50 MW抽汽背壓式熱電聯產機組的給水泵驅動方式選擇與優(yōu)化

黃琪薇，林俊光，黃之成，周 斌

（中國能源建設集團浙江省電力設計院有限公司，杭州 310012）

50 MW抽汽背壓式熱電聯產機組的給水泵驅動方式選擇與優(yōu)化

黃琪薇，林俊光，黃之成，周 斌

（中國能源建設集團浙江省電力設計院有限公司，杭州 310012）

針對50 MW抽汽背壓式熱電聯產機組，討論了給水泵的不同驅動方式。以浙江某新建機組為研究對象，將不同汽動給水泵和電動給水泵方案對機組的技術經濟影響進行了分析比較，結果表明：采用汽動給水泵初投資高、年收益高。系統(tǒng)中設置一級除氧和表面式補水加熱器是采用汽動給水泵的最佳方案。

抽汽背壓式；熱電聯產；汽動給水泵；電動給水泵；補水加熱器

隨著社會經濟的發(fā)展和節(jié)能減排壓力的增加，工業(yè)園區(qū)的用汽需求增加、用汽參數提高，在工業(yè)熱負荷需求量大的地區(qū)，不僅小型熱電廠供熱供不應求，大型發(fā)電廠也紛紛鋪設供熱管網進行供熱[1]。與小型熱電廠和大型發(fā)電廠相比，50 MW抽汽背壓式供熱機組具有供熱量大且穩(wěn)定、煤耗低等優(yōu)點。

給水泵的驅動方式分為電動和汽動兩大類。使用電動給水泵，占用了一部分廠用電，具有熱力系統(tǒng)簡單、占用廠房面積小、調節(jié)方便的優(yōu)點；使用汽動給水泵，則增加了熱力系統(tǒng)的復雜性，增加了廠房面積，但是降低了廠用電率[3]。一般中小熱電廠的給水泵常用電動機驅動，也有發(fā)電廠將電動給水泵改為汽動給水泵[2]，以節(jié)省廠用電。以下選取浙江某新建發(fā)電廠為研究對象，對機組在不同給水泵驅動方式下作技術經濟比較。

1 機組概況

某新建4×50 MW供熱發(fā)電機組配置4臺鍋爐、4臺汽輪機，采用高溫高壓燃煤鍋爐，鍋爐出口蒸汽參數為10.11 MPa/540℃；汽輪機采用高溫高壓抽汽背壓式汽輪機，入口參數為9.1 MPa/535℃，二級加熱器抽汽，對外供熱蒸汽為3.3 MPa的可調整抽汽和0.981 MPa的汽輪機排汽，額定供熱量分別為162.5 t/h和167.2 t/h。機組主要參數如表1所示。

2 給水泵驅動方案

2.1 給水泵方案

為兼顧經濟性與可靠性，機組采用切換母管制給水系統(tǒng)[4]，因此單臺給水泵出力與鍋爐容量相匹配。每臺給水泵的設計流量為鍋爐容量的110%，即523 t/h，設計揚程約1 670 m，考慮給水泵效率和連接效率，給水泵的輸入功率約為2 700 kW。給水泵可選方案分為兩大類，每臺機組配1臺電動給水泵，或每臺機組配1臺汽動給水泵。另設備用電動給水泵。

表1 機組主要參數

2.2 汽動給水泵的驅動蒸汽來源選擇

根據給水泵汽輪機的驅動蒸汽來源不同，驅動蒸汽可以分為高壓蒸汽、中壓蒸汽和低壓蒸汽。高壓蒸汽直接來自鍋爐出口主蒸汽，中壓蒸汽來自可調整抽汽，低壓蒸汽來自主汽輪機排汽[5]。根據給水泵汽輪機做功乏汽的去向不同，又可以分為如表2所示的常規(guī)方案。

表2 汽動給水泵驅動蒸汽方案

將以上方案進行初步篩選。

采用鍋爐主蒸汽為驅動蒸汽：高壓蒸汽的蒸汽管道和給水泵汽輪機的缸體材質都必須為合金鋼，投資大；尤其對于給水泵汽輪機排汽為3.3 MPa的方案，排汽壓力高，存在焓降小、汽缸壁過厚的問題，制造困難，經濟性明顯不佳。

采用可調整抽汽為驅動蒸汽：排汽為0.98 MPa時，蒸汽的焓降過小，需要汽量大，經濟性不佳；排汽為0.2 MPa時，雖然蒸汽焓降大，但是汽量小，不足以供除氧器的用汽。

初步計算以上5個汽動給水泵方案的汽輪機熱耗，方案間的熱耗差別小。為了滿足機組的穩(wěn)定運行，還應考慮給水泵汽輪機的備用汽源，該項目老廠的輔助蒸汽壓力為1 MPa，可以作為啟動汽源和備用汽源，提高了系統(tǒng)的安全性[6]。因此綜合考慮，給水泵汽輪機的驅動蒸汽采用0.98 MPa的主汽輪機排汽。

3 方案比較

3.1 比較方法

對汽動給水泵方案和電動給水泵方案分別進行熱平衡計算，再根據計算結果比較各方案的經濟性。

3.2 比較條件

熱電聯產工程采用“以熱定電”的運行模式[7]，所以無論采用汽動給水泵還是采用電動給水泵，熱平衡計算時要求低壓和中壓供熱量相同，在此基礎上調整汽輪機進汽量和自用汽量的不同。

2種方案均采用兩級高壓加熱器。當采用汽動給水泵時，給水泵汽輪機的排汽（0.2 MPa）可以作為補水的加熱汽源，實現了能量的梯級利用；而采用電動給水泵時，補水直接進入高壓除氧器，由主汽輪機的低壓排汽（0.98 MPa）進行加熱。

3.3 熱平衡計算與分析

對2個方案進行熱平衡計算，并計算熱效率、標煤耗率等經濟指標[8]，結果如表3所示。

由熱平衡計算可以看到：由于需要低壓排汽供給汽動給水泵，汽動給水泵方案比電動給水泵方案增加了5.7 t/h的進汽量，因此機組發(fā)電量比電動給水泵方案增加了740 kW。由于2個方案的供熱量保持不變，電動給水泵方案的熱電比和供熱比均大于汽動給水泵方案，因此全廠熱效率更高，從而發(fā)電標煤耗和供電標煤耗更優(yōu)。在2個方案供熱量相等的情況下，由于電動給水泵方案的廠用電率高，因此導致該方案的供熱標煤耗率更高。

3.4 經濟性比較

表3 各方案熱平衡和經濟指標計算結果

3.4.1 初投資估算

電動給水泵方案的配套設備和廠房布置相對簡單，以電動給水泵為參照，與汽動給水泵方案進行設備及廠房初投資比較，見表4。

表4 各方案初投資比較萬元

3.4.2 年運行費用比較

汽動給水泵方案的年發(fā)電量更高，因此供電量和耗煤量均大于電動給水泵方案。根據浙價資[2015]94號文《浙江省物價局關于電價調整有關事項的通知》，安裝脫硫設施的非省統(tǒng)調公用熱電聯產發(fā)電機組上網電價為0.505 8元/kWh，標煤價格712元/t，計算各方案的年運行收益，比較結果如表5所示。

表5 各方案年運行費用比較

3.4.3 年凈收益比較

按照機組運行年限20年、年利率8%計算，得到年凈收益和回收年限，如表6所示。

表6 各方案年凈收益和回收年限比較

3.4.4 小結

從上述比較可以看到，采用汽動給水泵具有以下優(yōu)勢：

（1）對于低壓排汽，采用汽動給水泵實現了能量的梯級利用，而采用電動給水泵只能直接將低壓排汽用于加熱補水。

（2）在采用以熱定電的運行模式下，采用汽動給水泵可以多供電，從而帶來經濟效益。

4 采用汽動給水泵的回熱系統(tǒng)優(yōu)化

從上述分析中可以看到，采用給水泵汽輪機的驅動蒸汽采用0.98 MPa的主汽輪機排汽，做功乏汽約為0.2 MPa。通常該乏汽會排入大氣式除氧器，與高壓除氧器聯合運行，對補水進行兩級除氧，熱力系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 兩級除氧（大氣式除氧器+高壓除氧器）

雖然兩級除氧有較好的除氧效果，對蒸汽的能級梯度利用較為合理，但是在變負荷運行時，大氣式除氧器對蒸汽的需求與給水泵汽輪機的排汽之間匹配不理想，因此對該方案進行了優(yōu)化，將大氣式除氧器替換為表面式補水加熱器，熱力系統(tǒng)如圖2所示。表面式補水加熱器占地小，該方案的設備投資和主廠房投資均更加節(jié)省。

圖2 一級除氧（高壓除氧器），配表面式補水加熱器

兩級除氧方案與“高壓除氧+表面式補水加熱器”方案的熱力性能參數和經濟性指標幾乎相同。在對相關制造廠家、實際運營發(fā)電廠進行調研后，認為采用一級高壓除氧的除氧效果是可靠的，因此對原汽動給水泵的方案進行優(yōu)化，即系統(tǒng)中設置高壓除氧器和表面式補水加熱器各1臺。

5 結論

（1）50 MW機組宜采用汽動給水泵。采用汽動給水泵實現了能量的梯級利用，將低壓排汽用于驅動給水泵汽輪機，而采用電動給水泵只能直接將低壓排汽用于加熱補水；在采用以熱定電的運行模式下，采用汽動給水泵可以多供電，從而帶來經濟效益。

（2）汽動給水泵方案宜采用主汽輪機排汽為驅動蒸汽，做功乏汽排入表面式補水加熱器，熱力系統(tǒng)中配置1臺高壓除氧器。該方案兼顧了運行效果和除氧效果，為汽動給水泵的最佳方案。

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Selection and Optimization of Feedwater Pump Driving Manners in 50 MW Steam-extraction back-pressure Combined Heat and Power Units

HUANG Qiwei， LIN Junguang， HUANG Zhicheng， ZHOU Bin

（CEEG Zhejiang Electric Power Design Institute Co.， Ltd.， Hangzhou 310012， China）

The paper elaborates on different driving manners for feedwater pump of 50 MW steam-extraction back-pressure combined heat and power units.Based on a new unit in Zhejiang province，this paper analyzes the technical and economic differences between steam feed pump and electric feedwater pump.The analysis shows that the steam feedwater pump had higher initial cost and higher annual revenue.It is an optimal scheme that the steam feedwater pump is equipped with a one-stage deoxygenator and a surface make-up water heater.

steam-extraction back-pressure； combined heat and power； steam feed-water pump； electric feed-water pump；make-up water heater

10.19585/j.zjdl.201709015

1007-1881（2017）09-0071-04

TM621.4

B

2017-05-15

黃琪薇（1986），女，工程師，主要從事火力發(fā)電廠機務專業(yè)設計。

（本文編輯：徐 晗）