660MW超超臨界燃煤機組給水泵配置選型分析

鄧成剛，范永春，張鵬

(廣東省電力設計研究院，廣州市，510663)

0 引言

鍋爐給水泵是發電廠最重要的水泵，隨著超超臨界機組在我國的推廣應用，對給水泵的性能提出了更高的要求。給水泵組的性能優劣不僅直接影響其自身的安全性和經濟性，而且對整臺機組能否長期安全、經濟運行有直接影響。本文結合南方某660MW超超臨界機組給水泵組配置進行綜合技術經濟分析，確定合理的選型方案。

1 汽動給水泵選型

1.1 汽動給水泵容量選擇

汽動給水泵的臺數和容量選擇，取決于機組容量、設備質量、機組在電網中的作用、設備投資等多種因素。目前，火力發電機組采用汽動給水泵方案主要有1×100%容量(簡稱100%方案)及2×50%容量(簡稱50%方案)2種方案。

采用100%方案可簡化系統，而且機組熱耗比50%方案低，根據生產廠家提供的資料可知:在閥門全開(valve whole opening，VWO)工況、汽輪機熱耗保證(turbine heat acceptance，THA)工況、最大連續功率(turbine maximum continuous rating，TMCR)工況、汽輪機額定(turbine rating load，TRL)工況下，660MW機組采用50%方案與100%方案的小汽機均可以保持較好的內效率，設計工況一般在83%以上;75%THA工況時，50%方案的小汽機內效率可以保持在75%～80%，100%方案的小汽機內效率一般在70% ～78%;50%THA工況時，50%方案的小汽機內效率一般在70% ～78%，100%方案的小汽機內效率一般在60% ～70%。因此，對于經常帶基本負荷運行的機組，采用100%容量汽動給水泵有利于提高機組的經濟性［1］。但當100%容量汽動給水泵組故障時，對沒有啟動功能、備用功能的電動給水泵的機組，則只能靠電泵維持低負荷運行。

汽動給水泵采用50%方案時，機組運行靈活。當1臺汽動泵組故障解列時，另1臺汽動給水泵還可以運行，并維持盡量高的負荷，提高電廠的經濟性。

1.2 汽動給水泵配置概況

目前，國內外660MW超超臨界機組主要配置方案見表1［2-3］。其中，BMCR為鍋爐最大連續出力(boiler maximum continuous rating)。

表1 國內外660MW超超臨界機組主要配置方案Tab.1 Main configuration scheme for 660MW ultra-supercritical unit at home and abroad

由表1可看出，采用100%方案或者50%方案都是可行的，且都有較多運行業績。對于給水泵，國外660MW機組基本上采用100%方案，國內目前大部分采用50%方案，但100%方案已經開始應用。

單臺機組的汽動給水泵采用100%方案與50%方案的經濟比較如表2所示，表中給水泵采用進口芯包。由表2可看出:汽動給水泵100%方案與50%方案的投資相差不大，單臺機組采用100%方案比50%方案的投資增加約為24.5萬元。

單臺機組的汽動給水泵100%方案與100%方案運行維護費用比較如表3所示。計算年維修費用時，單臺泵按2臺泵的80%計算。由表3可看出:汽動給水泵采用100%方案具有明顯的優勢，每年可節約39.6萬元。

?

?

汽動給水泵采用100%方案與采用50%方案的投資相差很小，每臺機僅增加24.5萬元，但100%方案具有明顯的運行經濟性，年節約運行維護費用39.6萬元，當年可回收成本。因此，建議汽動給水泵采用100%方案。

2 主機驅動方案選擇

2.1 主機驅動方案

主機驅動方案(給水泵汽輪機和主汽輪機同軸)就是給水泵直接采用主汽機驅動的方式，即在運轉層汽輪機機頭側，由汽機主軸通過聯軸器、減速箱、液力偶合器等傳動裝置帶動給水泵運行［4］。聯軸器與主汽輪機連接屬于剛性連接，但不是主汽輪機主軸的延伸，需采用合適的聯軸器(如齒輪聯接)，使其以后的軸系可以不計入汽輪機主軸臨界轉速校核。此種配置可配備1×100%容量的給水泵或2×50%容量的給水泵，當配置2臺50%容量給水泵時，通過齒輪箱將1個汽機主軸做功分傳至2個給水泵主軸。當配置1×100%給水泵時，液力偶合器的選型要求輸入轉速在2 000 r/min左右。

2.2 主機驅動方案的可行性

主機驅動方案引起的對汽輪機及發電機設備如軸系振動、系統控制等問題可研究解決，即不存在技術上難題，是可行的方案。國外類似電廠已有幾十年運行經驗，國外相似工程配置見表4［2-10］。

主汽輪機與給水泵的連接為通過液偶、減速箱配置，經過液力偶合器廠家的確認此方案是可行的。

表4 主汽輪機驅動給水泵方案配置Tab.4 Scheme configuration of feedwater pump driven by main steam turbine

2.3 主機驅動方案技術經濟性

考慮到主機驅動方案特殊性，僅比較1×100%容量獨立小汽機驅動方案(簡稱獨立小汽機驅動方案)的經濟性。

2.3.1 熱耗比較

根據上海汽輪機按工程條件提供的熱衡圖，主機驅動方案與獨立小汽機驅動方案的熱耗對比見表5、6。表中，TMCR為汽輪機最大連續功率(turbine maximum continuous rating)。由表5、6 可看出:主機驅動方案汽輪機的熱耗值低，且隨負荷降低而增大;機組年利用小時數越低，熱耗值相差越大。

?

?

2.3.2 投資比較(單臺機組)

主機驅動方案與獨立小汽機驅動方案的投資比較如表7所示。由表7可看出，主機驅動方案的固定投資增加972.3萬元。

表7 主機驅動方案與獨立小汽機驅動方案的投資比較Tab.7 Investment contrast for schemes of feedwater pump driven by main steam turbine and by small independent turbine

2.3.3 運行維護費用比較

主機驅動方案與獨立小汽機驅動方案的運行維護費用對比如表8所示。由表8可看出，采用主機驅動方案能節省運行維護費用，且隨機組年利用小時數的增大而減小。按工程的實際運行時間，年節省運行維護費用145.7萬元，經濟效益較明顯。

表8 主機驅動方案與獨立小汽機驅動方案的運行維護費用比較Tab.8 contrasts of Operation and maintenance cost for schemes of feedwater pump driven by main steam turbine and by small independent turbine

2.3.4 回收年限比較

主機驅動方案與獨立小汽機驅動方案的回收年限比較如表9所示。計算時，年利率取6.12%。由表9可看出，主機驅動方案相比獨立小汽機驅動方案投資回期最長不超過10年，且隨煤價升高及運行小時數減小而縮短。按工程的煤價850元/t考慮，回收年限大約在8.8年，投資回收期在投資分析年限12年內，具有長期經濟效益。

表9 主機驅動方案與獨立小汽機驅動方案的回收年限比較Tab.9 Recovery period contrast for schemes of feedwater pump driven by main steam turbine and by small independent turbine

2.4 存在問題

(1)采用100%方案的給水泵汽輪機目前只有杭州汽輪機廠能生產，存在招標及采購困難。

(2)目前，主機驅動方案在國內還未有相似業績，主汽輪機與給水泵的配合設計時間長，可能影響整個工程投產日期。

(3)國外廠家指出給水泵與主機汽輪機配套的液力偶合器、減速箱是可行的，且有相似工程配合業績，但其傳遞功率增加較大，應用存在一定風險。

(4)現階段液力偶合器僅福依特公司能生產，同樣存在招標及采購困難，且價格存在較大變數，影響機組經濟性。

2.5 小結

主機驅動方案技術上是可行的，盡管每臺機組投資增加972多萬元，但運行維護費用年降低145.7萬元，回收年限在8.8年，此方案具有一定經濟性。

3 結論

(1)推薦汽動給水泵配置采用100%方案，相比于50%方案，其投資相差很小，每臺機組僅增加24.5萬元，但年節約運行維護費用39.6萬元，當年可回收成本，具有明顯的運行經濟性。

(2)給水泵采用主機驅動方案在技術上是可行的，投資回收期在8.8年，具有長期經濟效益。

［1］俞興超.外高橋第三發電廠1 000MW機組給水泵配置方案［J］.電力建設，2009，30(2):69-72.

［2］鄧成剛，張鵬，范永春，等.給水泵優化配置專題［R］.廣州:廣東省電力設計研究院，2011.

［3］吳志祥，朱鵬安.1 000MW火電機組給水泵驅動方式的熱經性比較［J］.華東電力，2010(4):583-586.

［4］于鳳新，譚紅軍，王珩，等.給水系統優化配置專題［R］.廣州:東北電力設計院，2010.

［5］范永春，鄧成剛，石佳.1 000MW超超臨界機組電動給水泵選擇［J］.電力建設，2006，27(12):61-63，67.

［6］王桂峰，童科慰，王艦.大型火電機組給水泵配置建議［J］.浙江電力，2009(5):52-54.

［7］王堅.1 000MW 級空冷機組給水泵配置選型探討［J］.電力建設，2007，28(6):41-44.

［8］錢海平，徐紅波.1 000MW超超臨界機組給水泵型式及容量的選擇［J］.電力建設，2006，27(9):45-49.

［9］李京茂，吳勝利，王璟，等.電廠給水泵不同驅動方式的經濟性研究［J］.陜西電力，2010(7):72-74.

［10］王駿，趙世明.超超臨界機組鍋爐給水泵選型探討［J］.江蘇電機工程，2010(5):77-78，81.