1 000 MW直接空冷機組凝結水泵配置方案探討

胡訓棟，曲 寧，高振寶

（山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟南 250013）

0 引言

隨著國家節能減排的要求，一批高參數、大容量發電機組陸續開展前期工作，一些汽機輔助設備選型的重要性也凸顯出來，其經濟性和可靠性是選擇的主要依據。

凝結水泵（以下簡稱凝泵）作用是將汽輪機凝汽器（空冷機組為排汽裝置）內的凝結水升壓送至除氧器，并向汽機房內一些減溫器提供減溫水。作為凝結水系統的關鍵設備和電廠的重要輔機，在凝結水系統設計中，其合理配置是優化凝結水系統的關鍵。

1 國內外1 000 MW機組凝泵配置概況

目前，我國1 000 MW超超臨界機組的建設正處于發展階段，其中凝結水泵配置大體分為兩種，2×100%容量和 3×50%容量。

由于凝結水系統的容量為2 100～2 400 t/h，凝泵的揚程為310～330 mH20，國內已經投運的機組中，按2×100%容量設置的凝泵，除華能金陵電廠采用國產沈陽透平機械股份有限公司（以下簡稱沈陽水泵）的4臺凝泵外，其它均采用進口設備。目前火電項目中，沈陽水泵廠還擁有江蘇常熟電廠4臺泵的訂貨業績，上海KSB泵有限公司（以下簡稱上海KSB）有遼寧紅沿河核電廠、福建寧德核電廠、浙江方家山核電廠、華潤電力湖北有限公司二期工程蒲圻電廠等38臺泵訂貨業績，荏原博泵有浙江嘉祥2臺泵訂貨業績，但是這些都還沒有投運。

對于3×50%容量設置的凝泵，由于單泵容量低于600 MW機組2×100%容量設置的凝泵，揚程基本相當，選用的均是國產設備。國內凝結水泵廠商有沈陽水泵、上海KSB、長沙水泵廠等。這3家國內廠商均有600 MW機組100%容量凝結水泵的訂貨或運行業績，而對1 000 MW機組50%容量的凝結水泵也有較多的訂貨或運行業績。

國外1 000 MW等級的機組主要集中在歐洲和日本。配置除上述以外，增加2×50%容量配置，廠家主要有SULZER、KSB、EBARA（荏原制作所）等。外高橋電廠三期、華能玉環電廠等國內1 000 MW機組均采用SULZER的2×100%凝泵。國內外1 000 MW機組凝泵配置情況見表1。

2 凝泵配置方案比較

結合上述國內外已投運的1 000 MW機組的具體情況，對本工程凝泵的設置按以下三種方案進行討論比較。

表1 國內外1 000 MW機組凝泵配置情況表

方案一：2×100%（帶一臺變頻器）

方案二：3×50%（帶兩臺變頻器）

方案三：3×50%（不帶變頻器）

2.1 技術特點比較

方案一。每臺機組配置2臺100%流量的凝結水泵，配一套變頻器，采用一拖二運行。正常運行時，1臺泵運行，1臺泵備用，當運行泵故障或檢修時，變頻器通過切換開關切換至備用泵。凝結水主管路上的調節閥不能取消，作為變頻器故障或檢修時的備用調節手段。此方案優點是系統調節靈活簡單方便。缺點一是需要單獨設置變頻器房間，二是保留凝結水主管路的調節閥，意味著凝結水泵揚程計算時需要計入調節閥的節流損失，使得凝結水泵的揚程和電機容量選擇偏大，影響到運行效率和電機價格。

方案二。每臺機組配置3臺50%流量的凝結水泵，配兩套變頻器，采用1號變頻器與1、2號凝結水泵的電機設計為一拖二的運行模式；2號變頻器與3號凝結水泵的電機設計為一拖一運行模式。正常運行時，1、3號泵或2、3號泵變頻調節運行。負荷小于等于55%時，3臺泵任何1臺都可單獨變頻運行。當任何1臺變頻器故障時，不推薦1臺泵工頻運行1臺泵變頻運行，因為凝結水流量的調節難度大，易出現工頻泵和變頻泵無法并列運行的情況，且調速運行的范圍很窄［1］。故推薦保留凝結水主管路上的調節閥，作為變頻器故障或檢修時的備用調節手段。此方案優點是系統調節比較靈活方便，運行的安全可靠性較高。缺點：需要單獨設置變頻器房間，且設備數量多，占地面積大；需要保留凝結水主管路的調節閥，凝結水泵揚程需計入調節閥的節流損失，使得凝結水泵的揚程和電機容量選擇偏大，影響到運行效率和電機價格；初投資較大。

方案三。每臺機組配置3臺50%流量的凝結水泵，不配變頻器，采用定速運行，通過主凝結水管路上的調節閥來調節流量。此方案的優點是：系統簡單，運行維護方便，由于不設變頻器，相對占地面積小、投資省；缺點是：通過傳統的節流調節來調節流量，效率低、能耗高。

2.2 初投資比較

對于上述三種配置方案，初投資的主要差別在于凝泵組及變頻器的價格差別。1臺機組的初投資經濟比較見表2。

表2 凝泵各方案初投資比較表（按1臺機組）

從表2可以看出，三種配置方案中，方案二的初投資最高，方案三的初投資最省。

2.3 凝泵運行費用比較

考慮到凝泵不加變頻器，在負荷大幅降低的情況下，泵的耗電量依然很多，表3為1組某330MW電廠的實測數據［2］。

表3 某330MW電廠的實測凝泵耗電數據（1臺機組）

從表3可以看出，同為100%負荷，凝泵采用變頻的耗電量是采用定速的85%，主要原因在于凝泵電機是按選型工況選擇的，而選型工況流量和揚程分別約是100%額定負荷的1.1倍，因此凝泵選型工況與100%額定負荷軸功率又差21%，電機功率差約20%。

從表3還可看出，在采用變頻泵時，與100%負荷相比，75%負荷時耗電量降低為50%，經咨詢變頻器廠家，此值修正為53%；50%負荷時耗電量降低為30%。在采用定速泵時，與100%負荷相比，75%負荷時耗電量降低為93%，50%負荷時因方案二和方案三取50%流量泵，可按照1臺運行考慮。

根據以上得出的凝泵在不同負荷變化時電機消耗電量之間關系的規律，可計算1臺機組的凝泵運行費用，見表4。

2.4 凝泵年費比較

根據年費用比較公式：

式中：A為年費用；P為初投資；S為系統費用，此處取0；R為年運行費；I為基準收益率，取0.08；n為經濟生產年（國產變頻器取15 a，進口變頻器取20 a，泵及其它取 20 a）。

注：經咨詢，國產變頻器廠家的設計壽命為15 a，運行壽命可達20 a，經濟生產年暫按15 a考慮；國外進口變頻器（西門子）設計壽命20 a，運行壽命30 a，經濟生產年暫按20 a考慮。1臺機組的凝泵年費比較見表5。

3 結論

表4 凝泵運行費用比較表（按1臺機組）

表5 凝泵年費比較表（按1臺機組）

費用方面：盡管方案三的初投資較省，但是耗電量增大很多，年費最高；方案二的耗電量與方案一差不多，但是初投資較多，年費次之；方案一的年費最少。

另外方案一相對于方案二和方案三來說，占地面積小。

變頻控制方面：方案一為一拖二控制，方案二為一拖一、一拖二組合控制，兩個方案都能在不影響機組運行的前提下，實現變頻泵與工頻泵之間的安全切換，但方案一的控制較為簡單。

綜上所述，推薦1 000 MW機組凝結水泵配置方案為每臺機組選用方案一（2×100%容量凝結水泵加一臺變頻器）。