210MW机组电动给水泵改汽动给水泵的经济性分析.pdf

第 3 O 卷第 1 期 2 0 0 9年 1月 能源技术 ENERGY TE CHNOLOGY Vo 1 ． 3 0 No ． 1 J a n ．2 0 0 9 2 1 0 MW 机组 电动给水泵 改汽动给水泵 的 经济性分析 吴志刚 ， 孟临潼 ( 恒运 电厂 ， 广州 5 1 0 7 3 0 ) 摘要 ： 分别从运行经济性、 输 出净功率和热经济性上对恒运 电厂 6 机组电动给水泵改汽动 给水泵的经济性进行 了分析评估 ， 从定性到定量上进行计算， 确定 了电动给水泵改汽动给水泵的改 造投资回收期。 关键词 ： 电动给水泵；汽动给水泵；经济性 中图分类号 ： TK 2 2 3 ． 5 文献标志码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 5 — 7 4 3 9 ( 2 0 0 9 ) O 1 — 0 0 5 4 — 0 4 An a l y s i s o f Ec o n o mi c a l Ef f i c i e nc y o f Ch a n g i n g Dy na mo e l e c t r i c Fe e d wa t e r Pu mp i nt o S t e a m Tu r b i n e - d r i v i n g Fe e d wa t e r Pu mp o f a 21 0 M W St e am Tu r b i n e Ⅵr 【 J Z h i - g a n g 。MENG Li n - t o n g ( He n g y u n P o we r P l a n t ，G u a n g z h o u 5 1 0 7 3 0 ， C h i n a ) 恒运 电厂 6 机于 1 9 9 8年 7月投 产， 为了满足 新环保要求， 电厂决定对机组原有脱硫装置进行改 进， 但发现按常规方法改造现有的厂用电余量不够， 无法满足脱硫改造的需要 ， 为此考虑将 6 机 的电动 给水泵改为汽动 给水泵。该技术 目前 已经 比较成 熟E ， 本文准备 比较两种驱动方式 的输 出净功率或 供电煤耗的大小， 对改造工作的经济性进行评估。 1 机组主要设计技术性能 恒运电厂 6 汽轮机为东方汽轮机厂生产的超 高压、 一 次 中间再 热、 单 轴、 三缸 、 两 排汽、 凝 汽式 2 1 O MW 汽轮机 ， 型号为 N2 1 0 — 1 2 ． 7 ／ 5 3 5 ／ 5 3 5 。汽轮 机具有 8 段不可调整回热抽汽 ， 分别供给 3台高加、 1 台除氧器和 4台低加； 给水系统配备 3台上海电 力修造厂制造的容量为 5 0 的电动给水泵。机组 主要设计技术参数见表 1 和表 2 。 汽泵容量越大内效率也越高， 本案受场地限制 汽泵容量定为 1 0 0 9 ／6 。改造工作拆除一台电泵， 在 原位上安装一台 1 0 0 9 ／6 容量的汽泵， 另外两台电泵 留作备用； 当汽泵故障停运时， 两台电泵仍然可以维 持机组带额定 负荷运行 ， 机组的可靠 性较高 。 至 于 表 1 汽轮机设计工况下技术参数 汽泵参数的选择， 在比较三、 四、 五段抽汽参数后发 现采用四段抽汽 比较合适 ， 因此确定小汽轮机 的汽 源采用四段抽汽 。 吴志刚等： 2 1 0 MW 机组电动给水泵改汽动给水泵的经济性分析 表 2 电动给水泵组主要设计性能指标 2 输出净功率比较 6 机的调 峰范 围一般在 7 5 9 ／ 6 ～1 0 0 9 ／ 6 之 间， 即 负荷变化范围为 1 5 5 ~2 1 0 Mw ， 为了比较在调峰范 围内各个工况下两种驱动方式 的经济性 ， 选取 2 0 6 ， 1 8 0 和 1 6 0 MW 3 个工况的实际参数进行计算比 较。要计算输出净功率， 需要先计算小汽机用汽量。 2 ． 1 小汽机用汽量 计算小汽机用汽量 ， 首先计算提供机组出力 所需要的给水 流量相 当的功 率 ， 这 里称为 “ 工 质功 率” ： Pg 一 9 ． 8 ( q p 1 + q p 2 ) H／ 3 6 0 0 H 一 1 0 ( P 2 一 P 1 ) ／ r 式 中： P 为“ 工质功率” ，k W； q p ] 和 q z 分别为 1 和 2 电泵 的给水流量 ， t ／ h ； H 为工质扬 程 ， m； P 和 P z 分别为电泵的进、 出口压力， MP a ； y 为给水重度， Nf 。 小汽机用汽量 q d ： q d一 3 ． 6 Pg ／ [ ( ^ —h 。 ) ] 式 中： q a为小汽机 用汽量 ， t ／ h ； h 为 四段抽 汽焓 ， J ／ g ； h 为排汽焓 ， J ／ g ； 叩 为小汽机 内效率 ； y m , 为小 汽机机械效率； 为汽泵组效率。 2 ． 2 输出净功率得益 假定两种驱动方式所发出的总功率 P 2 是相等 的， 则汽泵驱动输出净功率 为： P q j — P 一 △ P — P 一 q d ( h 4 一 ) T ／ t r l j] g ／ 3 ． 6 式中： P j 为汽泵驱动输出净功率， k w； △ P为小汽 机用汽在主机抽汽点之后所发 出的功率 ， k W ； 为 主机内效率 ； 孙 为主机机械效率 ； 为发 电机效率 。 电泵驱动输出净功率 为： Pa j= = =P ～ Pa p 式 中： P i 为 电泵驱动输 出净功率 ， k W ； Pj 为 电泵消 耗功率 ， k W。 则采用汽泵驱动方式输出净功率得益 △ P _ 为： A Pj — P q i — Pd j ： = ：P d p — q d ( h 4 一 h ) 伽 ／ 3 ． 6 式中： △ P i 为输出净功率得益， k w。 按照 6 机变负荷三个工况的实际参数计算， 采 用汽泵驱动方式输出净功率得益 为 9 4 5 ． 7 7 ～ l 1 7 2 ． 5 5 1 【 W， 即汽泵驱动方式 比电泵驱动方式输出 净功率增加了 9 4 5 ． 7 7 ～1 1 7 2 ． 5 5 k W， 增加 比例为 0 ． 4 5 ～O ． 5 6 ； 可见采用小汽轮机驱动给水泵的经 济增益是非常显著的。输出净功率计算汇总见表 3 。 表 3 输出净功率计算表 3 热经济性比较 电动给水泵在启动时， 从静止到额定转速 ， 启动 55 吴志刚等： 2 1 0 MW机组电动给水泵改汽动给水泵的经济性分析 力矩很大。为适应这个转矩 ， 电机配置容量 比给水 泵额定功率大 3 7 ， 经济性较差 ， 而且 液力偶合器 工作过程本身存在驱动损失功率高达 l 5 左右[ 1 ] ， 如当电动给水泵的输入功率为 2 Mw 时， 液力偶合 器的功率损失即为 3 0 0 k W 。而汽动泵不需要升速 齿轮和液力偶合器， 所以也不存在这些设备的传动 损失， 采用汽动给水泵利用锅炉富裕蒸发量驱动给 水泵汽轮机 ， 使供 电量增加 ， 相当于主机增容， 降低 了发 电净热耗率 ， 提高了机组运行效率 。 热耗是判断汽轮发 电机组热力循环和运行情况 的主要指标 ， 根据考虑问题的角度不同， 它有两种形 式 ， 一种叫毛热耗 ， 一种叫净热耗 2 ] 。 对中间再热式 机组采 用 电动 给水泵 ， 毛热耗 Q n R a 和净热耗 Q删。 计算公式分别为 ： Q} { R d一 ( o + q r h h r h— q fw h f 一 q g p g p — q g i 西一q ^ ) ／ Pl QH R d 0一 QH R d ／ ( 1 一 r ] c y a ) 式中： Q侧和 Q H R ∞ 分别为电动给水泵毛热耗和净热 耗 ， ld／ k Wh 。 采用汽动给水 泵， 毛热耗 Q H R 和净热耗 Q “ 计算公式分别为： Q} = ( o+ q , h h r ~, 一 q h^ 如一 q g p ^ g p — q g j 舀一 ％h ) ／ ( P+ l O ～Pq p ) QH R q 。一 Q H R q ／ ( 1 一 y q ) 式中： QH R 和 Qn 分别为气动给水泵毛热耗和净热 耗 ， k J ／ k wh ； q ， q r h ， q fw ， q 印， ％ 和 ％分别为 主蒸 汽、 热再热蒸汽、 给水 、 冷再热蒸汽 、 过热器减温水、 再热 器减温水流量， t ／ h ； h o ， h r h ， h f w ， h 印， h 和 h 分别 为 主蒸汽、 热再热蒸汽 、 给水 、 冷再热蒸汽、 过热器减温 水、 再热器减温水焓， J ／ g ； P为发电机功率， MW； r ／ c ~ N I 为电泵和气泵驱动平均厂用 电率 ， ； P呻 为小汽机发出功率 ， k w 。 P q p — q d ( h 4 一h ) p ／ 3 ． 6 按照 6 机 3个负荷工况 的实际参数计算 ， 采用电动 给水泵毛热耗 Q 删 为 8 4 2 9 ． 4 ～8 5 2 0 ． 7 k J ／ k wh ， 净热耗 Q 。 为 9 0 9 7 ． 1 ～9 1 9 5 ． 6 k J ／ k Wh 。采用汽 动给水泵时， 假设参数不变， 发电机功率将下降 △P： △ P— q d ( 4 一h ) 叩 ／ 3 。 6 采用汽泵后 ， 厂用电减少了电泵 的耗功， 但增加 了汽泵前置泵的耗功， 采用汽泵平均厂用电率 为： 一 r ] c y d 一 1 0 0 ( Pd p — P Q ) ／ ( 1 0 0 0 P— A P) 式中： P Q为汽泵前置泵输入电功率 ， k W。 5 6 利用相关数据计算可知采用汽动给水泵毛热耗 Q 为 8 5 8 4 ． 7 ～8 6 5 6 ． 0 k J ／ k wh ， 净热耗 Q } 唧 为 9 0 4 7 ． 1 ～9 1 2 3 ． 1 k J ／ k wh ， 即汽泵方式 比电泵方式 毛热耗增加 △ QH R 为 1 3 5 ． 4 ～1 5 5 ． 3 k J ／ k wh ， 净热 耗下降 △ Q H R 0 为 5 O ． 1 ～7 2 ． 5 k J ／ k Wh 。热经济性计 算见表 4 。 表 4 两种驱动方式的热经济性计算表 参数名称 工况 l 工况2 工况 3 发电机功率 P ／ M W 主蒸汽压力~／ MP a 主蒸汽温度 幻 ／ ℃ 再热蒸汽压力p , h ／ MP a 再热蒸汽温度 ／ ℃ 高排压力p ~／ MP a 高排温度 ／ ℃ 给水温度 f ／ ℃ 主蒸汽流量 ( t h - ) 给水流量 q fw ／ ( t h - ) 过热器减温水流量 瞩／ ( t h - ) 再热器减温水流量 ％／ ( t h - ) 电泵方式厂用电率 啦 y d ／ 汽泵前置泵进口 压力 1 ／ MP a 汽泵前置泵出口 压力 2 ／ MP a 汽泵前置泵效率 主蒸汽焓 h o ／ ( J g - ) 再热蒸汽焓^ r h ／ ( J g - ) 高排蒸汽焓 h e p ／ ( J g - ) 给水焓 ^ f w ／ ( J g - ) 过热器减温水焓 ／ ( J ． g - ) 再热器减温水焓h ~ ／ ( J g ) 热再热蒸汽流量q ~ h ／ ( t h - ) 冷再热蒸汽流量铀 ／ ( t h ) 小汽机发出功率 小机 用汽使 主机功率 下降△ P ／ k W 汽泵前置泵给水流量 g ( t h - 1 ) 汽泵前置泵扬程 。 ／ m 汽泵前 置泵输 入电 功率P Q ／ k W 汽 泵方 式厂用电 率 ／ 电泵驱动毛热耗 d ／ ( k w h ) 电泵驱动净热耗 ~o ／ ( 1d k h - ) 汽泵驱动毛热耗~／ ( k J k Ⅳ一 h 一 ) 汽泵驱动净热耗 ~o ／ ( k J k W - h ) 毛热耗增加值 △ Q氓／ ( k J k W h - ) 净热耗减少值 △ ／ ( k J k w h - 1 ) 2 0 6 1 8 0 1 6 0 1 2 ． 6 5 l 2 ． 5 1 l 1 ． 6 5 5 3 4 5 3 4 5 3 4 2 ． 1 3 l _ 8 l | 6 1 5 4 1 5 4 0 5 3 9 2 ． 3 3 1 ． 9 6 l _ 7 4 3 1 8 3 0 9 3 0 7 2 4 7 ． 4 2 4 0 ． 8 2 3 5 6 0 7 5 4 4 4 6 2 6 0 8 5 7 0 4 6 6 ． 5 2 3 5 1 3 2 3 3 ． 5 1 9 7 ． 3 4 7 ． 3 4 7 ． 3 4 0 ． 8 3 0 ． 6 0 ． 5 3 1 ． 5 l _ 5 1 ． 5 0 ． 7 9 0 ． 7 9 0 ． 7 9 3 4 3 0 ． 3 3 4 3 1 ． 9 3 4 41 ． 3 3 5 5 5 ． 4 3 5 5 6 ． 5 3 5 5 6 。 1 3 0 5 5 ． 6 3 0 4 4 ． 3 3 0 4 5 ． 6 1 0 7 3 ． 9 1 0 4 3 1 0 1 5 ． 9 6 7 1 ． 8 6 5 5 6 3 4 6 6 6 ． 5 6 4 9 ． 6 6 2 8 ． 8 5 3 5 ． 6 4 5 6 ． 3 4 1 0 ． 7 5 1 2 ． 6 4 5 2 ． 8 3 9 1 ． 7 3 4 8 6 ． 8 5 3 0 7 0 ． 6 5 2 3 4 0 ． 8 5 3 7 2 6 ． 9 9 3 2 8 2 ． 1 4 2 5 0 2 ． 0 7 6 3 1 5 7 5 4 7 9 ． 5 7 5 ． 1 0 1 0 0 ． 4 7 1 0 7 ． 7 5 1 6 3 ． 3 O 1 9 9 ． 0 7 1 7 8 ． 0 4 5 ． 1 1 5 ． 0 4 5 ． 1 2 8 4 2 9 ． 4 8 3 9 6 ． 0 8 5 2 0 ． 7 9 0 9 7 ． 1 9 0 6 1 ． 1 9 1 9 5 ． 6 8 5 8 4 ． 7 8 5 5 2 ． 0 8 6 5 6 ． 0 9 0 4 7 ． 1 9 0 0 6 ． 2 91 2 3 ． 1 1 5 5 ． 3 1 5 5 ． 9 1 3 5 ． 4 5 O ． 1 5 4 ． 9 7 2 ． 5 吴志刚等 ： 2 1 0 MW 机组电动给水泵改汽动给水泵的经济性分析 4 投资回收期计算 4 ． 1 按供电煤耗减少而节约燃料成本计算 增加汽泵抽汽虽然会使毛热耗增加， 发电煤耗 也增大， 但同时厂用电率下降， 从热经济性比较计算 的结果来看， 虽然毛热耗是增加的， 但净热耗却是减 少的， 即供电煤耗也是减少 的。供 电煤耗减少值 为[ 。 ] ： Z ~ ／ t H R 0 一 l 0 0 0 A Q H R o ／ ( 2 9 3 0 7 ． 6 r i g 1 ) 式 中： z ~ T t H R O 为供 电煤耗减少值 ， g ／ k Wh ； 魂1 为锅炉 效率 ； q g d 为管道效率 。 按照 3 个负荷工况的实际参数计算， 汽泵方式 供电煤耗减少值为 L 8 5 ～2 ． 6 8 g ／ k Wh ， 假定机组 年利用小时数为 5 5 0 0 h ， 标 煤价格为 8 4 0元／ t ， 那 么年创效益 S 为 ： Sp m 一 5 5 00 8 40 21 0 1 0 3 X 1 0 一 Ar nH R 0 计算结果 s 为 1 7 9 ． 8 ～2 6 0 ． 4万元。假如改造投 资费用为 l 6 0 0万元 ， 那么 回收期为 6 ． 2 ～8 ． 9年 。 4 ． 2 按输出净功率增加使上 网电量增加计算 虽然上网电量是按统调计划分配的， 输出净功 率的增加不一定能使上网电量增加， 但只要输出净 功率是增加的， 那么汽泵方式就是经济的。按输出 净功率增加使上网电量增加计算， 假定上网电价 s 为 0 ． 4 2元／ k Wh ， 那么年创效益 S j 为 ： Sp j一 5 5 0 0 APj S 计算结果 s i 为 2 1 8 。 5 ～2 7 0 ． 9万元， 投资回收期为 5 ． 9 ～7 ． 3年。投资 回收期计算见表 5 。 5 结语 从以上分析计算可 以看 出， 恒运 电厂 #6机 电 动给水泵改汽动给水泵的经济效益是可观的， 但是 由于投资费用太高， 投资回收期较长 。目前 6 机 的 年平均供电煤耗为3 4 7 ． 3 1 g ／ k Wh ， 在全国同类机 表 5 投资回收期计算表 组 中处于优秀水平 ， 因此 ， 若仅仅从经济性上考虑 ， 6 机电泵改汽泵不是很有必要， 但若为了配合脱硫 改造满足厂用电的需要 ， 则改造也是可行的， 经济上 也是有一定效益 的。以上计算结果表 明， 改造所 能 获得的经济效益与机组负荷率、 煤价、 上网电价、 机 组年利用小 时数 等因素有密切关 系， 不论按供 电煤 耗减少而节约燃料成本计算 ， 还是按输 出净功率增 加使上网电量增加计算 ， 计算结果均表明， 机组负荷 率越低， 汽泵驱动方式获得的增益就越大， 投资回收 期就越短。 参考文献 ： [ 1 ] 张春发． 电动给水泵和汽动给水泵 的经济性比较研究 [ 2 ] E 3 ] [ j ] ． 电力科学与工程， 2 o o 6 ( 1 ) ： 3 1 —3 3 ． 刘凯． 汽轮机试验E M] ． 北京： 中国电力出版社， 2 0 0 5 ． 郑体宽． 热力发 电厂 E M] ． 北 京： 中国电力 出版社 ， 2 OO 1． 、 ， 佛 、 、 甜 e 、 、 ’ k 、 需、 ～ ～ ￡ 、 ～ ￡ f f 、 g 易 甜 甜 黜 坌 窖 宝 鸱 ( 上接 5 3第 页) 现 ， 二段的直 流电源小开关瞬时跳 闸， 推上开关后设 备恢复正常。 上述两案例是中心站最近在巡视时排除 的两起 有关直流电源系统的异常情况。如果运行人员不熟 悉和掌握直流电源系统的工作原理和运行维护的方 法 ， 忽视或延误 了故 障的及 时排 除 ， 万 一 1 0 k V 出 线发生故障， 继电保护装置无法动作， 开关无法跳闸 切除故障 ， 就会导致上一级开关越级跳闸 ， 扩大停 电 范围， 增加了不必要 的损失 。 5 结束语 对直流 电源系统 的运行维护 ， 是 中心站运行人 员工作的重中之重 。运行人员必须掌握直流 电源系 统各部分的工作原理， 这样才能更好地做好直流电 源系统的运行维护工作 ， 保证安全供电。