大型機(jī)組100%汽動給水泵驅(qū)動方式綜合分析

魏艷珍

(山東大唐東營發(fā)電廠籌建處，山東東營257091)

0 引言

給水泵是電廠熱力循環(huán)系統(tǒng)的主要設(shè)備之一，特別是在高參數(shù)大容量的超超臨界機(jī)組中占有重要地位。在火力發(fā)電廠中，鍋爐給水泵的作用是將經(jīng)過加熱除氧的高溫水升壓到某一額定壓力后送往鍋爐，它必須連續(xù)地向鍋爐供水，以保證鍋爐的安全運(yùn)行。火電廠鍋爐給水泵是火電廠最重要的輔機(jī)之一，也是耗能最大的輔機(jī)，電動給水泵耗電量占廠用電量1/4以上，廠用電量較高，上網(wǎng)電量相對減少，全廠經(jīng)濟(jì)性降低。所以給水泵的節(jié)電對節(jié)約廠用電起著舉足輕重的作用［1］。

合理的給水泵配置方案將會使熱力系統(tǒng)的運(yùn)行更加安全、可靠、穩(wěn)定、靈活，節(jié)省工程造價，降低運(yùn)行成本，為電廠帶來更多的經(jīng)濟(jì)效益。隨著發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量及蒸汽參數(shù)的不斷提高，汽輪機(jī)驅(qū)動給水泵逐漸成為大功率機(jī)組中應(yīng)用最多的驅(qū)動方式［2］。本文就100%容量汽動給水泵驅(qū)動方案進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性探討和分析。

1 汽動給水泵應(yīng)用概況

1.1 國內(nèi)應(yīng)用情況

給水泵的配置方式，主要是指給水泵單位容量和臺數(shù)的選擇，它涉及到整個單元機(jī)組正常運(yùn)行、啟動、停運(yùn)以及備用等方面的要求，甚至還需考慮鍋爐水循環(huán)方式及其減溫水對給水的要求。它是在考慮設(shè)備初投資、年運(yùn)行費(fèi)用、停機(jī)損失費(fèi)等指標(biāo)的情況下，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較選取的［3］。

目前，國產(chǎn)300MW機(jī)組已投運(yùn)140多臺，大多數(shù)電廠給水泵的配置［4］為:2×50%汽動泵 +1×50%電動泵，汽動泵用于正常運(yùn)行，電動泵用于啟動和備用。其中，鄒縣、諫壁、大壩等電廠的8臺機(jī)組的啟動及備用泵為50%容量的電動定速泵，吳涇電廠為30%容量的電動定速泵;此外也有一些電廠給水泵配置為1×100%汽動給水泵+1×50%電調(diào)泵，如、張家口電廠、石橫、濰坊、湛江、偃師等電廠的10臺機(jī)組，華電蒲城、華能淮陰電廠、包頭第三熱電廠改造為1×100%汽動給水泵+2×50%電動泵。600MW機(jī)組給水泵配置多數(shù)為2×50%汽動泵+1×30%電動泵(啟動和備用)。國內(nèi)已投產(chǎn)的1000MW超超臨界機(jī)組燃煤電廠，一般也多采用2×50%汽動給水泵+1×25% ～30%的電動給水泵，機(jī)組冷態(tài)啟動時使用電動泵，正常運(yùn)行時則改為使用汽動泵，電動泵處于待機(jī)熱備用狀態(tài)。大多數(shù)電廠均設(shè)有用于啟動和備用的電動泵，而一些新建電廠卻沒有設(shè)電動泵，如寧海電廠采用2×50%汽動給水泵，未設(shè)電動泵;上海外三橋電廠三期兩臺1000MW機(jī)組則采用了一臺100%容量的汽動給水泵，并且未設(shè)電動泵。

1.2 國外應(yīng)用情況

隨著機(jī)組運(yùn)行可靠性的提高，一些國家或地區(qū)，例如北美、西歐，在大量地采用全容量給水泵汽輪機(jī)，主要原因是，全容量的給水泵汽輪機(jī)比半容量的給水泵汽輪機(jī)具有更高的效率，且使整個機(jī)組的熱耗率可下降8～16%［4］。例如以煤電為主的美國西弗吉亞亞洲電網(wǎng)公司(EP公司)的7臺1300MW機(jī)組，每臺機(jī)組均只設(shè)有一臺100%汽動給水泵，未設(shè)電動給水泵，且AEP公司從1957年就開始采用全容量給水泵，至今已有很好的運(yùn)行業(yè)績。德國在大型800MW到1000MW超(或超超)臨界火電技術(shù)領(lǐng)域具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢，從1997年至2002年間，分別在NIED ERAUSSEM電廠的K機(jī)、Boxberg電廠、Lip-pendorf電廠和黑泵電廠，共投產(chǎn)6臺超臨界或超超臨界機(jī)組，給水泵配置均采用1×100%汽動給水泵+2×40%電動給水泵(啟動/備用)，汽泵自帶凝汽器，并且汽泵可單獨(dú)啟動［5］。

日本百萬超超臨界機(jī)組的給水泵配置，一般為2×50%汽動給水泵+1臺電動給水泵，沒有100%汽動給水泵的案例。

2 100%汽動給水泵案例經(jīng)濟(jì)性分析

2.1 上海外高橋三期100%汽動給水泵案例經(jīng)濟(jì)性分析

外高橋三期機(jī)組采用100%汽動給水泵、自帶凝汽器、取消電動給水泵，可單獨(dú)啟動;汽輪機(jī)調(diào)門及調(diào)節(jié)級噴嘴配置如圖1所示［6］。其特點(diǎn)是效率高，具有特殊的調(diào)門配置。該小汽機(jī)的額定效率高達(dá)86.7%，比外高橋二期的小汽機(jī)名義效率還高了5.7%，該小汽輪機(jī)增加了一個汽源為冷再熱蒸汽的調(diào)門及對應(yīng)的調(diào)節(jié)級。

圖1 給水泵汽輪機(jī)調(diào)門及調(diào)節(jié)級噴嘴配置

由于外三電廠三期機(jī)組只配一臺100%汽動給水泵，在鍋爐點(diǎn)火前給水泵就已啟動［7］;鍋爐點(diǎn)火后，根據(jù)蒸汽參數(shù)情況適時將啟動汽源切回本機(jī)組的冷再熱汽源，以減少啟動能耗。加負(fù)荷過程中，給水泵對汽源的切換會自動進(jìn)行，從鍋爐點(diǎn)火至機(jī)組停機(jī)甚至跳閘，給水泵作為一個隨動系統(tǒng)均由DCS遙控，運(yùn)行人員無需對其進(jìn)行任何操作。并且，在機(jī)組進(jìn)行75%和100%快速甩負(fù)荷、FCB試驗(yàn)中，給水泵也通過了嚴(yán)峻的考驗(yàn)［8］。

此外，外三電廠采用了“大型汽動給水泵組低速啟動及運(yùn)行”方案［9］，大大降低了鍋爐啟動時的能量損耗，提高了機(jī)組效率，簡化了系統(tǒng)控制策略，提高了設(shè)備運(yùn)行安全性。據(jù)介紹，采用這一技術(shù)后，每次啟動可節(jié)約100萬元左右的費(fèi)用［9］。

100%小汽輪機(jī)汽耗較50%小汽輪機(jī)約低1%。通過性能試驗(yàn)證實(shí)［10］，實(shí)際汽動給水泵運(yùn)行熱耗比設(shè)計(jì)值更低，與其他同類機(jī)組相比，該汽動給水泵相當(dāng)于使機(jī)組煤耗降低約0.8g/(kW·h)。由于采用了特殊設(shè)計(jì)的高效給水泵汽輪機(jī)，降低了主機(jī)的抽汽量，每年可少消耗燃煤1萬多噸。經(jīng)中電聯(lián)認(rèn)證，2010年的外三兩臺1000MW超超臨界機(jī)組在負(fù)荷率為74.3%的情況下，供電耗煤僅為279.39g/kW·h，已成為世界上第一個沖破280g/kW·h最低煤耗整數(shù)關(guān)口的電廠。

從工程造價看，由于該機(jī)組未設(shè)電動泵，相應(yīng)地節(jié)省了電動泵組的配置，再加上只有一個汽動泵，系統(tǒng)簡化了，也就節(jié)省了大量的管道、閥門、控制系統(tǒng)、電纜、馬達(dá)等等，另外，相應(yīng)的變壓器的容量也小了，總計(jì)節(jié)約費(fèi)用約1億元。

2.2 海勃灣發(fā)電廠電動給水泵改100%汽動給水泵案例經(jīng)濟(jì)性分析

華能海勃灣發(fā)電廠(簡稱海電)6#機(jī)組大修后并網(wǎng)發(fā)電，該機(jī)組的電動給水泵改100%容量汽動給水泵，并且已正式投運(yùn)。此次電泵改汽泵項(xiàng)目在國內(nèi)33萬千瓦機(jī)組尚屬首例。

按照2008年6#機(jī)組年發(fā)電量17.96億千瓦時計(jì)算，電泵改汽泵運(yùn)行后，海電年平均廠用電率下降2.16%，年平均供電煤耗下降1.52g/kW·h，年多供電0.38億千瓦時，增加收入約799.33萬元，節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)勢明顯。

2.3 國內(nèi)外全容量汽動給水泵機(jī)組事故統(tǒng)計(jì)

300MW等級機(jī)組采用1×100%容量汽動給水泵組配置后，所需要的設(shè)備和元件比2×50%容量汽動給水泵組減少一半，系統(tǒng)簡化，控制簡單，根據(jù)目前實(shí)際運(yùn)行情況，300/600MW機(jī)組的汽泵可用系數(shù)為93.96%以上，且非計(jì)劃停運(yùn)率僅為0.28%以下;汽泵計(jì)劃停運(yùn)系數(shù)為5.9%以下，非計(jì)劃停運(yùn)系數(shù)為0.15%以下，因此，給水泵故障造成機(jī)組強(qiáng)迫停機(jī)的幾率很小，僅為機(jī)組計(jì)劃停運(yùn)的2%。國內(nèi)外高橋三期100%汽動給水泵系統(tǒng)自投運(yùn)至今，顯示出極高的運(yùn)行性和可靠性，未發(fā)生一起因給水泵及其系統(tǒng)引起的機(jī)組強(qiáng)迫停機(jī)。

據(jù)文獻(xiàn)資料介紹［5］，美國 Mountaineer電廠(配置單臺100%汽動給水泵，不設(shè)電動泵)在運(yùn)行25年間，累計(jì)有6次機(jī)組強(qiáng)迫停機(jī)是由于給水泵及給水泵汽輪機(jī)的附屬設(shè)備所引起的，給水泵及其汽輪機(jī)本體未發(fā)生過重大故障，且該廠創(chuàng)造了連續(xù)運(yùn)行607天的紀(jì)錄。統(tǒng)計(jì)顯示，該廠因給水泵系統(tǒng)的原因造成的機(jī)組強(qiáng)迫停運(yùn)率小于0.2%。德國因100%汽動給水泵系統(tǒng)設(shè)備強(qiáng)迫停運(yùn)率為0.18168%，與美國Mountaineer電廠1300MW機(jī)組相當(dāng)，而其常規(guī)配置的機(jī)組強(qiáng)迫停運(yùn)率為0.3028%。由此可見，采用100%鍋爐給水泵組運(yùn)行，機(jī)組可靠性將大大提高。

2010年，國電集團(tuán)在火電廠建設(shè)綠色電站重大技術(shù)路線和經(jīng)濟(jì)性研究總報告中指出:國內(nèi)100%容量汽動給水泵和小汽機(jī)的運(yùn)行臺數(shù)已有上百臺，給水泵及汽輪機(jī)的可靠性和大修間隔基本能做到與主機(jī)相同或更長，其可靠性不亞于主機(jī)。并且建議標(biāo)煤價高于670元/噸的地區(qū)，600MW等級濕冷或間接空冷純凝機(jī)組優(yōu)先考慮采用1×100%汽動給水泵組方案。

3 結(jié)論

大型發(fā)電機(jī)組(300MW以上)給水泵采用單臺100%汽動給水泵配置方案在技術(shù)上是可行的，能夠適應(yīng)于機(jī)組啟停、甩負(fù)荷、FCB等各種變工況運(yùn)行，并能獲得明顯的經(jīng)濟(jì)效益，運(yùn)行可靠性也有一定的提高。如外三橋電廠的“大型汽動給水泵組低速啟動及運(yùn)行”方案，可使每次啟動減少100萬元的費(fèi)用支出，降低了鍋爐啟動時的能耗，提高了機(jī)組效率，簡化了系統(tǒng)控制策略，提高了設(shè)備運(yùn)行安全性，且機(jī)組因其造成的機(jī)組強(qiáng)迫停運(yùn)率小于0.2%。

目前國內(nèi)100%容量汽動給水泵和小汽機(jī)的運(yùn)行臺數(shù)已有上百臺，給水泵及汽輪機(jī)的可靠性和大修間隔基本能做到與主機(jī)相同或更長，其可靠性不亞于主機(jī)。隨著大型機(jī)組運(yùn)行可靠性的提高，1×100%汽動給水泵配置方案將是發(fā)展的趨勢。

［1］吳劍恒.背壓式汽輪機(jī)驅(qū)動給水泵在熱電廠的應(yīng)用［J］.電力需求側(cè)管理，2005，(1).

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［3］范新寬，齊斌.給水泵運(yùn)行情況和配置標(biāo)準(zhǔn)調(diào)研分析［J］.電力建設(shè)，2000，(1).

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［5］俞興超.1000MW超超臨界火電機(jī)組給水泵配置及分析［J］.華東電力，2008，(9).

［6］馮偉忠.1000MW超超臨界汽輪機(jī)綜合優(yōu)化及成效［J］.電力建設(shè)，2009，(5).

［7］馮偉忠.1000MW超超臨界機(jī)組給水泵及系統(tǒng)優(yōu)化［J］.中國電力，2010，(8).

［8］俞興超.外高橋第三發(fā)電廠1000MW機(jī)組給水泵配置方案［J］.電力建設(shè)，2009，(2).

［9］馮偉忠.外高橋三期工程1000MW超超臨界機(jī)組調(diào)試期的節(jié)能減排與技術(shù)創(chuàng)新［J］.華東電力.2008，(6).

［10］馮偉忠.外高橋三期1GW超超臨界機(jī)組的節(jié)能技術(shù)［J］.能源研究與利用，2011，(6).