超超臨界機組給水泵組技術特點及其創新

何啟宏，黃 城，王躍騰

(廣東粵電大埔發電有限公司，廣東 梅州 514265)

0 概述

給水泵的容量(給水量)選擇由鍋爐的最大連續蒸發量決定，對于直流鍋爐，通常考慮給水泵出口的總容量(即最大給水消耗量)為鍋爐最大連續蒸發量的105 %。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。

由于設計、制造、運行等經驗的缺乏，前期的火力發電機組采用的汽動給水泵配置方案主要是2×50 %容量方案(以下簡稱50 %方案)。從理論上講，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;但是這也對設計制造運行等各個方面提出了新的要求。

某電廠2×660 MW超超臨界機組工程，是國內第1次采用小汽機雙出軸的全容量給水泵組。該電廠1號機組于2015年12月順利通過168 h試運行。1號機組自投運以來運行情況良好，經濟效益較佳。

1 技術原理及方案

1.1 技術原理

火力發電廠100 %汽動給水泵組可以顯著提高機組效率。

給水泵及前置泵的機械效率(ηm)的計算公式如下：

其中：ηm為機械效率，%；P為泵輸出壓力；Q0為泵輸出流量；Tn為泵轉矩。

對于100 %容量的給水泵和前置泵，其輸出壓力P，輸出流量Q0與轉矩Tn的比值要顯著大于50 %容量的給水泵和前置泵。此比值主要取決水力損失的大小，一般情況下流量愈大的泵水力損失愈小。而作為汽動給水泵組的驅動用小汽輪機，其內效率也會隨著容量的增大而提高。

1.2 技術方案

該電廠每臺機組配置1臺100 %容量汽動給水泵，2臺機組共同配置1臺30 %容量的啟動用電動給水泵，給水系統高壓加熱器采用大旁路，系統流程如圖1所示。

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。通過基建投資、運行維護成本及安全可靠性等比較(2種方案的經濟比較如表1所示)，最終確定采用全容量汽動給水泵方案。

表1 汽動給水泵采用100 %方案與50 %方案的經濟比較(單臺機組)

圖1 給水泵組系統流程

從表1可以看出：2個方案投資相差不大，采用100 %方案比50 %方案固定投資單臺機組僅增加約為24.5萬元。汽動給水泵運行維護費用(單臺機)如表2所示。

表2 汽動給水泵運行維護費用(單臺機)

從表2可以看出，汽動給水泵采用100 %方案具有明顯的優勢，每年可節約運行維護費用約39.6萬元。

由以上分析可知，汽動給水泵采用100 %方案與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，故建議采用全容量汽動給水泵。

前置泵與主給水泵分開布置與同軸布置比較(單臺機組)如表3，4所示。

由表3，4可知，如果采用汽動給水泵與前置泵同軸布置方案每臺機節省初投資約165萬元，廠用電率約可減小0.12 %，每年可產生運行收益約46.44萬元，總計共收益46.32萬元，具有明顯的經濟效益。

最終，該電廠給水系統采用1臺100 %容量汽動給水泵，其布置在運轉層，采用汽動給水泵前置泵與與主泵同軸布置，便于給水泵組檢修和維護。

1.3 汽動給水泵性能

由于給水泵入口的水溫接近該壓力下的飽和溫度，工作條件惡劣，很容易發生汽化，為保證給水泵的安全運行，一般都為給水泵配置流量與給水泵相匹配的低速前置泵。因為前置泵轉速低，抗汽蝕性能好，除氧器的給水經前置泵增壓后進入給水泵，保證了鍋爐給水泵所需的足夠的汽蝕余量，從而大大改善了給水泵抗汽蝕的性能。該公司汽動給水泵與前置泵同軸布置，通過一個變比為3.31/1的減速箱把前置泵轉速降低。泵組在不同工況下的參數如表5所示。

表3 前置泵與主給水泵分開布置與同軸布置初投資差額比較(單臺機組)

表4 前置泵與主給水泵分開布置與同軸布置運行收益差額比較

表5 主要工況下泵組參數

前置泵在最大工況點的要求汽蝕余量為8.2 m，設計時已考慮除氧器及給水泵布置，高度差約16 m，滿足前置泵要求。由表5可知，前置泵在不同工況下的出口壓力滿足主給水泵必須的汽蝕余量要求。

2 關鍵技術及主要創新點

2.1 小汽機雙出軸設計

以往工程中均采用小汽機單出軸方案，連結方式為：小汽輪機—給水泵—齒輪箱—前置泵。根據驅動小汽輪機和給水泵組的結構特點進行分析，并且通過調研交流，對國內設備制造能力進行評估。經充分論證可靠性后，該電廠選擇的是小汽輪機雙出軸方案，即連結方式為：給水泵—小汽輪機—齒輪箱—前置泵。

該方案為國內第1個小汽機雙出軸設計的全容量汽動給水泵組。本方案通過提高小汽輪機的盤車轉速，解決了給水泵的盤車轉速要求，也減小了汽動給水泵組軸系長度(從約13 m減少至11 m)，不僅降低了軸系振動的可能性，也在很大程度上降低了泵組安裝及檢修的工作量。

2.2 首創除氧間零米層空間優化

根據該電廠工藝設備的布置，在除氧間零米層布置各種房間，房間上方留置管道層，合理利用空間，減少了集控室的房間數量，降低了土建費用。同時也方便管道系統的安裝和維護，降低了主廠房內管道的擁擠程度。這種布置方法也是國內首創。

2.3 “四大管道”布置優化

該電廠為了滿足全容量給水泵的布置，對“四大管道”的布置進行優化，滿足鍋爐、汽輪機設備接口的推力、推力矩的要求。同時采用側煤倉布置，最大程度地縮小了“四大管道”的長度，大大節約了“四大管道”的基建費用。

2.4 除氧器層檢修優化

該電廠除氧器層布置采用側煤倉方式，即無縫銜接除氧間和鍋爐房，減少爐前通道6.5 m，也節省“四大管道”用量。為避免汽動給水泵組低位布置帶來的檢修困難，通過與鍋爐廠的配合，實現除氧器層和鍋爐電梯停靠層同標高，即形成了36.4 m大平臺，方便了除氧器層附屬件的檢修。此外，除氧器層無須為檢修設置單獨的零米起吊裝置。

3 結束語

該電廠1，2號機組分別于2015年12月及2016年6月順利通過168 h試運行。機組投運以來全容量給水泵組系統運行情況良好，經濟效益較佳。超超臨界全容量給水泵組的應用及布置優化，符合國家火力發電廠建設節能降耗、精細設計的主流思路與要求，可供新建電廠借鑒。

參考文獻：

1 申松林.超超臨界1 000 MW等級火電機組電動給水泵容量配置分析[J].熱機技術，2005，10(2)：6-10.

2 崔 璟.600 MW機組給水泵汽輪機的熱經濟性分析[M].保定：華北電力大學，2007.

3 孔建強，曹李農，李健生，等.600 MW火電站用半容量鍋爐給水泵汽輪機的開發設計[J].熱力透平，2005，34(1)：21-25.