600MW機組給水泵節能改造技術探討

張樹生 趙瑞平 王海林（中國能源建設集團山西省電力勘測設計院有限公司，山西 太原 030001）

600MW機組給水泵節能改造技術探討

張樹生 趙瑞平 王海林（中國能源建設集團山西省電力勘測設計院有限公司，山西 太原 030001）

本文結合山西某電廠2×600MW機組具體項目的特點，通過對電動給水泵節能改造方案的比選，提出了適合項目條件的經濟合理的方案及措施，達到節能降耗目的。

給水泵汽動電動節能；改造

對于300MW或600MW級大型發電機組，其給水泵驅動有汽動和電動兩種方式。這兩種方式各有優劣，采用不同的驅動方式會影響到機組的凈出力，并且電廠投資、運行、維護費用等都存在較大的差異，由此引起的爭論比較多，結論各不相同。

為響應國家超低排放、節能降耗等產業政策的要求，如何對已有發電機組高耗能電動給水泵進行升級改造，是每個相關企業或設計科研單位近期所應該關注的課題，也是本文所論述的重點。

山西是能源重化工基地，煤炭資源豐富，建設的大中型電廠較多，為國民經濟建設做出了巨大的貢獻，同時由于技術方面原因，也造成了能源浪費。本文根據山西某電廠600MW機組給水泵運行情況，提出了節能降耗改造方案，希望促進大型火力發電廠給水泵節能改造技術進步的作用。

1 擬改造電廠設備及給水系統情況

1.1 設備情況

該廠裝有兩臺銘牌功率為600MW直接空冷機組，鍋爐為2080t/h亞臨界控制循環汽包鍋爐；汽輪機為600MW亞臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽直接空冷凝汽式汽輪機；發電機為600MW水-氫-氫冷卻式汽輪發電機。該工程是國內首批投入運行的600MW直接空冷機組之一。設計背壓15kPa.a，夏季滿發背壓34 kPa.a，每臺機組配置三臺容量各為50%的電動調速給水泵和五臺雙進雙出磨煤機。

與主機設備配套的主給水泵及前置泵為KSB產品，液力偶合器為VOITH產品，電動機為國內某電機廠產品。

1.2 給水系統簡介

該廠給水系統采用的是單元制。每臺機組配三臺50%容量的電動調速給水泵，高壓加熱器采用大旁路系統，裝有快速電動三通大旁路閥（進口TYCO DEWRANCE閥門）；每臺機組配一臺2110 t/h無頭除氧器，采用定——滑壓運行，水箱有效容積為235m3。

該廠電動給水泵配置為前置泵+電動機+偶合器+主給水泵，由電動機同軸驅動，液力耦合器調速，可以滿足機組啟動和各種工況的需要，但是偶合器存在較大的能耗。

2 改造方案的比選

為了對電動給水泵節能改造提供更好的實施方案，結合電廠實際運行情況，提出了兩種方案，方案一為電動調速給水泵改為汽動給水泵，方案一為電動調速給水泵改為變頻調節給水泵。

2.1 電動調速給水泵改為汽動給水泵

根據現場場地情況，本方案采用1×100%汽動給水泵+1× 50%電動調速給水泵，50%電動調速給水泵作為啟動/備用泵。給水泵汽輪機采用上排汽，排汽直接進入主機排汽裝置。采用100%全容量汽動給水泵，可簡化系統，而且機組熱耗要比采用2×50%容量配置方式低，有利于提高機組運行的經濟性。結合原汽機房布置情況，利用汽機房0m拆除1、2號電動調速給水泵組的位置，布置給水泵汽輪機組和給水泵前置泵，給水泵汽輪機與給水泵采用同軸布置。

由于除氧器布置在汽機房運轉層13.7m，除氧器中心標高為16.4m，經過對除氧器進行滑壓暫態計算，在目前除氧器的布置標高下，不能滿足100%容量給水泵前置泵的汽蝕余量要求，故本次改造按新配置兩臺50%容量的電驅前置泵考慮，同樣布置在主廠房0m。

本方案特點是設備少，系統簡單，節省管道及場地空間。

2.2 電動調速給水泵改為變頻調節給水泵

液力偶合器調節是以油做工質，由電動機驅動泵輪（主動輪）將機械功率傳遞給工質油，帶動渦輪（從動輪）旋轉，液力偶合器接受給水調節系統的流量、汽壓、水位信號，通過勺管控制機構改變液力偶合器充油量來調節給水泵轉速；變頻器接受給水調節系統流量、汽壓、水位信號，通過改變電源頻率和電壓調節電動機轉速。所以給水泵進行變頻改造的關鍵是如何改造液力偶合器，以滿足輸入軸變速運行時，輸出軸能夠按增速齒輪箱功能變速輸出。其改造方式一般有以下三種：

（1）將液力偶合器更換成增速齒輪箱

將原液力偶合器拆除，按原液力偶合器安裝尺寸訂購一臺非標準增速齒輪箱，配套增設給水泵組潤滑油供油站。此改造后給水泵只能變頻運行，變頻故障時，無法切換成工頻調速方式運行。

（2）將液力偶合器改造成增速齒輪箱

拆除原液力偶合器的泵輪和渦輪，改由齒形聯軸器或對輪聯軸器連接，拆除輸入軸驅動的潤滑油與工作油泵，配套增設給水泵組潤滑油站。此方案將具有增速與調速的液力偶合器改造成只具有增速功能。改變了液力偶合器整體上結構和性能，原液力偶合器廠家一般會持否定態度，將對以后的維修工作帶來相應困難。此改造后只能變頻運行，變頻故障時，無法切換成工頻調速方式運行。

（3）將液力偶合器改造成多功能液力偶合器

多功能液力偶合器就是在保留液力偶合器調速功能的基礎上，對其內部結構和油系統（增加穩壓系統）進行改造，增加液力偶合器增速齒輪箱輸出功能。這樣改造后的液力偶合器具備了工頻運行時液力偶合器的調速功能（這是原來就有的），和變頻運行時（將勺管固定在最大轉速位置）增速齒輪箱輸出功能（這是改造后新增的），且兩種功能可以通過勺管進行切換。

通過以上技術比較，增速齒輪箱方案和改造成增速齒輪箱兩種方案，其造價高、供貨周期長，工變頻無法切換運行，是不可取的。將液力偶合器改造成多功能液力偶合器方案可以在保持原設備及連接管道不變的情況下，同一臺液力偶合器具有工頻和變頻兩種運行方式，且可以切換運行、方便靈活、安全可靠。其改造工作量小，改造工期短，費用相對較低。

變頻改造后，在額定工況下，與液偶調速差異較小，但在中低負荷時，變頻的節能效果要優于液偶，根據有關文獻資料和復核計算顯示，變頻改造后，火電廠鍋爐給水泵組年節電率在20%左右，可降低廠用電率約0.5%左右。

3 改造方案經濟性比較

電動調速給水泵改為汽動給水泵（方案一）和電動調速給水泵改為變頻調節給水泵（方案二）改造后年運行經濟性比較見下表一。

表4-1 兩方案年運行經濟性比較表

由表4-1可以看出，方案一與改造前相比，廠用電率由9.9%降低至7.33%，供電標煤耗下降347.6-346.6=1.0 g/kWh。方案二與改造前相比，廠用電率及供電煤耗變化不大，但其變頻運行方式可節省電量。

3.1 電動調速給水泵改為汽動給水泵（方案一）經濟效益估算

（1）增加供電量的收益根據表一可以計算出：

THA工況下，方案一的機組供電功率為：

機組銘牌功率×（1-廠用電率）＝600MW×（1-7.33%）＝556.02MW

THA工況下，改造前的機組供電功率為：

機組銘牌功率×（1-廠用電率）＝600MW×（1-9.9%）＝540.6MW

THA工況下，在年發電利用小時數3500小時的條件下，方案一比改造前的每年可供電量多出：

3500h×（556.02MW-540.6MW）＝5.397×107 kW·h

按售電利潤0.1394元/kWh計算，單臺機組每年增加供電收益752.34萬元(稅后)。

（2）降低供電煤耗的收益

單臺機組全年節約標煤：

1.0 g/kW·h×60×104kW×3500h=2100t/a

單臺機組全面節煤收益（標煤價暫按375元/t）：

2100t/a×375元/t=78.75萬元

（3）合計收益

752.34 萬元＋78.75萬元＝831.09萬元

3.2 電動調速給水泵改為變頻調節給水泵（方案二）經濟效益估算

變頻改造后，火電廠鍋爐給水泵組年節電率在20%左右，以現給電動調速給水泵功率為10000KW計算，單臺機組兩臺電動給水泵每年能省電∶

3500×10000×2×20%=1.4×107 kW·h

按山西省最新的燃煤發電機組上網標桿電價0.3205元/ kWh計算，單臺機組每年節電收益約383萬元(稅后)。

3.3 兩方案比較結果

由以上比較，機組完成改造后，方案一比改造前增加經濟收益約831.09萬元/每年，節煤2100噸/年；方案二比改造前增加經濟收益約383萬元/每年。方案一增加收益多，同時可以降低廠用電率、降低供電煤耗，獲得了更好的經濟效益和環境效益，所以本項目改造擬采用汽動給水泵方案。

4 汽動給水泵改造要點

1）由于給水泵汽輪機的汽源取自四段抽汽，引起四段抽汽量的增加，需對抽汽口進行擴大，主機廠應核算并對抽汽口進行改造。

2）電動調速給水泵改為汽動給水泵時，需要主機廠重新核算并提供汽動給水泵方案各種工況的熱平衡等資料；為確保廠用蒸汽的用汽量要求，應根據電廠多年實際運行積累的數據重新核算四段抽汽設計流量，以便電廠能更經濟運行。

5 結語

通過對山西某電廠2×600MW機組電動給水泵改造方案的比選，可以得出一下結論：

（1）技術上電動調速給水泵改為汽動給水泵的方案是切實可行的；特別是已建工程的場地及原有系統的銜接是可以滿足要求的。

（2）經濟上改為汽動給水泵不僅可降低廠用電率和煤耗指標，能夠達到節能降耗目的，而且具有較好的經濟收益。

[1]電動給水泵改汽動給水泵的可行性分析 馬緒勝何海燕（華能北京熱電有限責任公司100023）.

[2]電動給水泵和汽動給水泵的經濟性比較研究 張春發1，張燕1，董麗娟1，冷健2（1．華北電力大學動力系，河北保定071003；2．華能太倉發電有限公司，江蘇太倉215400）.