600MW機(jī)組給水泵節(jié)能改造技術(shù)探討

張樹生 趙瑞平 王海林（中國能源建設(shè)集團(tuán)山西省電力勘測設(shè)計(jì)院有限公司，山西 太原 030001）

600MW機(jī)組給水泵節(jié)能改造技術(shù)探討

張樹生 趙瑞平 王海林（中國能源建設(shè)集團(tuán)山西省電力勘測設(shè)計(jì)院有限公司，山西 太原 030001）

本文結(jié)合山西某電廠2×600MW機(jī)組具體項(xiàng)目的特點(diǎn)，通過對電動給水泵節(jié)能改造方案的比選，提出了適合項(xiàng)目條件的經(jīng)濟(jì)合理的方案及措施，達(dá)到節(jié)能降耗目的。

給水泵汽動電動節(jié)能；改造

對于300MW或600MW級大型發(fā)電機(jī)組，其給水泵驅(qū)動有汽動和電動兩種方式。這兩種方式各有優(yōu)劣，采用不同的驅(qū)動方式會影響到機(jī)組的凈出力，并且電廠投資、運(yùn)行、維護(hù)費(fèi)用等都存在較大的差異，由此引起的爭論比較多，結(jié)論各不相同。

為響應(yīng)國家超低排放、節(jié)能降耗等產(chǎn)業(yè)政策的要求，如何對已有發(fā)電機(jī)組高耗能電動給水泵進(jìn)行升級改造，是每個(gè)相關(guān)企業(yè)或設(shè)計(jì)科研單位近期所應(yīng)該關(guān)注的課題，也是本文所論述的重點(diǎn)。

山西是能源重化工基地，煤炭資源豐富，建設(shè)的大中型電廠較多，為國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)做出了巨大的貢獻(xiàn)，同時(shí)由于技術(shù)方面原因，也造成了能源浪費(fèi)。本文根據(jù)山西某電廠600MW機(jī)組給水泵運(yùn)行情況，提出了節(jié)能降耗改造方案，希望促進(jìn)大型火力發(fā)電廠給水泵節(jié)能改造技術(shù)進(jìn)步的作用。

1 擬改造電廠設(shè)備及給水系統(tǒng)情況

1.1 設(shè)備情況

該廠裝有兩臺銘牌功率為600MW直接空冷機(jī)組，鍋爐為2080t/h亞臨界控制循環(huán)汽包鍋爐；汽輪機(jī)為600MW亞臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽直接空冷凝汽式汽輪機(jī)；發(fā)電機(jī)為600MW水-氫-氫冷卻式汽輪發(fā)電機(jī)。該工程是國內(nèi)首批投入運(yùn)行的600MW直接空冷機(jī)組之一。設(shè)計(jì)背壓15kPa.a，夏季滿發(fā)背壓34 kPa.a，每臺機(jī)組配置三臺容量各為50%的電動調(diào)速給水泵和五臺雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)。

與主機(jī)設(shè)備配套的主給水泵及前置泵為KSB產(chǎn)品，液力偶合器為VOITH產(chǎn)品，電動機(jī)為國內(nèi)某電機(jī)廠產(chǎn)品。

1.2 給水系統(tǒng)簡介

該廠給水系統(tǒng)采用的是單元制。每臺機(jī)組配三臺50%容量的電動調(diào)速給水泵，高壓加熱器采用大旁路系統(tǒng)，裝有快速電動三通大旁路閥（進(jìn)口TYCO DEWRANCE閥門）；每臺機(jī)組配一臺2110 t/h無頭除氧器，采用定——滑壓運(yùn)行，水箱有效容積為235m3。

該廠電動給水泵配置為前置泵+電動機(jī)+偶合器+主給水泵，由電動機(jī)同軸驅(qū)動，液力耦合器調(diào)速，可以滿足機(jī)組啟動和各種工況的需要，但是偶合器存在較大的能耗。

2 改造方案的比選

為了對電動給水泵節(jié)能改造提供更好的實(shí)施方案，結(jié)合電廠實(shí)際運(yùn)行情況，提出了兩種方案，方案一為電動調(diào)速給水泵改為汽動給水泵，方案一為電動調(diào)速給水泵改為變頻調(diào)節(jié)給水泵。

2.1 電動調(diào)速給水泵改為汽動給水泵

根據(jù)現(xiàn)場場地情況，本方案采用1×100%汽動給水泵+1× 50%電動調(diào)速給水泵，50%電動調(diào)速給水泵作為啟動/備用泵。給水泵汽輪機(jī)采用上排汽，排汽直接進(jìn)入主機(jī)排汽裝置。采用100%全容量汽動給水泵，可簡化系統(tǒng)，而且機(jī)組熱耗要比采用2×50%容量配置方式低，有利于提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。結(jié)合原汽機(jī)房布置情況，利用汽機(jī)房0m拆除1、2號電動調(diào)速給水泵組的位置，布置給水泵汽輪機(jī)組和給水泵前置泵，給水泵汽輪機(jī)與給水泵采用同軸布置。

由于除氧器布置在汽機(jī)房運(yùn)轉(zhuǎn)層13.7m，除氧器中心標(biāo)高為16.4m，經(jīng)過對除氧器進(jìn)行滑壓暫態(tài)計(jì)算，在目前除氧器的布置標(biāo)高下，不能滿足100%容量給水泵前置泵的汽蝕余量要求，故本次改造按新配置兩臺50%容量的電驅(qū)前置泵考慮，同樣布置在主廠房0m。

本方案特點(diǎn)是設(shè)備少，系統(tǒng)簡單，節(jié)省管道及場地空間。

2.2 電動調(diào)速給水泵改為變頻調(diào)節(jié)給水泵

液力偶合器調(diào)節(jié)是以油做工質(zhì)，由電動機(jī)驅(qū)動泵輪（主動輪）將機(jī)械功率傳遞給工質(zhì)油，帶動渦輪（從動輪）旋轉(zhuǎn)，液力偶合器接受給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)的流量、汽壓、水位信號，通過勺管控制機(jī)構(gòu)改變液力偶合器充油量來調(diào)節(jié)給水泵轉(zhuǎn)速；變頻器接受給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)流量、汽壓、水位信號，通過改變電源頻率和電壓調(diào)節(jié)電動機(jī)轉(zhuǎn)速。所以給水泵進(jìn)行變頻改造的關(guān)鍵是如何改造液力偶合器，以滿足輸入軸變速運(yùn)行時(shí)，輸出軸能夠按增速齒輪箱功能變速輸出。其改造方式一般有以下三種：

（1）將液力偶合器更換成增速齒輪箱

將原液力偶合器拆除，按原液力偶合器安裝尺寸訂購一臺非標(biāo)準(zhǔn)增速齒輪箱，配套增設(shè)給水泵組潤滑油供油站。此改造后給水泵只能變頻運(yùn)行，變頻故障時(shí)，無法切換成工頻調(diào)速方式運(yùn)行。

（2）將液力偶合器改造成增速齒輪箱

拆除原液力偶合器的泵輪和渦輪，改由齒形聯(lián)軸器或?qū)喡?lián)軸器連接，拆除輸入軸驅(qū)動的潤滑油與工作油泵，配套增設(shè)給水泵組潤滑油站。此方案將具有增速與調(diào)速的液力偶合器改造成只具有增速功能。改變了液力偶合器整體上結(jié)構(gòu)和性能，原液力偶合器廠家一般會持否定態(tài)度，將對以后的維修工作帶來相應(yīng)困難。此改造后只能變頻運(yùn)行，變頻故障時(shí)，無法切換成工頻調(diào)速方式運(yùn)行。

（3）將液力偶合器改造成多功能液力偶合器

多功能液力偶合器就是在保留液力偶合器調(diào)速功能的基礎(chǔ)上，對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和油系統(tǒng)（增加穩(wěn)壓系統(tǒng)）進(jìn)行改造，增加液力偶合器增速齒輪箱輸出功能。這樣改造后的液力偶合器具備了工頻運(yùn)行時(shí)液力偶合器的調(diào)速功能（這是原來就有的），和變頻運(yùn)行時(shí)（將勺管固定在最大轉(zhuǎn)速位置）增速齒輪箱輸出功能（這是改造后新增的），且兩種功能可以通過勺管進(jìn)行切換。

通過以上技術(shù)比較，增速齒輪箱方案和改造成增速齒輪箱兩種方案，其造價(jià)高、供貨周期長，工變頻無法切換運(yùn)行，是不可取的。將液力偶合器改造成多功能液力偶合器方案可以在保持原設(shè)備及連接管道不變的情況下，同一臺液力偶合器具有工頻和變頻兩種運(yùn)行方式，且可以切換運(yùn)行、方便靈活、安全可靠。其改造工作量小，改造工期短，費(fèi)用相對較低。

變頻改造后，在額定工況下，與液偶調(diào)速差異較小，但在中低負(fù)荷時(shí)，變頻的節(jié)能效果要優(yōu)于液偶，根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)資料和復(fù)核計(jì)算顯示，變頻改造后，火電廠鍋爐給水泵組年節(jié)電率在20%左右，可降低廠用電率約0.5%左右。

3 改造方案經(jīng)濟(jì)性比較

電動調(diào)速給水泵改為汽動給水泵（方案一）和電動調(diào)速給水泵改為變頻調(diào)節(jié)給水泵（方案二）改造后年運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性比較見下表一。

表4-1 兩方案年運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性比較表

由表4-1可以看出，方案一與改造前相比，廠用電率由9.9%降低至7.33%，供電標(biāo)煤耗下降347.6-346.6=1.0 g/kWh。方案二與改造前相比，廠用電率及供電煤耗變化不大，但其變頻運(yùn)行方式可節(jié)省電量。

3.1 電動調(diào)速給水泵改為汽動給水泵（方案一）經(jīng)濟(jì)效益估算

（1）增加供電量的收益根據(jù)表一可以計(jì)算出：

THA工況下，方案一的機(jī)組供電功率為：

機(jī)組銘牌功率×（1-廠用電率）＝600MW×（1-7.33%）＝556.02MW

THA工況下，改造前的機(jī)組供電功率為：

機(jī)組銘牌功率×（1-廠用電率）＝600MW×（1-9.9%）＝540.6MW

THA工況下，在年發(fā)電利用小時(shí)數(shù)3500小時(shí)的條件下，方案一比改造前的每年可供電量多出：

3500h×（556.02MW-540.6MW）＝5.397×107 kW·h

按售電利潤0.1394元/kWh計(jì)算，單臺機(jī)組每年增加供電收益752.34萬元(稅后)。

（2）降低供電煤耗的收益

單臺機(jī)組全年節(jié)約標(biāo)煤：

1.0 g/kW·h×60×104kW×3500h=2100t/a

單臺機(jī)組全面節(jié)煤收益（標(biāo)煤價(jià)暫按375元/t）：

2100t/a×375元/t=78.75萬元

（3）合計(jì)收益

752.34 萬元＋78.75萬元＝831.09萬元

3.2 電動調(diào)速給水泵改為變頻調(diào)節(jié)給水泵（方案二）經(jīng)濟(jì)效益估算

變頻改造后，火電廠鍋爐給水泵組年節(jié)電率在20%左右，以現(xiàn)給電動調(diào)速給水泵功率為10000KW計(jì)算，單臺機(jī)組兩臺電動給水泵每年能省電∶

3500×10000×2×20%=1.4×107 kW·h

按山西省最新的燃煤發(fā)電機(jī)組上網(wǎng)標(biāo)桿電價(jià)0.3205元/ kWh計(jì)算，單臺機(jī)組每年節(jié)電收益約383萬元(稅后)。

3.3 兩方案比較結(jié)果

由以上比較，機(jī)組完成改造后，方案一比改造前增加經(jīng)濟(jì)收益約831.09萬元/每年，節(jié)煤2100噸/年；方案二比改造前增加經(jīng)濟(jì)收益約383萬元/每年。方案一增加收益多，同時(shí)可以降低廠用電率、降低供電煤耗，獲得了更好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，所以本項(xiàng)目改造擬采用汽動給水泵方案。

4 汽動給水泵改造要點(diǎn)

1）由于給水泵汽輪機(jī)的汽源取自四段抽汽，引起四段抽汽量的增加，需對抽汽口進(jìn)行擴(kuò)大，主機(jī)廠應(yīng)核算并對抽汽口進(jìn)行改造。

2）電動調(diào)速給水泵改為汽動給水泵時(shí)，需要主機(jī)廠重新核算并提供汽動給水泵方案各種工況的熱平衡等資料；為確保廠用蒸汽的用汽量要求，應(yīng)根據(jù)電廠多年實(shí)際運(yùn)行積累的數(shù)據(jù)重新核算四段抽汽設(shè)計(jì)流量，以便電廠能更經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

5 結(jié)語

通過對山西某電廠2×600MW機(jī)組電動給水泵改造方案的比選，可以得出一下結(jié)論：

（1）技術(shù)上電動調(diào)速給水泵改為汽動給水泵的方案是切實(shí)可行的；特別是已建工程的場地及原有系統(tǒng)的銜接是可以滿足要求的。

（2）經(jīng)濟(jì)上改為汽動給水泵不僅可降低廠用電率和煤耗指標(biāo)，能夠達(dá)到節(jié)能降耗目的，而且具有較好的經(jīng)濟(jì)收益。

[1]電動給水泵改汽動給水泵的可行性分析 馬緒勝何海燕（華能北京熱電有限責(zé)任公司100023）.

[2]電動給水泵和汽動給水泵的經(jīng)濟(jì)性比較研究 張春發(fā)1，張燕1，董麗娟1，冷健2（1．華北電力大學(xué)動力系，河北保定071003；2．華能太倉發(fā)電有限公司，江蘇太倉215400）.