某250MW超臨界機組給水泵配置選型

摘要：介紹了大型火力發(fā)電廠鍋爐給水泵的常見配置方案，從可行性、經(jīng)濟性和穩(wěn)定性角度，總結(jié)了各種配置方案的優(yōu)缺點。同時，對取消電動給水泵的可行性和汽動給水泵直接啟動的可靠性進行了分析，對于電廠節(jié)約投資、節(jié)能降耗具有重要的實踐意義。

關鍵詞：汽動給水泵;電動給水泵;可靠性;經(jīng)濟性

0 引言

某擬建項目的裝機容量為4×250 MW超臨界燃煤純凝機組，采用海水直流冷卻循環(huán)技術。鍋爐過熱器BMCR工況的出口流量為830 t/h，壓力為25.4 MPa，溫度為571 ℃。

1 汽動給水泵配置方案

對于300 MW級濕冷機組的給水系統(tǒng)，宜選擇汽動給水泵，國內(nèi)外一般配置方案有2×50%容量或1×100%容量兩種。

方案一：2×50%容量汽動泵方案的優(yōu)點是運行靈活，可以適應機組各種負荷需求，是國內(nèi)300 MW級以及600 MW級機組的典型配置，為國內(nèi)多數(shù)電廠所采用，也是《大中型火力發(fā)電廠設計規(guī)范》（GB 50660—2011）的推薦方案。方案二：1×100%容量汽動泵方案的優(yōu)點是系統(tǒng)簡單、節(jié)約投資、易于布置，在國外被較多采用;缺點是對給水泵組的可靠性要求極高，停泵就要停機。兩種汽動給水泵配置方案的設備投資比較（每臺機組）如表1所示。

2 電動給水泵配置方案

電動給水泵一般作為啟動備用泵或啟動泵。啟動備用泵按50%容量選取，泵的揚程與汽動給水泵一致，揚程為30.6 MPa。啟動泵一般按30%容量選取，揚程一般為15 MPa（比備用泵要小許多）。兩種電動給水泵配置方案的設備投資比較（單臺機）如表2所示。

3 給水泵選型

3.1 ? ?汽動給水泵選型

采用1×100%容量汽動給水泵，已有大量的投產(chǎn)運行經(jīng)驗，其穩(wěn)定性、經(jīng)濟性均與2×50%容量汽動給水泵相當。因此，為了節(jié)約工程投資，本工程推薦采用1×100%容量國產(chǎn)汽動給水泵（僅芯包采用進口產(chǎn)品）。

3.2 ? ?電動給水泵選型

針對備用電動泵的選擇，需要考慮啟動方便、可靠性、經(jīng)濟性等因素。對于1×100%汽動泵方案，根據(jù)規(guī)程規(guī)定，宜設置1臺50%的啟動備用電動泵。當汽動給水泵發(fā)生故障時，則啟動備用電動泵，汽輪機仍可帶50%負荷運行。通過對給水泵生產(chǎn)廠家和有關電廠的調(diào)研，給水泵汽輪機的可靠性可以與主汽輪機相比，且給水泵由于采用進口芯包，故障率也很低。目前國內(nèi)投產(chǎn)的汽動給水泵運行情況良好。根據(jù)有關文獻可知，GE公司生產(chǎn)的2×50%汽動泵和1×100%汽動泵的兩種方案一般都沒有設置備用泵，這也是基于給水泵組的高可靠性，該公司1979—1993年對給水泵組統(tǒng)計強迫停機率僅為0.16%。

從實際情況看，超臨界機組電動備用泵較難實現(xiàn)緊急備用的目的。如果要求電動泵具備緊急備用功能，則備用條件比較復雜，電泵油系統(tǒng)需經(jīng)常運行，泵始終處于熱備用狀態(tài);泵出口電動閘閥常開，逆止門長期承壓（約33 MPa）;熱控還要考慮電泵并入的給水調(diào)節(jié);電氣需要設置電泵的自動投入等，諸多條件中有一項不能滿足就難以實現(xiàn)備用功能。由于電動給水泵的功率很大，約5 000 kW，當給水泵緊急啟動時，由于電氣電源電壓波動、液力耦合器（或變頻器）和最小流量閥響應速度等原因，電動給水泵很難實現(xiàn)作為汽動給水泵的緊急備用，往往當任意一臺汽動給水泵出現(xiàn)故障時，只能依靠RB功能先保證機組降負荷運行，然后再啟動電動給水泵;當兩臺汽動給水泵均出現(xiàn)故障時，應立即執(zhí)行MFT動作。

考慮到本工程為新建工程，又是孤網(wǎng)運行，因此對于1×100%汽動泵方案，設置1臺50%的啟動備用電動泵。當汽動泵出現(xiàn)故障時，則啟動備用電動泵，汽機仍可帶50%負荷運行，因此本工程推薦設置1×50%備用電動泵方案。

3.3 ? ?推薦意見

考慮到機組的運行穩(wěn)定和經(jīng)濟性需求，給水系統(tǒng)推薦方案為1×100%容量的汽動給水泵+1×50%容量的啟動備用泵。

4 取消電動給水泵的可行性

電動給水泵僅用作啟動泵，其功能僅限于兩個方面：一是在機組啟動前進行鍋爐的冷、熱態(tài)清洗時給鍋爐上水;二是在機組啟動及低負荷運行汽動給水泵投入前給鍋爐供水。鑒于國內(nèi)一些電廠都有了機組啟動時直接用汽動給水泵啟動獲得成功的經(jīng)驗，在機組啟動期間給水泵汽輪機是否有可靠的工作汽源是能否取消電動啟動給水泵的關鍵因素。

驅(qū)動汽動給水泵的小汽輪機的工作汽源通常采用雙汽源，即為高、低壓汽源，高壓汽源一般引自主蒸汽或低溫再熱蒸汽，低壓汽源取自主汽輪機的四級抽汽。本工程將輔助蒸汽供給水泵汽輪機的調(diào)試汽源管徑加大，作為給水泵汽輪機輔助工作汽源。如有必要，可以在鍋爐點火之前就暖機啟動，前提是輔助蒸汽系統(tǒng)能夠提供足夠汽量的輔助蒸汽。

機組啟動時輔助蒸汽由啟動鍋爐或正常運行的相鄰機組提供輔助汽源，在本機組低溫再熱蒸汽壓力達到1.0 MPa時切換至低溫再熱蒸汽供汽，在四級抽汽壓力達到0.8 MPa時切換至本機四級抽汽，向輔助蒸汽系統(tǒng)供汽。正常運行的機組通過輔助蒸汽聯(lián)絡母管可以給相鄰啟動機組提供約50 t/h的輔助蒸汽，該汽量不僅能夠滿足機組啟動必需的除氧器給水加熱、燃油加熱及霧化、大小汽輪機軸封蒸汽、鍋爐微油點火加熱等輔助蒸汽用汽，而且能夠提供給水泵汽輪機在工作汽源切換至主汽輪機的四級抽汽前所需的最大用汽量，因此在一臺機組正常運行時，另一臺機組采用汽動給水泵直接啟動是可行的。

綜上所述，若在機組啟動期間輔助蒸汽汽源可靠且汽量足夠，采用汽動給水泵直接啟動的方案是可行的。

5 汽動給水泵直接啟動的可靠性及經(jīng)濟性

國內(nèi)外均有啟動時直接用汽動給水泵啟動，啟動/備用電動給水泵基本上不投入的經(jīng)驗。隨著變速汽輪機的設計和制造技術日趨成熟，權威資料顯示，汽動給水泵運行可靠性明顯提高，已經(jīng)不亞于電動給水泵。與電動給水泵相比，汽動給水泵自動化程度較高，操作相對簡單，運行穩(wěn)定，在運行啟動過程中，汽動給水泵升速速率采用程序控制，有效避免了電動泵瞬間啟動對泵各部件的強烈沖擊。電泵液力偶合器存在勺管在一定位置時工作油溫高的問題，且渦殼內(nèi)由于存在空氣，會造成液力偶合器工作不穩(wěn)定。此外，汽動給水泵在供電系統(tǒng)頻率變化時，水泵運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速不受影響。

基于國內(nèi)汽動給水泵組的運行可靠性及發(fā)生故障時的快速修復能力，國內(nèi)很多電廠都有了機組啟動時直接用汽動給水泵啟動獲得成功的經(jīng)驗?？紤]本工程在機組啟動期間，從啟動鍋爐或其他機組提供的輔助蒸汽汽源可靠且汽量足夠，可由輔助蒸汽向給水泵汽輪機供汽來驅(qū)動給水泵汽輪機。因而在系統(tǒng)設計時，我們適當設置小汽機調(diào)試用汽管道的管徑，可由輔助蒸汽向給水泵汽輪機供汽，驅(qū)動給水泵汽輪機啟動，由此可省去電動啟動給水泵，簡化系統(tǒng)，為節(jié)省投資創(chuàng)造條件。

電動給水泵用作機組啟動用泵，其功能僅限于兩個方面：一是在機組啟動前進行鍋爐的冷熱態(tài)清洗時給鍋爐上水;二是在機組啟動及低負荷時汽動給水泵投入前給鍋爐供水。事實上，鍋爐清洗時完全可以由汽泵前置泵完成。根據(jù)工程基建經(jīng)驗，需提前合理安排工程進度，在準備鍋爐點火、酸洗、沖管時，主汽機、循環(huán)水系統(tǒng)應安裝完畢，凝汽器系統(tǒng)可以投用。

6 結(jié)語

300 MW級機組的100%容量汽動給水泵，僅相當于600 MW機組的50%容量汽動給水泵，已有大量的投產(chǎn)運行經(jīng)驗，其穩(wěn)定性、經(jīng)濟性均已達到先進水平。因此，對于新建工程，推薦1×100%汽動給水泵，并配置1臺50%的啟動備用電動泵。對于擴建工程，推薦選用1×100%汽動給水泵，并取消電動泵。

收稿日期：2020-04-26

作者簡介：董見峰（1977—），男，湖北蘄春人，高級工程師，從事火力發(fā)電廠設計工作。