火電廠200MW機組給水泵改造的研究與實施方案

劉 琪

（河南電力實業集團有限公司，河南 鄭州 450052）

1 引言

近期國家在《能源發展“十一五”規劃》中強調，電力工業的節能降耗是一項十分突出的重要工作， 技術改造措施與效果對節能降耗成果的影響非常顯著， 發電行業制定了具體目標：到2010年，要使全國火電廠平均廠用電率由5.9%下降到4.5%。 國產200MW 機組所配置的鍋爐富裕蒸汽量較大，將電動給水泵改為汽動給水泵，利用鍋爐富裕蒸汽驅動給水泵，增加了該機組供電量，相當于主機增容，并且降低了廠用電率，是較好的提高機組運行經濟性的方法，也是實現節能降耗的有效措施。

河南省地處中原，交通便利、煤炭資源豐富，為全國的火電基地。自70年代以來，陸續興建了一批國產200MW 機組并且大部分都進行了汽機通流改造。 受有關電廠委托，我公司曾先后承接了數個該類型機組電動給水泵改汽動給水泵技術改造工程項目的可行性研究及實施方案的咨詢工作， 本文將結合某電廠具體實例，對有關內容進行綜合論述。

2 概述

2.1 某電廠#1 機組現狀

該廠#1 機組系東方汽輪機廠制造的超高壓、 一次中間再熱、三缸三排汽、凝汽式汽輪機，于1979年11月投產并于2001年進行了汽輪機全通流部分的技術改造， 通過了性能考核驗收試驗。 改造后額定功率為220MW，額定蒸汽量為647.4t/h，最大蒸汽量為670t/h。 鍋爐蒸發量為670t/h，說明鍋爐蒸發量仍有20余噸/時的裕量。 該機組現配套兩臺全容量的電動定速給水泵和一臺全容量的電動調速給水泵，機組正常運行時，一臺電動泵運行，兩臺備用。

#1 汽輪機組的主要技術參數：型號為N220-12.7/535/535；型式為超高壓、一次中間再熱、三缸三排汽、凝汽式汽輪機；額定功率為220MW；額定蒸汽量為647.4t/h；最大蒸汽量為670t/h；機組熱耗為8 138.96kJ/（kW·h）（1 943.96kcal/（kW·h））。

高壓缸通流效率為85.13%， 中壓缸通流效率為92.6%，低壓缸效率經修正后為88.18%，均達到了設計保證值。

2.2 #1 機組給水泵現狀

#1 機組現配套有兩臺全容量的DG680-180 型電動定速給水泵和一臺全容量的電動調速給水泵 （給水泵為DG750-180型），機組正常運行時，一臺泵運行，兩臺泵備用。

DG680-180 型給水泵的主要數據：給水流量為680t/h；揚程為1 912m；軸功率為4 381kw；配套電機容量為4 600kw。

3 項目的提出和改造的必要性

3.1 項目的提出

國產200MW 機組設計于60年代， 采用的是前蘇聯60年代的技術，國產的200MW 機組在70年代初期開始在國內投運，目前投運的近200 臺， 配置的鍋爐高壓給水泵為電動定速給水泵和電動調速給水泵兩種類型。 隨著電力體制改革的深化，電力供應逐步市場化，在市場經濟杠桿的調控下，“廠網分開、競價上網”的改革方案將逐步實施，降低運行成本是各電廠的主要工作任務。 降低發電煤耗，節約廠用電是降低運行成本的主要手段，而原投產時使用的電動給水泵是耗電主要設備， 一般占廠用電率的30%左右， 因此降低鍋爐給水泵的耗電率是降低廠用電的主要環節。 目前國內已有多家電廠將鍋爐給水泵改造為汽動給水泵，并取得了成功，廠用電率大幅度下降，給水泵運行的可靠性得到了提高，為汽動給水泵的改造提供了經驗和依據。

3.2 項目改造的必要性

隨著電網容量的日益增大，200MW 已是電網調峰的主要機組，依＃1 機組目前配置的給水泵則難以滿足調峰需求，應將現有的定速泵改造為調速給水泵運行方式， 即需將現有的兩臺定速泵中其中的一臺改為調速泵。 但由于電動給水泵耗電量大，使廠用電率居高不下， 特別是電動定速給水泵在機組調峰時不能調速運行，耗電量更大，且不易調整。 另外，＃1 機組給水泵配用的增容電機容量較小，也影響給水泵組的安全啟動和運行，這樣的改造有可能需更換電機，其費用也較高。 若利用鍋爐部分富裕蒸發量來驅動汽動給水泵且替代電動給水泵， 可節約大量的廠用電，使機組供電量增加，相當于主機增容，既增加單機供電能力， 同時又能適應機組的調峰能力， 提高機組運行的安全可靠性，因此，對＃1 機組給水泵進行電動改汽動是十分必要的也是可行的。

4 項目改造方案的制定與實施

4.1 改造方案

擬將#1 機組一臺電動定速給水泵改為一臺全容量的汽動給水泵。 機組正常運行時，一臺全容量的汽動給水泵運行，并有兩臺電動泵作備用（已有設備）。 隨著運行經驗的積累，也可考慮僅留一臺調速泵作備用和啟停機組用。

4.2 汽動給水泵參數選擇原則

機組的額定流量（計及小汽機用汽）：658t/h。 鍋爐最大連續蒸發流量：670t/h。

給水泵參數的上限除了要滿足額定工況需要外，還要滿足鍋爐最大連續蒸發量和最大工況的需要， 最大工況與額定工況的流量差即為泵的容量裕量。

電動給水泵參數選擇原則是將機組最大工況時各項參數確定為額定參數。 當機組處于額定工況運行時，電動定速給水泵采用節流，電動調速給水泵采用降低轉速適應機組需要，這時不論在給水調節閥中， 還是在液力偶合器中均產生可觀的附加損失，損失約為泵額定功率的15-20%，220MW 機組給水泵的損失約為600-800kW。 泵留取的裕量越大，損失越多，這是電動調速給水泵不可克服的缺點之一。

汽動給水泵可以避免這一損失，當機組由額定工況向MCR工況過渡時，小汽輪機的進汽參數隨之上升，使產生的功率與給水泵耗功大致匹配，效率也維持不變，因而不會引起附加損失。對于機組的最大工況一般用下列方法滿足， 一種是將小汽輪機切換到高品位工作，另一種是使小汽輪機留有足夠的裕量。這些方式都要產生附加損失，但這種工況極為少見，因而對機組經濟性影響不大。

因此，汽動給水泵的額定工況選在機組的額定工況，使泵與小汽輪機的組合效率最佳，以提高機組的經濟性。

4.3 驅動給水泵用小汽輪機的型式和初參數

小汽輪機選用冷凝式汽輪機，工作汽源考慮取自再熱后的中壓缸抽汽，一是可充分利用熱循環的好處，二是排汽不經過低壓缸從而減少主機的余速損失。 小汽輪機的排汽采用直接排至主凝汽器的方式，以簡化真空、凝結水和冷卻水系統。

小汽輪機工作汽源可供選擇的有主機3 段、4 段和5 段抽汽。 從主機熱經濟性考慮，采用5 段抽汽較高，但由于抽汽參數較低，使得小汽輪機體積過大。 從舊機改造的實際情況出發，綜合考慮主機經濟性、現場場地、管道布置、小汽輪機設計等因數，選用3 段和4 段抽汽作為小汽輪機的工作汽源較為合適。 經技術比較，本工程系統采用4 段抽汽作為汽源。

4.4 設備選型

4.4.1 給水泵選型

（1）上海電力修造總廠引進英國Wier 泵技術生產的DG750-180（FK6F32）型鍋爐給水泵。（2）上海水泵總廠及沈陽水泵廠生產的KSB 型鍋爐給水泵。 （3）北京電力設備總廠引進法國蘇爾壽技術生產的HPTmk200-320-6S 型給水泵。

4.4.2 驅動給水泵用小汽輪機的選型

（1）北京電力設備總廠生產的配套汽輪機（GT03A 型凝汽式汽輪機）。 （2）杭州汽輪機廠采用西門子技術生產的小型汽輪機。（3）東方汽輪機廠生產的配套汽輪機。（4）上海汽輪機廠生產的配套汽輪機。 （5）青島汽輪機生產的配套汽輪機。

根據同類型200MW 機組兄弟廠的經驗， 宜采用全容量的汽動給水泵，依據設計規程和計算結果，汽動給水泵的流量選為750m3/h，揚程選取1 800m。 結合電廠現場情況，如果汽動給水泵為高位布置時，驅動汽輪機選取單缸凝汽式汽輪機，額定功率為4.49MW，轉速變化范圍為3 000～6 000 轉/分，汽輪機排汽采用下排汽結構，其給水泵進、出口水管可依現場情況而定。

4.4.3 控制系統

控制系統可采用MEH，產品可以是引進型的，也可以是國產型的。 控制油源選用目前汽輪機DEH 系統的高壓抗燃油。

4.5 改造方案的實施

4.5.1 布置方式

可視現場情況選用不同標高的主泵運轉層，根據布置方式不同， 選擇了小汽輪機下排汽和上排汽式驅動汽輪機兩種布置方案，具體方案如下：

（1）下排汽式布置方案。 該方案是將汽動給水泵組高位布置在主機運轉層平臺上，前置泵布置在零米，汽輪機可選為下排汽方式。 驅動汽輪機的進汽管與排汽管可就近與主機的抽汽管及主凝汽器連接，簡化系統，給水泵出入口管的改造工作量也相應較小，這樣便于控制、操作與維護巡檢。

（2）上排汽式布置方案。 該方案是將驅動汽輪機及給水泵布置在3.5～4m 平臺上，前置泵布置在零米，汽輪機可選為上排汽方式。驅動汽輪機的進汽管與排汽管可就近與主機連接，給水管道的改造工程量也較小，簡化系統，給水泵出入口管的改造工作量特別是土建工程量也相應較小， 但不便于運行人員的操作與維護、巡檢，不利于運行中監視設備狀況。

根據電廠#1 機組的實際情況，改造中拆除#1 電動定速給水泵，在原址上采用上述兩方案布置汽動給水泵均可實現。 若采用上排汽方式，則小汽輪機的進、排汽管道較長，且不易布置，也不便于運行管理，改造場地設備占用面積較大。故該廠采用下排汽式布置，其特點是便于運行管理，且較為安全穩定。

4.5.2 控制及潤滑油系統

控制系統可采用MEH，產品可以是引進型的，也可以選用國產型的。 運作時可由電廠提供具體要求， 由汽輪機廠統一配置，也可接入主機DEH 系統。 控制油源可單獨設置或選用目前主機DEH 系統的高壓抗燃油。 為簡化系統，并省略專用油凈化裝置， 建議泵組潤滑油系統也采用與主機共用一個動力油源的方式。

5 投資估算及經濟效益分析

5.1 投資估算

本建設項目工程靜態投資996 萬元，其中，建筑工程費52萬元，占靜態投資的5.22%；設備購置費755 萬元，占靜態投資的75.84%；安裝工程費81 萬元，占靜態投資的8.14%；其他費用108 萬元，占靜態投資的10.80%。

5.2 經濟效益分析

項目改造完成后，可以充分利用鍋爐的富裕蒸發量，降低廠用電率，提高設備的安全可靠性和機組的經濟性。 現參考“火力發電工程項目經濟效益評價辦法”等有關資料，并結合電廠的實際情況，采用現金流量法計算投資回收期，并對改造后的經濟效益進行綜合分析。

基礎數據（按設計推薦的四段抽汽考慮）如下：機組年利用小時數按4 800 小時；標煤單價為505.13 元/噸；上網電價（含稅）為0.336 元/kW.h；發電可變成本為0.192 元/kW.h；發電固定成本為0.076 元/kW.h；折現率為8%。

經分析計算得，本項目靜態投資回收期為3.89年，考慮資金時間價值的動態投資回收期為4.86年， 投資收益率為

25.70%。

由以上數據可看出本項目四年內可收回全部投資，從第五年開始每年可創造效益256 萬元，具有較好的經濟效益，在經濟上是可行的。

6 結論

（1）通過論證表明：220MW 機組給水泵由電動改為汽動是一效益較為顯著的節能項目， 不僅充分利用了原有主設備的固有潛力，將鍋爐產生的富裕蒸汽量用于驅動汽動給水泵，提高了設備的運行效率，而且節省了大量的廠用電，提高了機組的供電能力。 經核算，改造后廠用電率可下降約1.5 個百分點，機組供電能力可提高約2%。

（2）汽動給水泵所配置的驅動汽輪機，目前國內有眾多的制造廠均能生產， 在技術、 質量以及控制手段上均是成熟的產品。

（3）由于汽動給水泵具有良好的的調節性能，改造后的機組調峰能力得以提高，這也是使220MW 機組在電網逐漸增大的情況下頻繁參與調峰的一項重要措施，所以在提高電廠經濟性、增強機組調峰性能、 提高運行安全可靠性等方面都具有重要的意義。

（4）改造工程可結合機組大修進行，且容易實現，其投資回收年限較短，經濟效益較為顯著。

（5）通過綜合分析論證，需要指出的是：該類型改造項目不適宜用于供熱機組。

[1]火力發電廠設計技術規程[M].北京：中國電力出版社，2000.