)行模式。正常運(yùn)行時(shí)，1、3號泵或2、3號泵變頻調(diào)節(jié)運(yùn)行。負(fù)荷小于等于55%時(shí)，3臺泵任何1臺都可單獨(dú)變頻運(yùn)行。當(dāng)任何1臺變頻器故障時(shí)，不推薦1臺泵工頻運(yùn)行1臺泵變頻運(yùn)行，因?yàn)槟Y(jié)水流量的調(diào)節(jié)難度大，易出現(xiàn)工頻泵和變頻泵無法并列運(yùn)行的情況，且調(diào)速運(yùn)行的范圍很窄［1］。故推薦保留凝結(jié)水主管路上的調(diào)節(jié)閥，作為變頻器故障或檢修時(shí)的備用調(diào)節(jié)手段。此方案優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)調(diào)節(jié)比較靈活方便，運(yùn)行的安全可靠性較高。缺點(diǎn)：需要單獨(dú)設(shè)置變頻器房間，且設(shè)備數(shù)量多，占地面積大；需要保留凝結(jié)水主管路的調(diào)節(jié)閥，凝結(jié)水泵揚(yáng)程需計(jì)入調(diào)節(jié)閥的節(jié)流損失，使得凝結(jié)水泵的揚(yáng)程和電機(jī)容量選擇偏大，影響到運(yùn)行效率和電機(jī)價(jià)格；初投資較大。

方案三。每臺機(jī)組配置3臺50%流量的凝結(jié)水泵，不配變頻器，采用定速運(yùn)行，通過主凝結(jié)水管路上的調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)流量。此方案的優(yōu)點(diǎn)是：系統(tǒng)簡單，運(yùn)行維護(hù)方便，由于不設(shè)變頻器，相對占地面積小、投資省；缺點(diǎn)是：通過傳統(tǒng)的節(jié)流調(diào)節(jié)來調(diào)節(jié)流量，效率低、能耗高。

2.2 初投資比較

對于上述三種配置方案，初投資的主要差別在于凝泵組及變頻器的價(jià)格差別。1臺機(jī)組的初投資經(jīng)濟(jì)比較見表2。

表2 凝泵各方案初投資比較表（按1臺機(jī)組）

從表2可以看出，三種配置方案中，方案二的初投資最高，方案三的初投資最省。

2.3 凝泵運(yùn)行費(fèi)用比較

考慮到凝泵不加變頻器，在負(fù)荷大幅降低的情況下，泵的耗電量依然很多，表3為1組某330MW電廠的實(shí)測數(shù)據(jù)［2］。

表3 某330MW電廠的實(shí)測凝泵耗電數(shù)據(jù)（1臺機(jī)組）

從表3可以看出，同為100%負(fù)荷，凝泵采用變頻的耗電量是采用定速的85%，主要原因在于凝泵電機(jī)是按選型工況選擇的，而選型工況流量和揚(yáng)程分別約是100%額定負(fù)荷的1.1倍，因此凝泵選型工況與100%額定負(fù)荷軸功率又差21%，電機(jī)功率差約20%。

從表3還可看出，在采用變頻泵時(shí)，與100%負(fù)荷相比，75%負(fù)荷時(shí)耗電量降低為50%，經(jīng)咨詢變頻器廠家，此值修正為53%；50%負(fù)荷時(shí)耗電量降低為30%。在采用定速泵時(shí)，與100%負(fù)荷相比，75%負(fù)荷時(shí)耗電量降低為93%，50%負(fù)荷時(shí)因方案二和方案三取50%流量泵，可按照1臺運(yùn)行考慮。

根據(jù)以上得出的凝泵在不同負(fù)荷變化時(shí)電機(jī)消耗電量之間關(guān)系的規(guī)律，可計(jì)算1臺機(jī)組的凝泵運(yùn)行費(fèi)用，見表4。

2.4 凝泵年費(fèi)比較

根據(jù)年費(fèi)用比較公式：

式中：A為年費(fèi)用；P為初投資；S為系統(tǒng)費(fèi)用，此處取0；R為年運(yùn)行費(fèi)；I為基準(zhǔn)收益率，取0.08；n為經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)年（國產(chǎn)變頻器取15 a，進(jìn)口變頻器取20 a，泵及其它取 20 a）。

注：經(jīng)咨詢，國產(chǎn)變頻器廠家的設(shè)計(jì)壽命為15 a，運(yùn)行壽命可達(dá)20 a，經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)年暫按15 a考慮；國外進(jìn)口變頻器（西門子）設(shè)計(jì)壽命20 a，運(yùn)行壽命30 a，經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)年暫按20 a考慮。1臺機(jī)組的凝泵年費(fèi)比較見表5。

3 結(jié)論

表4 凝泵運(yùn)行費(fèi)用比較表（按1臺機(jī)組）

表5 凝泵年費(fèi)比較表（按1臺機(jī)組）

費(fèi)用方面：盡管方案三的初投資較省，但是耗電量增大很多，年費(fèi)最高；方案二的耗電量與方案一差不多，但是初投資較多，年費(fèi)次之；方案一的年費(fèi)最少。

另外方案一相對于方案二和方案三來說，占地面積小。

變頻控制方面：方案一為一拖二控制，方案二為一拖一、一拖二組合控制，兩個方案都能在不影響機(jī)組運(yùn)行的前提下，實(shí)現(xiàn)變頻泵與工頻泵之間的安全切換，但方案一的控制較為簡單。

綜上所述，推薦1 000 MW機(jī)組凝結(jié)水泵配置方案為每臺機(jī)組選用方案一（2×100%容量凝結(jié)水泵加一臺變頻器）。