火電廠200MW機(jī)組給水泵改造的研究與實(shí)施方案

劉 琪

（河南電力實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司，河南 鄭州 450052）

1 引言

近期國(guó)家在《能源發(fā)展“十一五”規(guī)劃》中強(qiáng)調(diào)，電力工業(yè)的節(jié)能降耗是一項(xiàng)十分突出的重要工作， 技術(shù)改造措施與效果對(duì)節(jié)能降耗成果的影響非常顯著， 發(fā)電行業(yè)制定了具體目標(biāo)：到2010年，要使全國(guó)火電廠平均廠用電率由5.9%下降到4.5%。 國(guó)產(chǎn)200MW 機(jī)組所配置的鍋爐富裕蒸汽量較大，將電動(dòng)給水泵改為汽動(dòng)給水泵，利用鍋爐富裕蒸汽驅(qū)動(dòng)給水泵，增加了該機(jī)組供電量，相當(dāng)于主機(jī)增容，并且降低了廠用電率，是較好的提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的方法，也是實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的有效措施。

河南省地處中原，交通便利、煤炭資源豐富，為全國(guó)的火電基地。自70年代以來(lái)，陸續(xù)興建了一批國(guó)產(chǎn)200MW 機(jī)組并且大部分都進(jìn)行了汽機(jī)通流改造。 受有關(guān)電廠委托，我公司曾先后承接了數(shù)個(gè)該類型機(jī)組電動(dòng)給水泵改汽動(dòng)給水泵技術(shù)改造工程項(xiàng)目的可行性研究及實(shí)施方案的咨詢工作， 本文將結(jié)合某電廠具體實(shí)例，對(duì)有關(guān)內(nèi)容進(jìn)行綜合論述。

2 概述

2.1 某電廠#1 機(jī)組現(xiàn)狀

該廠#1 機(jī)組系東方汽輪機(jī)廠制造的超高壓、 一次中間再熱、三缸三排汽、凝汽式汽輪機(jī)，于1979年11月投產(chǎn)并于2001年進(jìn)行了汽輪機(jī)全通流部分的技術(shù)改造， 通過了性能考核驗(yàn)收試驗(yàn)。 改造后額定功率為220MW，額定蒸汽量為647.4t/h，最大蒸汽量為670t/h。 鍋爐蒸發(fā)量為670t/h，說明鍋爐蒸發(fā)量仍有20余噸/時(shí)的裕量。 該機(jī)組現(xiàn)配套兩臺(tái)全容量的電動(dòng)定速給水泵和一臺(tái)全容量的電動(dòng)調(diào)速給水泵，機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，一臺(tái)電動(dòng)泵運(yùn)行，兩臺(tái)備用。

#1 汽輪機(jī)組的主要技術(shù)參數(shù)：型號(hào)為N220-12.7/535/535；型式為超高壓、一次中間再熱、三缸三排汽、凝汽式汽輪機(jī)；額定功率為220MW；額定蒸汽量為647.4t/h；最大蒸汽量為670t/h；機(jī)組熱耗為8 138.96kJ/（kW·h）（1 943.96kcal/（kW·h））。

高壓缸通流效率為85.13%， 中壓缸通流效率為92.6%，低壓缸效率經(jīng)修正后為88.18%，均達(dá)到了設(shè)計(jì)保證值。

2.2 #1 機(jī)組給水泵現(xiàn)狀

#1 機(jī)組現(xiàn)配套有兩臺(tái)全容量的DG680-180 型電動(dòng)定速給水泵和一臺(tái)全容量的電動(dòng)調(diào)速給水泵 （給水泵為DG750-180型），機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，一臺(tái)泵運(yùn)行，兩臺(tái)泵備用。

DG680-180 型給水泵的主要數(shù)據(jù)：給水流量為680t/h；揚(yáng)程為1 912m；軸功率為4 381kw；配套電機(jī)容量為4 600kw。

3 項(xiàng)目的提出和改造的必要性

3.1 項(xiàng)目的提出

國(guó)產(chǎn)200MW 機(jī)組設(shè)計(jì)于60年代， 采用的是前蘇聯(lián)60年代的技術(shù)，國(guó)產(chǎn)的200MW 機(jī)組在70年代初期開始在國(guó)內(nèi)投運(yùn)，目前投運(yùn)的近200 臺(tái)， 配置的鍋爐高壓給水泵為電動(dòng)定速給水泵和電動(dòng)調(diào)速給水泵兩種類型。 隨著電力體制改革的深化，電力供應(yīng)逐步市場(chǎng)化，在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)杠桿的調(diào)控下，“廠網(wǎng)分開、競(jìng)價(jià)上網(wǎng)”的改革方案將逐步實(shí)施，降低運(yùn)行成本是各電廠的主要工作任務(wù)。 降低發(fā)電煤耗，節(jié)約廠用電是降低運(yùn)行成本的主要手段，而原投產(chǎn)時(shí)使用的電動(dòng)給水泵是耗電主要設(shè)備， 一般占廠用電率的30%左右， 因此降低鍋爐給水泵的耗電率是降低廠用電的主要環(huán)節(jié)。 目前國(guó)內(nèi)已有多家電廠將鍋爐給水泵改造為汽動(dòng)給水泵，并取得了成功，廠用電率大幅度下降，給水泵運(yùn)行的可靠性得到了提高，為汽動(dòng)給水泵的改造提供了經(jīng)驗(yàn)和依據(jù)。

3.2 項(xiàng)目改造的必要性

隨著電網(wǎng)容量的日益增大，200MW 已是電網(wǎng)調(diào)峰的主要機(jī)組，依＃1 機(jī)組目前配置的給水泵則難以滿足調(diào)峰需求，應(yīng)將現(xiàn)有的定速泵改造為調(diào)速給水泵運(yùn)行方式， 即需將現(xiàn)有的兩臺(tái)定速泵中其中的一臺(tái)改為調(diào)速泵。 但由于電動(dòng)給水泵耗電量大，使廠用電率居高不下， 特別是電動(dòng)定速給水泵在機(jī)組調(diào)峰時(shí)不能調(diào)速運(yùn)行，耗電量更大，且不易調(diào)整。 另外，＃1 機(jī)組給水泵配用的增容電機(jī)容量較小，也影響給水泵組的安全啟動(dòng)和運(yùn)行，這樣的改造有可能需更換電機(jī)，其費(fèi)用也較高。 若利用鍋爐部分富裕蒸發(fā)量來(lái)驅(qū)動(dòng)汽動(dòng)給水泵且替代電動(dòng)給水泵， 可節(jié)約大量的廠用電，使機(jī)組供電量增加，相當(dāng)于主機(jī)增容，既增加單機(jī)供電能力， 同時(shí)又能適應(yīng)機(jī)組的調(diào)峰能力， 提高機(jī)組運(yùn)行的安全可靠性，因此，對(duì)＃1 機(jī)組給水泵進(jìn)行電動(dòng)改汽動(dòng)是十分必要的也是可行的。

4 項(xiàng)目改造方案的制定與實(shí)施

4.1 改造方案

擬將#1 機(jī)組一臺(tái)電動(dòng)定速給水泵改為一臺(tái)全容量的汽動(dòng)給水泵。 機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，一臺(tái)全容量的汽動(dòng)給水泵運(yùn)行，并有兩臺(tái)電動(dòng)泵作備用（已有設(shè)備）。 隨著運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的積累，也可考慮僅留一臺(tái)調(diào)速泵作備用和啟停機(jī)組用。

4.2 汽動(dòng)給水泵參數(shù)選擇原則

機(jī)組的額定流量（計(jì)及小汽機(jī)用汽）：658t/h。 鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)流量：670t/h。

給水泵參數(shù)的上限除了要滿足額定工況需要外，還要滿足鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量和最大工況的需要， 最大工況與額定工況的流量差即為泵的容量裕量。

電動(dòng)給水泵參數(shù)選擇原則是將機(jī)組最大工況時(shí)各項(xiàng)參數(shù)確定為額定參數(shù)。 當(dāng)機(jī)組處于額定工況運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)定速給水泵采用節(jié)流，電動(dòng)調(diào)速給水泵采用降低轉(zhuǎn)速適應(yīng)機(jī)組需要，這時(shí)不論在給水調(diào)節(jié)閥中， 還是在液力偶合器中均產(chǎn)生可觀的附加損失，損失約為泵額定功率的15-20%，220MW 機(jī)組給水泵的損失約為600-800kW。 泵留取的裕量越大，損失越多，這是電動(dòng)調(diào)速給水泵不可克服的缺點(diǎn)之一。

汽動(dòng)給水泵可以避免這一損失，當(dāng)機(jī)組由額定工況向MCR工況過渡時(shí)，小汽輪機(jī)的進(jìn)汽參數(shù)隨之上升，使產(chǎn)生的功率與給水泵耗功大致匹配，效率也維持不變，因而不會(huì)引起附加損失。對(duì)于機(jī)組的最大工況一般用下列方法滿足， 一種是將小汽輪機(jī)切換到高品位工作，另一種是使小汽輪機(jī)留有足夠的裕量。這些方式都要產(chǎn)生附加損失，但這種工況極為少見，因而對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性影響不大。

因此，汽動(dòng)給水泵的額定工況選在機(jī)組的額定工況，使泵與小汽輪機(jī)的組合效率最佳，以提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。

4.3 驅(qū)動(dòng)給水泵用小汽輪機(jī)的型式和初參數(shù)

小汽輪機(jī)選用冷凝式汽輪機(jī)，工作汽源考慮取自再熱后的中壓缸抽汽，一是可充分利用熱循環(huán)的好處，二是排汽不經(jīng)過低壓缸從而減少主機(jī)的余速損失。 小汽輪機(jī)的排汽采用直接排至主凝汽器的方式，以簡(jiǎn)化真空、凝結(jié)水和冷卻水系統(tǒng)。

小汽輪機(jī)工作汽源可供選擇的有主機(jī)3 段、4 段和5 段抽汽。 從主機(jī)熱經(jīng)濟(jì)性考慮，采用5 段抽汽較高，但由于抽汽參數(shù)較低，使得小汽輪機(jī)體積過大。 從舊機(jī)改造的實(shí)際情況出發(fā)，綜合考慮主機(jī)經(jīng)濟(jì)性、現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地、管道布置、小汽輪機(jī)設(shè)計(jì)等因數(shù)，選用3 段和4 段抽汽作為小汽輪機(jī)的工作汽源較為合適。 經(jīng)技術(shù)比較，本工程系統(tǒng)采用4 段抽汽作為汽源。

4.4 設(shè)備選型

4.4.1 給水泵選型

（1）上海電力修造總廠引進(jìn)英國(guó)Wier 泵技術(shù)生產(chǎn)的DG750-180（FK6F32）型鍋爐給水泵。（2）上海水泵總廠及沈陽(yáng)水泵廠生產(chǎn)的KSB 型鍋爐給水泵。 （3）北京電力設(shè)備總廠引進(jìn)法國(guó)蘇爾壽技術(shù)生產(chǎn)的HPTmk200-320-6S 型給水泵。

4.4.2 驅(qū)動(dòng)給水泵用小汽輪機(jī)的選型

（1）北京電力設(shè)備總廠生產(chǎn)的配套汽輪機(jī)（GT03A 型凝汽式汽輪機(jī)）。 （2）杭州汽輪機(jī)廠采用西門子技術(shù)生產(chǎn)的小型汽輪機(jī)。（3）東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的配套汽輪機(jī)。（4）上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的配套汽輪機(jī)。 （5）青島汽輪機(jī)生產(chǎn)的配套汽輪機(jī)。

根據(jù)同類型200MW 機(jī)組兄弟廠的經(jīng)驗(yàn)， 宜采用全容量的汽動(dòng)給水泵，依據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)程和計(jì)算結(jié)果，汽動(dòng)給水泵的流量選為750m3/h，揚(yáng)程選取1 800m。 結(jié)合電廠現(xiàn)場(chǎng)情況，如果汽動(dòng)給水泵為高位布置時(shí)，驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)選取單缸凝汽式汽輪機(jī)，額定功率為4.49MW，轉(zhuǎn)速變化范圍為3 000～6 000 轉(zhuǎn)/分，汽輪機(jī)排汽采用下排汽結(jié)構(gòu)，其給水泵進(jìn)、出口水管可依現(xiàn)場(chǎng)情況而定。

4.4.3 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)可采用MEH，產(chǎn)品可以是引進(jìn)型的，也可以是國(guó)產(chǎn)型的。 控制油源選用目前汽輪機(jī)DEH 系統(tǒng)的高壓抗燃油。

4.5 改造方案的實(shí)施

4.5.1 布置方式

可視現(xiàn)場(chǎng)情況選用不同標(biāo)高的主泵運(yùn)轉(zhuǎn)層，根據(jù)布置方式不同， 選擇了小汽輪機(jī)下排汽和上排汽式驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)兩種布置方案，具體方案如下：

（1）下排汽式布置方案。 該方案是將汽動(dòng)給水泵組高位布置在主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)層平臺(tái)上，前置泵布置在零米，汽輪機(jī)可選為下排汽方式。 驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)的進(jìn)汽管與排汽管可就近與主機(jī)的抽汽管及主凝汽器連接，簡(jiǎn)化系統(tǒng)，給水泵出入口管的改造工作量也相應(yīng)較小，這樣便于控制、操作與維護(hù)巡檢。

（2）上排汽式布置方案。 該方案是將驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)及給水泵布置在3.5～4m 平臺(tái)上，前置泵布置在零米，汽輪機(jī)可選為上排汽方式。驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)的進(jìn)汽管與排汽管可就近與主機(jī)連接，給水管道的改造工程量也較小，簡(jiǎn)化系統(tǒng)，給水泵出入口管的改造工作量特別是土建工程量也相應(yīng)較小， 但不便于運(yùn)行人員的操作與維護(hù)、巡檢，不利于運(yùn)行中監(jiān)視設(shè)備狀況。

根據(jù)電廠#1 機(jī)組的實(shí)際情況，改造中拆除#1 電動(dòng)定速給水泵，在原址上采用上述兩方案布置汽動(dòng)給水泵均可實(shí)現(xiàn)。 若采用上排汽方式，則小汽輪機(jī)的進(jìn)、排汽管道較長(zhǎng)，且不易布置，也不便于運(yùn)行管理，改造場(chǎng)地設(shè)備占用面積較大。故該廠采用下排汽式布置，其特點(diǎn)是便于運(yùn)行管理，且較為安全穩(wěn)定。

4.5.2 控制及潤(rùn)滑油系統(tǒng)

控制系統(tǒng)可采用MEH，產(chǎn)品可以是引進(jìn)型的，也可以選用國(guó)產(chǎn)型的。 運(yùn)作時(shí)可由電廠提供具體要求， 由汽輪機(jī)廠統(tǒng)一配置，也可接入主機(jī)DEH 系統(tǒng)。 控制油源可單獨(dú)設(shè)置或選用目前主機(jī)DEH 系統(tǒng)的高壓抗燃油。 為簡(jiǎn)化系統(tǒng)，并省略專用油凈化裝置， 建議泵組潤(rùn)滑油系統(tǒng)也采用與主機(jī)共用一個(gè)動(dòng)力油源的方式。

5 投資估算及經(jīng)濟(jì)效益分析

5.1 投資估算

本建設(shè)項(xiàng)目工程靜態(tài)投資996 萬(wàn)元，其中，建筑工程費(fèi)52萬(wàn)元，占靜態(tài)投資的5.22%；設(shè)備購(gòu)置費(fèi)755 萬(wàn)元，占靜態(tài)投資的75.84%；安裝工程費(fèi)81 萬(wàn)元，占靜態(tài)投資的8.14%；其他費(fèi)用108 萬(wàn)元，占靜態(tài)投資的10.80%。

5.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

項(xiàng)目改造完成后，可以充分利用鍋爐的富裕蒸發(fā)量，降低廠用電率，提高設(shè)備的安全可靠性和機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。 現(xiàn)參考“火力發(fā)電工程項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)辦法”等有關(guān)資料，并結(jié)合電廠的實(shí)際情況，采用現(xiàn)金流量法計(jì)算投資回收期，并對(duì)改造后的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行綜合分析。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（按設(shè)計(jì)推薦的四段抽汽考慮）如下：機(jī)組年利用小時(shí)數(shù)按4 800 小時(shí)；標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)為505.13 元/噸；上網(wǎng)電價(jià)（含稅）為0.336 元/kW.h；發(fā)電可變成本為0.192 元/kW.h；發(fā)電固定成本為0.076 元/kW.h；折現(xiàn)率為8%。

經(jīng)分析計(jì)算得，本項(xiàng)目靜態(tài)投資回收期為3.89年，考慮資金時(shí)間價(jià)值的動(dòng)態(tài)投資回收期為4.86年， 投資收益率為

25.70%。

由以上數(shù)據(jù)可看出本項(xiàng)目四年內(nèi)可收回全部投資，從第五年開始每年可創(chuàng)造效益256 萬(wàn)元，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益，在經(jīng)濟(jì)上是可行的。

6 結(jié)論

（1）通過論證表明：220MW 機(jī)組給水泵由電動(dòng)改為汽動(dòng)是一效益較為顯著的節(jié)能項(xiàng)目， 不僅充分利用了原有主設(shè)備的固有潛力，將鍋爐產(chǎn)生的富裕蒸汽量用于驅(qū)動(dòng)汽動(dòng)給水泵，提高了設(shè)備的運(yùn)行效率，而且節(jié)省了大量的廠用電，提高了機(jī)組的供電能力。 經(jīng)核算，改造后廠用電率可下降約1.5 個(gè)百分點(diǎn)，機(jī)組供電能力可提高約2%。

（2）汽動(dòng)給水泵所配置的驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)，目前國(guó)內(nèi)有眾多的制造廠均能生產(chǎn)， 在技術(shù)、 質(zhì)量以及控制手段上均是成熟的產(chǎn)品。

（3）由于汽動(dòng)給水泵具有良好的的調(diào)節(jié)性能，改造后的機(jī)組調(diào)峰能力得以提高，這也是使220MW 機(jī)組在電網(wǎng)逐漸增大的情況下頻繁參與調(diào)峰的一項(xiàng)重要措施，所以在提高電廠經(jīng)濟(jì)性、增強(qiáng)機(jī)組調(diào)峰性能、 提高運(yùn)行安全可靠性等方面都具有重要的意義。

（4）改造工程可結(jié)合機(jī)組大修進(jìn)行，且容易實(shí)現(xiàn)，其投資回收年限較短，經(jīng)濟(jì)效益較為顯著。

（5）通過綜合分析論證，需要指出的是：該類型改造項(xiàng)目不適宜用于供熱機(jī)組。

[1]火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程[M].北京：中國(guó)電力出版社，2000.