1000MW二次再熱機組取消啟動電動給水泵的分析研究

張黎音

摘要： 按照傳統(tǒng)設計，300MW 以上機組一般每臺機組都配有電動給水泵或幾臺機組共用1 臺電動給水泵作為啟動給水泵。本文論證利用2 臺50t/h 啟動鍋爐的富裕容量，取消啟動用電動給水泵的可行性研究。經(jīng)研究，取消啟動用電動給水泵是可行的。綜合比較，可節(jié)約工程造價約598.36 萬元人民幣。

Abstract： According to the traditional design， units more than 300MW are generally equipped with electric water pump or a few units share one set of electric water pump as the start-up of the feed water pump. This paper demonstrates the feasibility of using 2 50t/h start-up boilers to abolish the start-up feed pump. Through the research， it is feasible to cancel the electric water pump. Through the comprehensive comparison， it can save the project cost of about 5.9836 million Yuan.

關鍵詞： 百萬千瓦二次再熱機組；啟動給水泵；啟動鍋爐

Key words： million kilowatts double-reheat unit；start-up water feed pump；start-up boiler

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）06-0167-02

0 引言

截至目前，我國投產(chǎn)的1000MW 機組已經(jīng)有77 臺。其中所有1000MW 的濕冷機組、間接空冷機組（寧夏靈武）均采用汽動給水泵，只有新疆農(nóng)六師2×1100MW 直接空冷機組的給水泵采用3×35%容量的電動給水泵。在投產(chǎn)的采用汽動給水泵的1000MW 機組中，半數(shù)以上機組都設置了25～35%容量的啟動電動給水泵。

根據(jù)《大中型火力發(fā)電廠設計規(guī)范》（GB50660-2011）中，第12.3.3 條中第3 款的規(guī)定：300MW 級及以上機組宜配置1 臺容量為最大給水消耗量25%～30%的定速電動給水泵作為啟動給水泵；第4 款同時規(guī)定：當機組啟動汽源滿足給水泵汽輪機啟動要求時，也可取消啟動用電動泵。因此，當啟動汽源可滿足要求時，啟動用電動給水泵并不是電廠中必不可少的設備。

對于新建工程，在廠外汽源尚未最終落實的情況下，啟動鍋爐是新建大型火力發(fā)電廠不可缺少的，是電廠第1 臺機組啟動時向輔助蒸汽系統(tǒng)供汽的唯一汽源，它直接影響機組的安全啟動。由于啟動鍋爐在電廠第1 臺和第2 臺機組投入商業(yè)運行后，即停止使用，全部運行時間只有3～5 年，且為間斷運行。因此，合理地選擇啟動鍋爐的容量和蒸汽參數(shù)以滿足機組啟動，使其既能滿足機組安全啟動的要求，又能取消啟動用電動給水泵，對于節(jié)約建廠投資是十分重要的。

本文主要結(jié)合某新建工程設計特點，通過對機組啟動過程各階段用汽量深入分析和細致計算，對取消啟動用電動給水泵的可行性及對啟動鍋爐的容量設計展開論證。

1 啟動鍋爐形式的選擇

啟動鍋爐一般在新建電廠中配置，主要功能是在機組啟動時為鍋爐熱態(tài)清洗、除氧器預暖及低負荷加熱、汽機軸封、給水泵汽輪機、暖風器（該工程采用等離子點火）、灰斗加熱、空預器吹灰、暖通采暖用汽等各用汽點提供滿足壓力、溫度及流量等參數(shù)要求的輔助蒸汽。值得指出的是，以上各用汽并不是同時存在，即可以錯峰使用輔助蒸汽；針對該工程設計特點，啟動階段必須的輔助蒸汽有：除氧器低負荷時加熱蒸汽、汽輪機軸封用汽、等離子點火暖風器用汽、給水泵汽輪機啟動用汽以及灰斗加熱蒸汽。另外，直流鍋爐啟動清洗時的輔助蒸汽耗汽量很大，對啟動鍋爐的容量選擇也至關重要。該工程暫按設置2 臺50t/h 容量，1.27MPa（g），350℃參數(shù)的燃油快裝啟動鍋爐來供應啟動汽源。

2 取消啟動電動泵可行性研究

能否取消電動給水泵的關鍵點是，2 臺50t/h 的啟動鍋爐總產(chǎn)汽量能否滿足取消電動泵后的汽動給水泵用汽量與其他各用戶用汽量之和。

2.1 鍋爐冷態(tài)清洗工況所需蒸汽量

對于超超臨界直流爐來說，由于鍋爐點火前對給水品質(zhì)有著比較嚴格的要求。為此，通常機組在初次啟動或長期停爐后再次啟動前，需對鍋爐進行清洗。鍋爐清洗包括冷態(tài)清洗和熱態(tài)清洗兩個階段，其中冷態(tài)清洗分為冷態(tài)開式?jīng)_洗和冷態(tài)循環(huán)清洗，其清洗水量和水溫要求一致。鍋爐廠推薦冷態(tài)清洗時，清洗流量為25%～30%BMCR，清洗水溫為105～120℃，該工程按清洗流量687t/h（25% BMCR 流量），清洗水溫度105℃，計算鍋爐冷態(tài)清洗所需加熱蒸汽量為79t/h，冷態(tài)清洗水也要由汽動給水泵送至鍋爐，汽動給水泵此時所需蒸汽量為20t/h。首爐啟動時冷態(tài)清洗所需蒸汽量需由啟動鍋爐提供，所以啟動鍋爐的容量首先需滿足鍋爐冷態(tài)清洗蒸汽量與汽動給水泵所需汽量之和，因此啟動鍋爐容量需不小于99t/h。2 臺50t/h 的啟動鍋爐剛好可滿足冷態(tài)清洗工況對蒸汽量的要求，實際清洗時給水溫度可略低于105℃。

2.2 鍋爐熱態(tài)清洗工況所需蒸汽量

清洗完畢后，還需熱態(tài)清洗，熱態(tài)清洗分為熱態(tài)開式?jīng)_洗和熱態(tài)循環(huán)清洗。鍋爐廠推薦的熱態(tài)清洗流量和水溫與冷態(tài)清洗一致，熱態(tài)清洗時，鍋爐點火，將水冷壁出口水溫控制在150～190℃進行清洗。鍋爐廠認為熱態(tài)開式?jīng)_洗可根據(jù)凝結(jié)水精處理等設備的要求和能力不同相應增加或取消，即熱態(tài)開式?jīng)_洗并非必要的。該工程熱態(tài)開式清洗時，可采用適當減小流量，增加沖洗時間或者減小進入鍋爐的清洗水溫（例如80～90℃）的方法進行。

熱態(tài)循環(huán)清洗時，需要給水系統(tǒng)的補水量為BMCR 工況下的7%給水量，約200t/h，水溫105～120℃，即使熱態(tài)清洗水在除氧器內(nèi)由20℃加熱至150℃，經(jīng)計算熱態(tài)清洗水所需輔助蒸汽量最多為45t/h。此時給水泵汽輪機所需蒸汽量為20t/h，熱態(tài)沖洗時鍋爐暖風器已投入，暖風器所需蒸汽量為15t/h?？傆?0t/h，2 臺50t/h 啟動鍋爐也可完全滿足要求。

2.3 30%THA 工況

設有啟動用電動給水泵的系統(tǒng)，電動給水泵與汽動給水泵的切換點為機組30%THA工況點，此時啟動電泵停止工作。因此取消電動給水泵后，30%THA 工況及以下時給水泵汽輪機的用汽量也需由啟動鍋爐承擔。

根據(jù)汽輪機廠熱平衡圖，經(jīng)計算在 30%THA 工況，給水泵汽輪機最大用汽為30t/h，主汽輪機與給水泵汽輪機軸封用汽量約為8t/h，除氧器加熱蒸汽量為30t/h，等離子點火暖風器蒸汽用量8t/h，灰斗加熱用汽4t/h，總計需求輔助蒸汽量為80t/h。2 臺50t/h 啟動鍋爐也可滿足要求。

綜上所述，取消啟動用電動給水泵是可行的。2 臺50t/h的啟動鍋爐可滿足機組啟動的用汽要求和給水泵汽輪機的用汽要求。

3 初投資對比

3.1 設備初投資對比

參考《火電工程限額設計參考造價指標》（2015年水平），啟動用電動給水泵組本體價格為620 萬元，如果考慮與電動給水泵組相連接的管道、管件、支吊架、閥門等，電動給水泵組的總造價約850 萬元。

兩臺50t/h 的燃油啟動鍋爐，初投資約715 萬元。由第3節(jié)可以看出，無論是否設置啟動用電動給水泵，在鍋爐冷態(tài)清洗工況、鍋爐熱態(tài)清洗工況或30%THA 工況時，單臺50t/h 的啟動鍋爐也是不滿足要求的，依然要設置2臺50t/h 的啟動鍋爐。因此取消啟動電動給水泵后可節(jié)約設備初投資約850 萬元左右。

3.2 首次啟動初投資對比

取消電動給水泵后，機組首次啟動時的鍋爐沖洗、吹管及冷態(tài)啟動時所需的給水，要由汽動給水泵供給，有必要對取消電泵和不取消電泵在此階段的運行費用進行比較，由于機組尚未投運，此階段的運行費用尚屬于初投資范疇。

按照鍋爐廠提供的資料，冷態(tài)開式清洗1 天，3 小時，冷態(tài)循環(huán)清洗4～5 天，每天12 小時；熱態(tài)開式清洗 1 天，約5 小時，熱態(tài)循環(huán)清洗6～7 天，每天12 小時。

鍋爐吹管暫按30%BMCR 給水量，吹管時間3～4 天，每天10～12 小時。根據(jù)機爐聯(lián)合啟動曲線，機組每次冷態(tài)啟動到達30%THA 工況的時間約5 小時。表1給出了首次啟動時汽動給水泵的運行費用。

電動給水泵一般按照 25～30%容量配置，在以上各工況時，電動機的軸功率約為3000kW，按照運行時間205 小時計算，總耗電量為615000kWh，當?shù)毓I(yè)電價按647.4 元/MWh計算，如設置電動給水泵，首次啟動階段的運行費用約為39.8 萬元。

取消電動給水泵后，機組首次啟動時的鍋爐沖洗、吹管及冷態(tài)啟動的運行費用增加約241.44萬元。

電廠多臺機組運行期間，其中一臺機組發(fā)生非計劃停運后，可通過其他機組供應輔助蒸汽實現(xiàn)機組重新啟動，不需要啟動鍋爐投運。利用全年單臺機組運行時間（2862 小時）和年均非計劃停運次數(shù)（0.69 次），折算到該工程年均需要啟動鍋爐的機組啟動次數(shù)為0.23 次，壽期內(nèi)為6.9 次，機組平均單次非計劃停運時間為48.78 小時，根據(jù)鍋爐廠資料，停機時間在150 小時以內(nèi)，不必進行冷熱態(tài)清洗。這種情況下機組冷態(tài)啟動時，由表1 可知，每次汽動給水泵的費用約為7.2 萬元，整個壽期內(nèi)的費用約為50 萬元。

3.3 小結(jié)

綜上所述，取消電動給水泵后，考慮到機組首次啟動時的鍋爐沖洗、吹管、冷態(tài)啟動以及非計劃停機的工況，共可節(jié)省初期投資850-（241.44-39.8）-50=598.36 萬元。

4 取消電動給水泵優(yōu)缺點對比

4.1 取消電動給水泵的缺點

①如遇兩臺機組非計劃停機情況，機組重新啟動，需投2 臺啟動鍋爐，因此，2 臺啟動鍋爐不能拆除，應全部保留或至少保留1 臺；②對調(diào)試的靈活性不利；③由于廠內(nèi)未設置油區(qū)，業(yè)主方還需聯(lián)系油源，可能拖延機組啟動時間。

4.2 取消電動給水泵的優(yōu)點

①可節(jié)約工程造價約 598.36 萬元；②減少日后維護、檢修工作量；③可使給水系統(tǒng)更加簡單，減少故障點；④由于沒有了電動給水泵組的檢修起吊設施，此處的管道布置更加整潔，主廠房零米更加寬敞。

5 結(jié)論

綜上所述，在該工程不設電動啟動給水泵情況下，分別對首臺機組啟動時的各個工況下機組耗汽量進行分析和計算，最終確定選用2臺50t/h燃油快裝啟動鍋爐（1.27MPa，350℃），可以滿足機組的啟動用汽要求并可取消啟動用電動給水泵，并可節(jié)約工程造價約598.36 萬元。

參考文獻：

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