1 000MW機組汽動給水泵系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計分析

李伯奎

（江蘇華電句容發(fā)電有限公司，鎮(zhèn)江212413）

近年來，隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展，對能源的需求不斷增加，我國的火電機組建設(shè)已跨上了百萬千瓦級超超臨界機組的臺階。隨著機組蒸汽參數(shù)的提高，給水泵的耗功與機組額定功率的比值相應(yīng)增大，尤其對于初壓25.4MPa及以上的1 000MW 超超臨界機組，可達到3.5%～4.0%。鍋爐給水泵又處于電廠熱力系統(tǒng)中的關(guān)鍵地位，特別是對于超超臨界機組，給水泵系統(tǒng)的可靠性與經(jīng)濟性顯得更為重要，其地位可與三大主機相提并論；因此合理地設(shè)計鍋爐給水泵系統(tǒng)，對降低電廠初投資，改善機組的運行經(jīng)濟性，確保機組的長期安全運行有重要意義。

1 機組概況

某電廠新建2臺1 000MW超超臨界、凝汽式燃煤機組，鍋爐為超超臨界變壓運行直流鍋爐，最大連續(xù)蒸發(fā)量為3 025t／h，額定工況過熱器出口壓力為28.35MPa。鍋爐本體系統(tǒng)配20%BMCR容量的啟動循環(huán)泵，最低穩(wěn)燃負荷為30%BMCR，最低直流負荷不低于25%BMCR。汽輪機進汽初參數(shù)為27.00MPa、600℃，采用帶有補汽閥的定-滑壓運行方式。

在配置給水泵時應(yīng)參考國內(nèi)外已有機組的情況，以達到技術(shù)上可行、經(jīng)濟上合理的目標。

2 給水泵系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計

2.1 汽動給水泵

汽動給水泵的臺數(shù)和容量取決于機組容量、設(shè)備質(zhì)量、機組在電網(wǎng)中的作用、設(shè)備投資等多種因素。DL 5000—2000《火力發(fā)電廠設(shè)計技術(shù)規(guī)定》第10.3.5條要求：對600MW及以上機組的運行給水泵，宜設(shè)置兩臺容量各為最大給水量50%的汽動給水泵。

國外已運行的百萬千瓦等級機組中，日本電廠都采用2臺50%容量汽動給水泵方案，德國和美國電廠都采用1臺100%容量汽動給水泵（見表1）。

表1 國外部分800MW以上機組給水泵系統(tǒng)

國內(nèi)電廠絕大多數(shù)采用2臺50%容量汽動給水泵方案，也有個別采用1臺100%容量汽動給水泵方案（見表2）。

表2 國內(nèi)典型1 000MW等級火電機組的給水泵配置

配2臺50%容量汽動泵，可以在一臺汽動泵組故障時，另一臺汽動泵仍能帶65%左右額定負荷運行，對機組負荷影響不大。正是基于可靠性高、運行靈活的優(yōu)點，日本百萬千瓦等級電廠的汽動泵全部采用2臺50%容量，這種配置在國內(nèi)百萬千瓦等級電廠以及其他各類大容量機組廣泛采用，已經(jīng)成為國內(nèi)的標準配置，且50%容量的給水泵及配套的驅(qū)動汽輪機能夠?qū)崿F(xiàn)國產(chǎn)化。

配1臺100%容量汽動泵，單泵在機組40%～100%負荷，泵與主機的負荷相匹配，系統(tǒng)簡單、操作和調(diào)節(jié)比較方便［12］。低于40%負荷，則切換至備用汽源，也能保證機組正常運行。此外，給水泵主泵、前置泵、給水泵汽輪機在額定負荷下效率較高，也是100%容量方案的一項優(yōu)勢。一般來講，百萬千瓦等級電廠100%容量給水泵組較50%容量給水泵組效率高2%左右，發(fā)電煤耗降低約為0.36g／（kW·h）［3］，按年利用小時5 500h計算，全廠2臺機組共節(jié)約燃煤4 079t，折合人民幣270萬（660元／t）。但是目前世界上能為1 000MW機組配套生產(chǎn)100%容量給水泵，并具有運行實績的廠家僅有Sulzer和KSB兩家，難以形成競爭態(tài)勢，價格無法控制；同時由于100%給水泵配套的給水泵汽輪機目前需要進口，如在不配置電動啟動泵情況下，為加快調(diào)試進度，100%給水泵汽輪機還需要配套單獨的凝汽器、真空泵、凝結(jié)水泵等輔助設(shè)備；因此進口100%容量汽動泵投資明顯比國產(chǎn)2臺50%容量汽動泵方案高了許多。2臺50%和1臺100%汽動泵方案經(jīng)濟比較見表3。

表3 2臺50%和1臺100%汽動泵方案經(jīng)濟比較（按2臺機組，考慮自帶凝汽器）

由表3可見：2臺50%汽動泵（國產(chǎn)）方案比1臺100%汽動泵方案總投資低8 760萬元，若按年投資回報率8%，20年收回周期計，8 760萬元投資要求每年產(chǎn)生892萬元的收益，高于降低煤耗的收益。

上述數(shù)據(jù)表明：由于給水泵汽輪機價格太高，所以呼吁國內(nèi)廠家開發(fā)研制這種汽輪機，實現(xiàn)國產(chǎn)化，為大型火電機組降低煤耗、提高熱效率作出貢獻。

2.2 汽動前置泵布置方式（同軸和不同軸）

汽動給水泵組前置泵布置方式有兩種：一種是不同軸汽動給水泵，即汽動給水泵組的前置泵布置在零米層，用單獨的電動機驅(qū)動；另一種是同軸汽動給水泵組，即汽動給水泵組的前置泵和主泵同層布置，都利用給水泵汽輪機驅(qū)動。驅(qū)動方式也有兩種：一種是汽輪機兩端分別帶主泵與前置泵，另一種是汽輪機同一端依次帶主泵和前置泵。

汽動給水泵前置泵的兩種不同布置方式主要有以下區(qū)別：

（1）除氧器的布置高度不同，主廠房、除氧間的結(jié)構(gòu)也就不同。

除氧器的布置首先必須滿足前置泵的有效汽蝕余量要求。一般來講，給水前置泵布置在零米層，除氧器至少需要布置在26m以上；而給水前置泵布置在運轉(zhuǎn)層，除氧器相應(yīng)需要布置在40m以上，相應(yīng)的汽輪機房容積要增加30 000m3。按每立方米容積250元計算，2臺機組總投資增加750萬元。

（2）設(shè)備、管道等投資不同。

前置泵布置在零米層，單獨設(shè)置電動機驅(qū)動，相比前置泵同軸布置在運轉(zhuǎn)層，利用給水泵汽輪機驅(qū)動，多了電動機及其相關(guān)配置，且中、低壓給水管道長度要增加等；但據(jù)從給水泵設(shè)備廠家了解，兩種布置方式的汽動給水泵價格基本相當。兩者投資差異主要在于與之配套的給水泵汽輪機：不同軸布置方式中給水泵汽輪機和同軸布置方式中的給水泵汽輪機一端依次帶主泵和前置泵中的汽輪機都能國產(chǎn)，價格差別不大；而兩端分別帶主泵與前置泵同軸布置方式中配套的汽輪機需要進口，同軸布置方式反而增加投資，因此同軸布置方式給水泵在投資上無明顯優(yōu)勢。

（3）運行經(jīng)濟性不同。

相比電動機驅(qū)動，利用給水泵汽輪機驅(qū)動前置泵效率較低。這是由于采用電動機驅(qū)動可以減少給水泵汽輪機進汽量，而增加進入主汽輪機低壓缸進汽量，顯然主汽輪機低壓缸的效率要遠遠大于給水泵汽輪機的效率。雖然給水泵汽輪機省略了電動機，廠用電可減少，但總體而言同軸布置方式的全廠效率要比不同軸布置方式全廠效率要低。

（4）檢修、維護條件不同。

前置泵布置在零米層，需要設(shè)專用單軌吊，前置泵由于壓力低，結(jié)構(gòu)簡單，檢修工作量少，而且電動機的維護檢修工作量與給水泵汽輪機相比少得多。前置泵布置在運轉(zhuǎn)層，可利用汽輪機房行車進行檢修維護，較為方便；但若是給水泵汽輪機一端帶主泵和前置泵布置方式，則在檢修主泵（例如抽芯包）時，需要拆卸前置泵，這樣大大增加檢修維護工作量。

根據(jù)上述理由，1 000MW機組推薦采用1臺100%BMCR容量汽動給水泵，且主泵和前置泵不同軸布置方案。

3 結(jié)語

通過分析、比較，從經(jīng)濟性、機組運行可靠性等方面考慮，可以得到下面結(jié)論：

（1）對于2臺1 000MW等級大型火電機組新建工程，鍋爐給水泵系統(tǒng)的兩種布置方式（1臺100%汽動給水泵和2臺50%汽動給水泵）在國內(nèi)外都有成熟的經(jīng)驗和業(yè)績，運行可靠性高。

（2）百萬千瓦等級電廠1臺100%汽動給水泵系統(tǒng)較2臺50%汽動給水泵系統(tǒng)效率高2%左右，發(fā)電煤耗降低約0.36g／（kW·h）。但是目前世界上能為1 000MW機組配套生產(chǎn)100%容量汽動給水泵并具有運行實績的僅有Sulzer和KSB兩家，給水泵汽輪機投資高達2倍以上。

（3）鑒于給水泵汽輪機只能進口而且價格昂貴的現(xiàn)狀，國內(nèi)廠家應(yīng)開發(fā)研制百萬千瓦等級電廠1臺100%汽動給水泵的給水泵汽輪機，為大型火電機組鍋爐給水泵系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計開辟途徑，為降低機組供電煤耗、降低造價作出貢獻。

［1］沈士一，莊賀慶，康松，等.汽輪機原理 ［M］.北京：中國電力出版社 ，1998.

［2］鄭體寬.熱力發(fā)電廠［M］.北京：中國電力出版社 ，2003.

［3］林萬超.火電廠熱系統(tǒng)節(jié)能理論［M］.西安：西安交通大學出版社，1994.