熱網(wǎng)循環(huán)泵驅(qū)動(dòng)方式選擇

【摘要】隨著國(guó)家能源政策的調(diào)整，300MW級(jí)供熱機(jī)組已經(jīng)逐漸成為熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的主力機(jī)型，單臺(tái)機(jī)組最大抽汽量達(dá)到了550～600t/h，按照一般建設(shè)兩臺(tái)機(jī)組考慮，熱網(wǎng)循環(huán)水量在10000t/h左右，熱網(wǎng)循環(huán)水泵功率較大。按照各發(fā)電集團(tuán)設(shè)計(jì)優(yōu)化的理念，希望能夠盡可能的降低廠用電率，以期獲得較好的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)以及較大的供電收益。所以本文對(duì)現(xiàn)有的熱網(wǎng)循環(huán)水泵電動(dòng)與汽動(dòng)的驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行了分析論證， 采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方案比工業(yè)汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)方案節(jié)省初投資348萬元，節(jié)省年運(yùn)行費(fèi)用約132萬元，經(jīng)濟(jì)性最好。本文推薦熱網(wǎng)循環(huán)水泵為電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。

【關(guān)鍵詞】供熱；熱網(wǎng)循環(huán)水泵；電動(dòng)；汽動(dòng)

0.前言

目前，國(guó)內(nèi)的熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組多為300MW級(jí)供熱機(jī)組，按照該等級(jí)機(jī)組的最大供熱能力，熱網(wǎng)循環(huán)水泵的流量將達(dá)到10000t/h。由于電廠一般距市區(qū)較遠(yuǎn)，熱網(wǎng)供熱半徑多的達(dá)到十幾公里，阻力較大，因此，作為熱水網(wǎng)供熱“心臟”的熱網(wǎng)主循環(huán)水泵需配置高揚(yáng)程、大功率水泵，拖動(dòng)水泵的功率幾乎均在1000kW以上。

熱網(wǎng)循環(huán)水泵大多數(shù)都是由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，但是也有一些電廠出于減少?gòu)S用電的目的，使用工業(yè)汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)熱網(wǎng)泵。本文即針對(duì)這兩種驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)的分析，為電廠的設(shè)備選型提供參考。

1.熱網(wǎng)循環(huán)水泵驅(qū)動(dòng)方式的介紹

熱網(wǎng)循環(huán)水泵一般分為兩類，一類為電動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵，驅(qū)動(dòng)設(shè)備為電動(dòng)機(jī)，另一類為汽動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵，驅(qū)動(dòng)設(shè)備為工業(yè)汽輪機(jī)。工業(yè)汽輪機(jī)一般為背壓式，是以壓力蒸汽沖動(dòng)汽輪機(jī)葉輪做功的原動(dòng)機(jī)。汽輪機(jī)的進(jìn)汽可以是新蒸汽，也可以是汽輪機(jī)的抽汽或背壓排汽。熱網(wǎng)循環(huán)水泵在所有的采暖供熱機(jī)組中均有應(yīng)用，基本上都采取的是第一類電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的方式，采用液力耦合器或者變頻器進(jìn)行調(diào)節(jié)。目前也有一些熱電廠也采用了汽動(dòng)的熱網(wǎng)循環(huán)水泵，例如華能臨沂電廠、華能國(guó)際丹東電廠、江蘇陽(yáng)光璜塘電廠等。

2.電泵和汽泵的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

2.1比較原則

在電廠中，采用工業(yè)汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備主要是為了在發(fā)電機(jī)容量相同的情況下，適當(dāng)增加鍋爐的出力，電廠能多向電網(wǎng)供電。

由于熱網(wǎng)循環(huán)水泵數(shù)量多、功率有限，且配置單獨(dú)的汽輪機(jī)系統(tǒng)復(fù)雜、布置緊張，所以，國(guó)內(nèi)目前投運(yùn)的300MW級(jí)供熱機(jī)組，除少數(shù)電廠采用汽泵外，例如華能臨沂熱電廠每臺(tái)機(jī)組配置兩臺(tái)50%汽泵，另設(shè)1臺(tái)50%電泵作為備用，大多數(shù)電廠均配置電動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵。

對(duì)汽泵方案和電泵方案進(jìn)行全面的比較的兩個(gè)基本原則：

其一、兩個(gè)方案的比較基礎(chǔ)是各主機(jī)配置容量相同，即鍋爐的各種出力工況下給水流量、汽輪機(jī)的主蒸汽、再熱蒸汽壓力、溫度和流量參數(shù)相同、發(fā)電機(jī)容量相同。汽輪機(jī)維持高、中壓缸設(shè)計(jì)基本不變，因此各主機(jī)的價(jià)格基本相同。主機(jī)配置相同，主要是由于主機(jī)的定義是按照純凝工況來進(jìn)行設(shè)計(jì)，所以，不論是采用汽動(dòng)或者是電動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵，對(duì)機(jī)組的容量沒有影響。

其二、兩個(gè)方案循環(huán)水泵組配置相似，功能基本相同，電泵方案采用2×50%容量電動(dòng)調(diào)速熱網(wǎng)循環(huán)水泵，汽泵方案采用2×50%容量汽動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵。全廠共設(shè)4臺(tái)熱網(wǎng)循環(huán)水泵，不設(shè)備用泵。

2.2兩種方案對(duì)于汽機(jī)熱平衡圖的影響

東方汽輪機(jī)廠對(duì)于某工程的相同外界條件，分別提供了配置電動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵和汽動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵的熱平衡圖，兩個(gè)方案的各工況主蒸汽、再熱蒸汽的流量、壓力、溫度均相等。

采暖期額定抽汽工況主蒸汽參數(shù)如下：1144.5t/h，24.2MPa（a），566℃，此時(shí)，電泵方案發(fā)電機(jī)端輸出電量為320.817MW，汽機(jī)熱耗為6342kJ/kWh，汽泵方案發(fā)電機(jī)端輸出電量為318.847MW，汽機(jī)熱耗為6357kJ/kWh。

熱平衡圖上真實(shí)、詳細(xì)的各技術(shù)參數(shù)是進(jìn)行方案比較的基礎(chǔ)。

2.3安全可靠性比較

汽動(dòng)泵系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，運(yùn)行操作也比較復(fù)雜，工業(yè)汽輪機(jī)的進(jìn)汽參數(shù)會(huì)隨著主機(jī)參數(shù)變化而晝夜變化，運(yùn)行調(diào)節(jié)頻繁。

電動(dòng)泵方案系統(tǒng)簡(jiǎn)單，操作方便，能夠快速啟動(dòng)，不但能滿足帶基本負(fù)荷的運(yùn)行要求，同時(shí)也能滿足機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行時(shí)靈活調(diào)節(jié)的要求。另外電動(dòng)泵運(yùn)行不受主機(jī)參數(shù)變化的影響。

所以，在安全可靠性上汽動(dòng)泵不如電動(dòng)泵。且在國(guó)內(nèi)在熱網(wǎng)循環(huán)水泵上采用汽動(dòng)泵的電廠并不多。

另一方面，汽動(dòng)泵從四段抽汽作為汽源，在最大循環(huán)水量時(shí)，抽汽量基本已達(dá)到四段抽汽的極限，汽輪機(jī)不能提供輔助蒸汽作為機(jī)組的備用汽源，必須通過其他的方式獲得輔助汽源。

2.4兩種配置方案對(duì)投資的影響分析

2.4.1主機(jī)設(shè)備比較

兩個(gè)方案配置的鍋爐參數(shù)完全一樣，故對(duì)鍋爐的選擇無影響。

電泵方案將局部增加中壓缸的通流量，經(jīng)咨詢汽機(jī)廠，此變化基本不影響機(jī)組價(jià)格。

2.4.2控制系統(tǒng)比較

電泵方案的循環(huán)水調(diào)節(jié)在DCS中實(shí)現(xiàn)，控制點(diǎn)數(shù)較少。

汽泵方案的循環(huán)水調(diào)節(jié)在循環(huán)泵汽輪機(jī)電液控制系統(tǒng)（MEH）中實(shí)現(xiàn)，控制點(diǎn)數(shù)較多，需要增加專用的MEH機(jī)柜，控制方案較復(fù)雜。循環(huán)泵汽機(jī)的運(yùn)行又受到大機(jī)抽汽的影響，同時(shí)又影響了循環(huán)水的調(diào)節(jié)。另外、由于控制點(diǎn)數(shù)增加，需增加計(jì)算機(jī)電纜和有關(guān)的控制柜，兩臺(tái)機(jī)組約增加60萬元。

2.4.3電氣系統(tǒng)比較

在電纜和開關(guān)柜方面，電泵方案較汽泵方案的用量有所增加，兩臺(tái)機(jī)組約增加60萬元。

2.4.4主廠房設(shè)備布置及安裝比較

熱網(wǎng)循環(huán)泵的配置方案對(duì)主廠房的布置格局和主廠房容積將產(chǎn)生影響。若采用汽動(dòng)循環(huán)水泵，由于工業(yè)汽輪機(jī)的進(jìn)汽來自四段抽汽，排汽排至五段抽汽，管道系統(tǒng)較為復(fù)雜，因此采用單元制的采暖供熱系統(tǒng)，熱網(wǎng)設(shè)備分散布置在汽機(jī)房?jī)?nèi)較為合適。電動(dòng)循環(huán)水泵不受此限制，既可以分散布置在汽機(jī)房?jī)?nèi)，也可以集中布置熱網(wǎng)首站。

將熱網(wǎng)設(shè)備分散布置在汽機(jī)房，取消熱網(wǎng)首站，供熱蒸汽管道長(zhǎng)度減少，但是增加了供回水管道，且管道較大，在汽機(jī)房?jī)?nèi)布置也比較困難。

2.5年運(yùn)行費(fèi)用比較

根據(jù)本工程汽輪機(jī)熱平衡圖，按標(biāo)準(zhǔn)煤耗計(jì)算可以看出：由于主機(jī)的效率高于工業(yè)汽輪機(jī)，所以電動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵的發(fā)電量扣除電動(dòng)機(jī)消耗后供電量仍高于汽動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵。所以電動(dòng)方案可以增加電廠的收益（比較基于相同主蒸汽量，上網(wǎng)電價(jià)取0.3435元/kWh）。

目前國(guó)內(nèi)很多大容量的機(jī)組推薦采用汽動(dòng)風(fēng)機(jī)，主要原因是在機(jī)組的工況定義中，采用汽動(dòng)風(fēng)機(jī)后可以增加主蒸汽的流量，扣除引風(fēng)機(jī)的用汽量后，還可以發(fā)銘牌功率，這樣就可以增加供電量，獲得較大的供電收益。但是對(duì)于熱網(wǎng)循環(huán)水泵而言，由于機(jī)組的工況定義是在純凝工況，所以在供熱時(shí)，并不能增加主蒸汽流量，從而導(dǎo)致發(fā)電量小于電動(dòng)方案。

2.6綜合經(jīng)濟(jì)分析

注：年固定費(fèi)用率取14.5%。

3.結(jié)論

根據(jù)以上簡(jiǎn)要分析，得出結(jié)論如下：汽動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵系統(tǒng)復(fù)雜、初投資高、運(yùn)行費(fèi)用高，綜合比較后不如電動(dòng)循環(huán)水泵方案，本文不推薦。

電動(dòng)循環(huán)水泵方案具有初投資少，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，易于布置，設(shè)備可利用率及可靠性高等特點(diǎn)。不論從技術(shù)還是經(jīng)濟(jì)性比較，都優(yōu)于汽動(dòng)泵方案。

因此，本文對(duì)于2×350MW供熱機(jī)組的熱網(wǎng)循環(huán)水泵，推薦采用電動(dòng)方案。