600MW空冷机组给水泵新型驱动方案的应用研究.pdf

第 4 3卷第 2期 2 0 1 4年 6月 热 力 透 平 THERMAL TURBl NE V0 1 4 3 NO 2 J u n 2 0 1 4 文章编号 ： 1 6 7 2 5 5 4 9 ( 2 0 1 4 ) 0 2 0 1 1 4 0 4 6 0 0 MW 空 冷栅组给水泵新型驱动方案昀应用砥 究 罗海华， 常 浩， 王宝玉 ( 华电电力科学研究院， 杭州 3 1 0 0 3 0 ) 摘要：通过分析 目前国内6 0 0 MW 空冷机组给水泵主要驱动方案的优缺点， 提出了采用背压汽轮机驱动给 水泵的方案， 将其与其他驱动方案进行经济对比分析 ， 证明该驱动方式较其他方案具有投资低、 系统简单、 经 济效益高等特点， 在大容量直接空冷机组中拥有广阔的推广前景。 关键词 ：6 0 0 MW 空冷机组 ； 背压汽轮机 ； 给水泵 中图分类号 ： TK 4 7 1 文献标 识码 ： A d o i ：1 0 1 3 7 0 7 j c n k i 3 1 1 9 2 2 t h 2 0 1 4 0 2 0 0 6 App l i c a t i o n S t u d y o f Ne w Dr i v e S o l u t i o n s f o r Fe e d wa t e r Pu mp o f 6 0 0 M W Ai r Co o l i ng Uni t LUO H ai hu a，CH AN G H ao，WA NG Bao yu ( H u a d i a n Ele c t r i c P o we r R e s e a r c h I n s t it u t e，H a n g z h o u 3 1 0 0 3 0，Ch in a ) Ab s t r a c t ： By a n a l y z i n g a d v a n t a g e s a n d d i s a d v a n t a g e s o f t h e ma i n d r i v e r p r o g r a m f o r f e e d wa t e r p u mp i n d o me s t i c 6 0 0 MW a i r c o o l i n g u n i t ，a p r o g r a m o f n e w b a c k - p r e s s u r e s t e a m t u r b i n e d r i v e n S f e e d wa t e r p u mp i s p r e s e n t e d I n c o mp a r i s o n wi t h e c o n o my o f o t h e r d r i v e n p r o g r a ms ， t h i s n e w p r o g r a m f e a t u r e s a s l o we r i n v e s t me n t ，s i mp l i f i e d s y s t e m ，r e ma r k a b l e e c o n o mi c b e n e f i t s a n d wa t e r - s a v i n g a d v a n t a g e s ，t h u s h a v i n g b r o a d p r o s p e c t s i n h i g h c a p a c i t y d i r e c t a i r c o o l i n g u n i t f i e l d Ke y wo r d s ： 6 0 0 MW a i r c o o l i n g u n i t ；b a c k p r e s s u r e s t e a m t u r b i n e ；f e e d wa t e r p u mp 大容量空冷机组很好地解决了我 国北方地 区 存在的水与煤资源的矛盾 ， 这对我国利用有 限的 水资源 ， 促进 电力工业的稳定发展具有重要意义。 锅炉给水泵是电厂中重要的辅机设备之一， 其投 资占全厂辅机相当大的比例； 同时给水泵功率很 大， 运行费用也较高 。本文针对当前空冷机组给 水泵驱动方式存 在的种种缺点 ， 设计 了新型空冷 机组给水泵驱动方式 ， 为我 国现有空冷机组给水 泵或给水泵的新建提供 了一种经济效益和环境效 益更好 的驱动方式。 1 6 0 0 MW 空冷机 组给 水泵 主 要驱 动方式特点 6 0 0 Mw 空冷 机 组 的给 水 泵 配置 有 两 大 类 ： 一是采用 电机 驱动 ， 二是 采用汽 轮机驱动 ( 简称汽动) 。其中汽轮机驱动方案按排汽冷却方 式又分三种 ： 湿冷 、 直接空冷和间接空冷驱动 。 采用电动给水泵的技术方案经过实践验证是 可行的， 6 0 0 MW 空冷机组一般配 3台 5 0 9 6 容量 的电动给 水泵 ， 每 台泵 的 电动机 功 率 为 1 4 0 0 0 k W。3台 5 0 容量的电动给水泵互为备用 ， 运行 灵活性强， 零部件通用性好 ， 但 由于 电动机功率太 大 ， 耗用大量厂用电， 经济效益较差 。 采用汽动给水泵配独立湿冷凝汽器的方案， 其小汽轮机、 给水泵 、 凝汽器和湿冷冷却塔都是成 熟的技术 ， 还需设置 1台 3 O 容量 的电动给水泵 作为启动和运行备用。该方案需要增加较多辅助 设备， 比如抽真空系统、 胶球清洗系统、 循环水系 统 、 凝结水系统等， 因此初投资 、 检修及运行费用 较大。 采用汽动给水泵排汽直接进入 主机空冷凝汽 收稿 日期 ： 2 0 1 3 1 0 1 7 修订 日期 ： 2 0 1 4 0 4 1 0 作者简 介： 罗海华 ( 1 9 8 3 一 ) ， 男 ， 2 0 0 7年毕业于华 中科技大学 ， 硕士研究生 ， 现就职于华 电电力科学研究 院 ， 工程师 ， 现从事发 电厂节能技 术 改造研究 。 皿I II m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 0 0 MW 空冷机组给水泵 新型驱 动方案的应用研究 热力透平 器的方案 ， 其系统 比独立湿冷凝汽器简单 ， 厂用 电 耗及冷却水量小 。但排汽直接进入主汽轮机空冷 装置 ， 使得小汽轮机背压比主汽轮机更高， 末级变 工况范围大 ， 尾部运行条件恶劣 ， 这将增 J u J J , 汽轮 机末级设计难度 ， 另外还必须增设非启动用 的喷 水装置和背压保护装置。小汽轮机的结构设计需 要按照空冷特点设计 ， 小 汽轮机较主汽轮机转速 高， 更增加 了技术难度 ， 目前国内外还没有这种空 冷汽轮机的设计经验 2 。 采用汽动给水泵排汽进人间接空冷凝汽器的 方案 ， 不仅增加初投资 ， 而且使本 已复杂的系统更 趋复杂。同一 台机组采用两种不同的空冷 系统， 无疑会增加电厂运行难度 ， 使电厂的可靠性降低 。 2 给水泵新型驱动方案设计分析 按照 火 力发 电厂设计技术 规程 要 求 ， 6 0 0 Mw 亚临界空冷机组一般设置 2台 5 0 容量 的 汽动给水泵或者 电动 给水泵 以及 1台 3 0 9 6 的 电 动给水泵作为备用， 5 0 容量的给水泵的轴功率 约为 1 1 o 0 o k WE 引。 针对 目前现有 6 0 0 MW 空冷机组给水泵驱动 方式的缺点 ， 本文提出采用背压汽轮机驱动给水 泵。以东方汽轮机厂制造的 6 0 0 MW 亚临界空冷 机组为 例 ， 再 热热段 压 力为 3 2 7 MP a ， 温度 为 5 3 8 ， 焓值为 3 5 3 8 5 k J k g ； 中压缸排汽压力为 0 8 2 MP a ， 温度为 3 3 6， 焓值为 3 1 3 4 5 k J k g ； 四抽 压 力为 0 8 3 MP a ， 温度 为 3 3 8 ， 焓值 为 3 1 3 8 k J k g 。 可计算出背压式小汽轮机蒸汽用量 Q 为： Q1 1 l O O O ( 3 5 3 8 5 3 1 3 4 5 ) 3 6 0 0 1 0 0 0 =9 8 0 2 t h 由于驱动 5 O 容量 给水泵用 的背压 式小汽 轮机 的蒸汽 用量达 到 9 8 0 2 t h ， 那 么一 台 6 0 0 MW 空冷机组给水泵用 的背压式小汽轮 机蒸汽 用量将会达到 1 9 6 0 4 t h 。而根据东方汽轮机厂 6 0 0 MW 亚 临界空冷机组 的热平衡图可知， 四抽 蒸汽流量只有 8 3 7 4 t h 。不仅除氧器的全部用 汽要来自背压式小汽轮机排汽， 除氧器将不能随 主机 四抽压力 滑压运行 ， 而且还有 1 1 2 3 t h排 汽分流至其他 回热系统或者凝汽器 中， 这将破坏 整个 回热系统的经济运行 ， 系统将变得相当复杂 ， 操控性变差 。 综合以上分析， 将背压式汽轮机的排汽引至 主机中压排汽管上， 其排汽量 占主机中压排汽量 的 1 4 2 ， 主机中压缸受小汽轮机排汽参数 的影 响较小 。相反 ， 小汽轮机 的背压则基本 由主机 中 压缸排汽管 的压力来确定 ， 小汽轮机排汽管上无 需设置调节 阀来控制排汽的压力 ， 负荷将直接 由 进汽调阀来控制 ， 控制系统变得简单、 易操作 。 整个 回热系统， 相 当于从再热器 出 口分流 了 约 1 4 2 的蒸汽去驱动给水泵背压式小汽轮机， 再将背压式小汽 轮机排汽与主机 中压缸排 汽汇 合 ， 进入主机低压缸继续做功， 热力系统流程 图见 图 1 ， 主机 的整个 回热系统( 包括除氧器) 受到的 影响较小。若电厂附近有稳定 的热用户， 对于背 压机组方案 ， 还可以将排汽直接供至热用户 ， 这将 大大提高机组的热经济性。 1 再热器出 口联箱； 2 高压缸 ； 3 中压缸 ； 4 低压缸 ； 5 背压式小汽轮机 ； 6 给水泵 图 1 6 0 0 MW 空冷机组采用背压小汽轮机驱动 给水泵 的热力系统流程 图 3 给水泵驱动方式经济性对 比分析 3 1 初投资对比 目前 6 0 0 Mw 空冷机组给水泵主要采用电动 机、 湿凝式小汽轮机驱动方式。电动机驱动方案 主要 由电动机 、 配套的 6 0 0 0 k V变压器及配电系 统等组成。湿凝式小汽轮机方案主要 由湿凝式小 汽轮机、 凝汽器 、 冷却塔、 与之配套凝结水泵、 抽真 空泵、 胶球清洗系统、 循环水管道等组成。本文论 述的背压式小汽轮机方案主要由背压式小汽轮机 及其进 出口蒸汽管件等组成 。三种方案投资费用 的对 比详见表 1 。冷凝式小汽轮机方案投资费最 高 ， 比电动机驱动方案高 4 6 0万元， 比背压式小汽 轮机方案高 2 3 0万元 。 l il l e 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2期 6 0 0 MW 空冷机组给水泵新型驱 动方案的应用研 究 表 1 6 0 0 MW 空冷机组给水泵主要驱动方式 投资对比表 ( 单位 ： 万元 ) 3 2 收益 对 比 根据东方汽轮机厂提供 的 6 0 0 MW 空冷机 组热平衡 图数据 ， 参 考其他 工程选 取给水 泵 电 动机效率 、 发 电机效率 、 小 汽轮机传动及机械损 失率 、 液力耦合器效率等 ， 假 定各方案前置泵 和 主给水泵 效率 、 流量 相 同， 即在锅炉 蒸发量 、 主 蒸汽 、 再热蒸 汽初 、 终参 数 、 给水 温度相 同 的条 件下 ， 1台 6 0 0 MW 空冷机组 小汽轮机方 案 ( 湿 凝式 、 背压式 ) 比电动机驱动方案 向外多输 出电 功率为N 。 N 一 N 1一 N 2一 N 3 式中： N 为小汽轮机方案( 湿凝式 、 背压式) 比电 动机驱动方案 向外可多输出 的功率， k W； N 为 电动机驱 动方 案 中给水泵 电动机功率 ， k W ； N。 为从主机抽 汽驱动小汽轮机方 案( 湿凝式 、 背压 式) 导致主机少发电的功率 ， k W； N。为小汽轮机 方案( 湿凝式 、 背压式) 增加辅机的功率， k W。 N 一 蒋 否 骜 一 0 8 6 0 9 5 0 9 6 一 4 。 2 5 k w 液 力 耦 合 器 效 率 电 机 效 率 变 压 器 效 率 ” N 。 ( 背 压 式 ) 一 雨 舀 瓦 汪 汽 罄 望 两 = = 8 0 0 9 26 3 5 3 8 5 3 1 3 5 5 8 0 9 O 0 9 8 9 5 k w 3 ( 一 ) N 2 (凝 汽 式 ) 一 瓣 肖 百 一 丽 面 =7 7 4 5 5 k W3 6 3 1 3 4 3 2 3 9 6 9 0 9 0 0 9 8 9 5 ( 一 ) 小汽轮机方案 ( 湿凝式 、 背压式) 主机发 电机 向辅机输 电动力增量 N。 见表 2 ， 湿凝式小汽轮机 方案较 电动机方案多 1 6 8 9 k W， 背压式小汽轮机 方案较 电动机方案多 3 4 k W。 表 2 6 0 0 MW 空冷 机组给水 泵驱 动方 案辅机 功率对比表 ( 单位 ： k W ) 那么背压式小汽轮机方案 比电动机驱动方案 向外多输 出的电功率为 N 一1 4 0 2 5 9 8 0 0 9 2 _ 圜 - 一麓 - 3 4 4 1 9 0 0 8 k w， 湿凝式小汽轮机方案比电动 机驱动方案向外多输 出的电功率为 N们一1 4 0 2 5 9 7 7 4 5 5 1 6 9 8 = = = 2 5 5 2 4 5 k W 。 假如机组每年运行 5 5 0 0 h ， 电价按 0 4 5元 计算 ， 背压式小汽轮机方案可 比电动机驱动方案 每年多 发 电 2 3 0 5 5万 k w h ， 每 年 多 收 益 1 0 3 7 4 7 万元 ； 湿凝式小汽轮机方案可 比电动机 驱动方案每年多发 电 1 4 0 3 8 5万 k w h ， 每年多 收益 6 3 1 7 3万元 。 3 3 总收益投资对比 通过以上分析可以得 出， 冷凝式小汽轮机方 案投资费最高， 比电动机驱动方案高 4 6 0 万元， 比 背压式小汽轮机方案高 2 3 0万元 。而电动机方案 年收益最小 ， 冷凝式小汽轮机方案 比电动机方案 多 6 3 1 7 3 万元 ， 背压式小汽轮机方案 比电动机方 案多 l 0 3 7 4 7万元。综合来看 ， 6 0 0 Mw 空冷机 组采用背压式小 汽轮机驱动给水 泵经济效益最 好 ， 而且初投资增加也较少 ， 见图 3 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 0 0 Mw 空冷机组给水泵新型驱动方案的应用研究 热力透平 表 3 6 0 0 h W 空冷机组给水泵驱动方案收益对比表 冷凝式小汽轮机方案 背压式小汽轮机方案 主机参数 主机参数 四抽压力 MP a 0 8 3 再 热热段压力 MP a 3 2 7 四抽温度 L 3 3 6 9 再热 热段温度 5 3 8 四抽焓值 k Jk g 31 3 4 3 再热 热段焓值 k Jk g 一 3 5 3 8 5 主机低压缸排汽焓值 l k g 2 3 9 6 9 主机中压缸排汽焓值 l【 J 31 3 4 3 主机低压缸 内效率 T 】 9 0 2 6 主机中压缸内效率 9 0 发 电机效率 9 8 9 5 发电机效率 9 8 9 5 冷凝式小汽轮机排汽焓值 k Jk g 2 4 5 5 背压式小汽轮机排 汽焓值 k J k g 31 3 5 5 8 冷凝式小汽轮机效率 8 3 8 5 背压机小 汽轮机效率 8 5 5 小汽轮机传动及机械损失 9 8 5 小汽轮机传 动及机械损失 9 8 5 管道效率 9 8 管道效率 9 8 四段抽汽至小汽轮机流量 t h 5 3 4 3 再热热段抽汽至小汽轮机流量 t h 9 8 O 2 抽汽在低压缸少发 电功率 k W 9 7 7 4 5 5 抽汽在中压缸少发电功率 k W 9 8 0 0 9 2 配套辅机功率 k W 1 8 2 0 配套辅机功率 k W 1 5 O 电动机方案 给水泵功率 k W 1 1 0 0 0 液力耦合器效率 8 6 给水泵 电机效率 9 5 厂变压器转化效率 9 6 给水 泵电机 功率 k W 1 4 0 2 5 冷凝式小汽轮机方 案比电动机 k W 2 5 5 2 4 5 背压式小汽轮机方案 比电动机 k W 41 9 0 0 8 方案 多发 电功率 方案多发电 机组年使用小 时数 n 5 5 0 0 机组年使用小时数 h 5 5 0 0 电价 元 ( k W h ) O 4 5 电价 元 ( k W h ) O 4 5 冷凝式小汽轮机方 案比电动机 万元 6 3 1 7 3 背压式小汽轮机方案 比电动机 万元 1 03 7 4 7 方 案多发电收益 方案多发 电收益 4 结 论 电动机方案虽然系统简单 、 投资少 ， 但厂用 电 消耗大导致经济性较差 。而冷凝式小汽轮机方案 比电动机方案经济效益好 ， 但需增加一整套汽轮 机排汽冷却系统， 维护检修量大， 初投资也较大 ； 而且通过冷却 塔散热后 的蒸发 ， 风吹损失相应增 加 ， 不利于在缺水地区特别是用水指标特别 紧张 的地 区运用 。背压式小 汽轮机方 案不仅初 投资 少 ， 系统简单 ， 维护量不大， 而且经济效益显著 。 参考文献 ： E l i李润森 ， 孙即红3 0 0 MW 空冷机 组给水 泵配置 的研究 J 动力工程 ， 2 0 0 6 ， 2 6 ( 2 ) ： 1 7 1 1 7 9 E 2 3赵恩婵 ， 刘利 ， 俞保 国3 0 0 MW 直接 空冷机组给水泵配置及 其汽轮机排汽冷却方案 探究 J 热 力发 电，2 0 1 0 ， 3 9 ( 1 2 ) ： 6 5 6 7 E 3 那小桃， 白金德， 郝卫 6 0 0 MW 超临界空冷机组给水泵配置 研究 _ J 山西电力 ， 2 0 0 7 ， 1 3 9 ( 3 ) ： 8 - 1 1 4 王炯6 0 0 M W 空冷机组给水泵配置技术经济分析口 电力 科学与工程 ， 2 0 0 8 ， 2 4 ( 3 ) ： 4 4 4 6 | l ll 固 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m