銀星電廠主給水系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)及應(yīng)用

張曉莊

（寧夏銀星發(fā)電有限責(zé)任公司，寧夏銀川 750000）

1 項(xiàng)目概況

銀星電廠2×660MW 工程項(xiàng)目為典型坑口電廠，建設(shè)規(guī)模為132 萬(wàn)千瓦，建設(shè)2×660MW 等級(jí)超超臨界、燃煤、間接空冷機(jī)組，按照超凈排放標(biāo)準(zhǔn)，同步建設(shè)脫硫、脫硝和高效電除塵設(shè)施, 工程燃煤是由中鋁寧夏能源集團(tuán)運(yùn)營(yíng)管理的銀星煤業(yè)有限公司供給，采用大曲徑輸煤皮帶直接輸送至廠區(qū)，距離約5.5km，系典型的“煤電一體化”項(xiàng)目。

2 超超臨界機(jī)組主給水系統(tǒng)的優(yōu)化方案設(shè)計(jì)

2.1 主給水系統(tǒng)的功能

給水系統(tǒng)的功能是從除氧器底部接出并把給水輸送到鍋爐省煤器聯(lián)箱進(jìn)口。在輸送過(guò)程中，通過(guò)加熱器加熱給水以提高循環(huán)熱效率。給水系統(tǒng)還向鍋爐過(guò)熱減溫器、再熱事故減溫器和高旁裝置提供減溫水。

2.2 常見(jiàn)給水泵組設(shè)計(jì)方案

給水泵是發(fā)電廠中重要的輔助設(shè)備之一，不僅系統(tǒng)龐大，初投資高，且其功率居發(fā)電廠輔助設(shè)備之首，為水泵選型、對(duì)工程成本控制、機(jī)組安全運(yùn)行都具有非常大的意義。

針對(duì)300MW 或以上容量濕冷機(jī)組，業(yè)界認(rèn)為：考慮到能源利用效率這塊，容量在300MW 以下的機(jī)組采用電動(dòng)調(diào)速給水泵（簡(jiǎn)稱：電動(dòng)泵），300MW 以上容量機(jī)組采用調(diào)速汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的給水泵（以下簡(jiǎn)稱：汽動(dòng)泵）。300MW 機(jī)組采用電動(dòng)泵與汽動(dòng)泵方式，在經(jīng)濟(jì)效益相比中，其差別不是很大。目前以國(guó)內(nèi)電網(wǎng)調(diào)度特點(diǎn)來(lái)看，電動(dòng)泵在用電率方面比汽動(dòng)泵方式增加約3.3%。因此，想節(jié)約用電耗能，汽動(dòng)泵的選擇是不錯(cuò)的，可使機(jī)組凈供電量增加，并且有效提高電廠的經(jīng)濟(jì)效益[1]。

目前我國(guó)600MW 級(jí)容量間接空冷機(jī)組大都采用汽動(dòng)泵方式。本工程為660MW 級(jí)超超臨界間接空冷燃煤發(fā)電機(jī)組，故項(xiàng)目初步按汽動(dòng)給水泵方案考慮[2]（圖1）。

圖1 汽輪機(jī)縱剖面圖

2.3 汽動(dòng)給水泵組的設(shè)計(jì)方案比較

汽動(dòng)給水泵組配置容量比較：

2.3.1 2×50%容量汽動(dòng)泵方案

配2×50%容量汽動(dòng)泵，運(yùn)行靈活（如圖2），可以適應(yīng)機(jī)組各種負(fù)荷，是國(guó)內(nèi)600MW 等級(jí)機(jī)組及日本600MW 等級(jí)機(jī)組的典型配置[3]，也是國(guó)內(nèi)電廠多數(shù)所采用的。一臺(tái)汽動(dòng)泵組非停時(shí)，機(jī)組仍能帶50%以上額定負(fù)荷運(yùn)行。

圖2 2x50%汽泵方案運(yùn)轉(zhuǎn)層局部布置圖

2.3.2 1×100%容量汽動(dòng)泵方案

配1×100%容量汽動(dòng)泵，單泵機(jī)組負(fù)荷范圍在30～100%內(nèi)，其主機(jī)負(fù)荷同泵的匹配性更好，更迅捷（如圖3）。負(fù)荷低于30%，切換到備用汽源，其機(jī)組的運(yùn)行也可得到保障。容量100%的汽動(dòng)泵雖然在機(jī)組負(fù)荷大于50%時(shí)比2×50%容量泵運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性高，但是遇到故障的時(shí)候，100%全容量汽動(dòng)給水泵組則只能停機(jī)，因此會(huì)對(duì)電廠的使用率上產(chǎn)生影響。對(duì)1×100%容量汽動(dòng)泵方案芯包需進(jìn)口。

圖3 1x100%汽泵方案運(yùn)轉(zhuǎn)層局部布置圖

2.4 汽動(dòng)前置泵驅(qū)動(dòng)方案比較

汽動(dòng)給水泵組前置泵的驅(qū)動(dòng)方式有兩種，一種是汽動(dòng)給水泵組的前置泵布置在0m 層，用單獨(dú)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)；另外一種是同軸汽動(dòng)給水泵組，汽動(dòng)給水泵組的前置泵和主泵同層布置，都利用給水泵汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)。

660MW 級(jí)機(jī)組汽動(dòng)給水泵組的布置方式大多采用汽動(dòng)給水泵主泵布置在汽機(jī)房運(yùn)轉(zhuǎn)層，前置泵單獨(dú)布置在除氧間零米由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。

從初投資方面考慮，前置泵與汽動(dòng)給水泵主泵同軸布置，每臺(tái)泵組能減少一臺(tái)電機(jī)，需增加一套減速齒輪箱，總體來(lái)說(shuō)，兩者初投資相當(dāng)。但是從經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方面來(lái)說(shuō)，目前電網(wǎng)調(diào)度都是依據(jù)發(fā)電機(jī)端功率調(diào)度，采用前置泵與主泵同軸布置方案，電廠廠用電率降低，電廠可以往電網(wǎng)多送電，增加經(jīng)濟(jì)性[4]。

在目前各大電力集團(tuán)均努力降低廠用電率的形式下，根據(jù)有關(guān)資料，采用汽動(dòng)給水泵組同軸布置方案，主汽輪機(jī)的熱耗值上升3.1KJ/kW.h。但機(jī)組的廠用電率降低了0.123%，選擇前置泵與主泵同軸方案、從而降低廠用電率是未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

2.5 啟動(dòng)電動(dòng)給水泵配置方案設(shè)計(jì)與優(yōu)化

2.5.1 鍋爐啟動(dòng)要求

鍋爐最小直流負(fù)荷影響電動(dòng)給水泵的容量，并且鍋爐最小直流負(fù)荷又同各鍋爐制造廠的技術(shù)要求有關(guān)。按要求，鍋爐的最小直流負(fù)荷不大于30%BMCR 工況。啟動(dòng)鍋爐系統(tǒng)和確定容量時(shí)，起確定因素有：鍋爐最低直流負(fù)荷、質(zhì)量流速選取、機(jī)組運(yùn)行方式、還有工質(zhì)的合理利用等。本工程采用無(wú)啟動(dòng)循環(huán)泵的啟動(dòng)系統(tǒng)，電動(dòng)給水泵的容量需滿足鍋爐最小直流負(fù)荷的要求。

綜上所述，根據(jù)鍋爐最小直流負(fù)荷，配置電動(dòng)給水泵容量需選用30%BMCR 工況，達(dá)到鍋爐啟動(dòng)條件。

2.5.2 電動(dòng)給水泵采用啟動(dòng)與備用的比較

目前國(guó)內(nèi)投產(chǎn)的300MW～600MW 機(jī)組，在氣動(dòng)給水泵方面，其運(yùn)行比較穩(wěn)定，在電動(dòng)給水泵備用/啟動(dòng)等功能上投入的越來(lái)越少。而且目前給水泵汽輪機(jī)的可靠性可同主機(jī)汽輪機(jī)相比，并且事故率也較低。

如果電動(dòng)給水泵不做備用，一旦汽動(dòng)給水泵組停運(yùn)，則機(jī)組只能停運(yùn)。但隨著設(shè)計(jì)、制造、裝配工藝的不斷提高，也隨之提高了汽動(dòng)給水泵組的可靠性，間接化的使電動(dòng)給水泵在備用這塊逐漸被弱化。目前國(guó)內(nèi)許多660MW 級(jí)超超臨界機(jī)組已經(jīng)在選型問(wèn)題上對(duì)電動(dòng)給水泵的備用不在考慮中人，僅有啟動(dòng)功能在考慮中。

目前，以國(guó)內(nèi)實(shí)際情況來(lái)說(shuō)，汽動(dòng)給水泵組的運(yùn)行可靠性水平已經(jīng)提升到了一定高度，并且各相關(guān)制造商的服務(wù)和配合也非常周到，使設(shè)備在修復(fù)能力這塊也得到了提升。而超超臨界660MW 機(jī)組一臺(tái)30%容量的電動(dòng)啟動(dòng)備用泵價(jià)格約為900 萬(wàn)元，2 臺(tái)660MW 機(jī)組所配啟動(dòng)備用電泵的價(jià)格約為1800 萬(wàn)元；如取消電動(dòng)給水泵的備用功能，選用電泵僅作為機(jī)組的啟動(dòng)泵，一套的價(jià)格約230 萬(wàn)。2 臺(tái)660MW 機(jī)組所配啟動(dòng)電泵的價(jià)格約為460 萬(wàn)元。

3 主給水系統(tǒng)優(yōu)化方案設(shè)計(jì)的工程應(yīng)用

本工程主給水系統(tǒng)根據(jù)優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果配置了由杭州汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的WK 系列雙分流型給水泵汽輪機(jī)和荏原機(jī)械1×100%BMCR 的容量給水泵組，整體采用前置泵與主泵同軸布置由給水泵汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的配置方式。啟動(dòng)給水泵選用30%BMCR 容量的上海電力修造廠生產(chǎn)的定速電動(dòng)給水泵。

機(jī)組除氧器運(yùn)行方式采用定-滑-定，除氧器層標(biāo)高為39.0 m。除氧器壓力變化范圍：0.147 MPa(a)-1.4 MPa(a)，除氧器水溫變化范圍：110℃（啟動(dòng)加熱）-185.2℃(VWO 工況)。給水系統(tǒng)主要輸送介質(zhì)參數(shù)如表1 所示。

表1 鍋爐給水水質(zhì)表

4 結(jié)論

綜上所述，本文充分考慮到汽動(dòng)給水泵較電動(dòng)給水泵利于減少?gòu)S用電耗能，增加機(jī)組凈供電量，提高電廠效益。同時(shí)結(jié)合國(guó)內(nèi)600MW 級(jí)容量間接空冷燃煤機(jī)組配置情況，通過(guò)對(duì)比，確定本工程采用1×100%容量汽動(dòng)泵的配置方案，前置泵與主泵同軸布置由給水泵汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)。最后，在滿足鍋爐啟動(dòng)給水需求的前提下，又大幅度節(jié)省了投資，最終確定本工程采用一臺(tái)30%容量的啟動(dòng)電動(dòng)給水泵的配置方案。經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)后方案的實(shí)施過(guò)程進(jìn)行了跟蹤，通過(guò)對(duì)機(jī)組運(yùn)行后一年旁路系統(tǒng)、主給水系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的采集、分析以及性能試驗(yàn)，最終得主給水系統(tǒng)運(yùn)行安全、可靠、經(jīng)濟(jì)，機(jī)組投產(chǎn)后未出現(xiàn)因給水系統(tǒng)設(shè)備故障導(dǎo)致機(jī)組停運(yùn)，汽輪機(jī)給水泵組運(yùn)行均達(dá)到設(shè)計(jì)效率。同時(shí)，針對(duì)啟動(dòng)電泵配置方式，對(duì)機(jī)組啟動(dòng)時(shí)上水方式進(jìn)行優(yōu)化，大幅度節(jié)約了廠用電量，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。