1000MW机组锅炉给水系统优化.pdf

第 2 9卷 第 1 0期 水利电力机械 2 0 0 7年 1 0月 WA T E R C 0 N S E R V A N C Y & E L E C T R I C P 0 WE R MA C H I N E R Y V0 1 2 9 No 1 0 0e t 2 0 0 7 1 0 0 0 MW 机组锅炉给水系统优化 1 0 0 0 MW u n i t b o i l e r f e e d wa t e r s y s t e m o p t i mi z a t i o n 方联 ， 许桂琴 ， 王颖 FANG L i a n， XU Gui q i n， W ANG Yi n g ( 东北 电力设计院 热机室 ， 吉林 长春1 3 0 0 2 1 ) ( D e p a r t m e n t o f T h e r m a l Ma c h i n e o f t h e N o h e a s t E l e c t ri c P o w e r D e s i g n I n s t i t u t e ， C h a n g e h u n 1 3 0 0 2 1 ，C h i n a ) 摘 要： 通过介绍几种给水泵组常规的布置形式， 提出了绥中发电厂二期工程的推荐方案 台5 0 的汽 动给水泵。然后从 几个方面论述不设备 用泵 、 采用本方案的可行性 。 关键词 ： 1 0 0 0 MW 机组 ； 汽动给水泵 ； 电动给水泵 中图分 类号 ： T K 2 2 3 5 2 文献标识码 ： A 文章编 号 ： 1 0 0 6 6 4 4 6 ( 2 0 0 7 ) 1 0 0 0 3 0 0 4 Ab s t r a c t ： T h r o u g h i n t r o d u c t i o n t o t h e l a y o u t o f s o me o r d i n a r y f e e d w a t e r p u mp s e t s ， a p r o p o s a l i s v e n t o S u i z h o n g P o w e r P l a n t s e c o n d t e r m p r o j e c t ： t w o 5 0 t u r b i n e d ri v e n f e e d w a t e r p u m p s T h e f e a s i b i l i t y o f t h i s d e s i g n i s de t a i l e d i n s e v e r a l a s pe c t s Ke y wor d s： 1 0 00 MW u n i t ，t ur bi ne d riv e n f e e d wa t e r pu mp，mo t o r d riv e n f e e d wa t e r pu mp 1 工程概况 绥中电厂地处辽宁省境 内， 位于山海关附近， 处 于东北和华北地区的交界地带。电厂位于辽宁省西 部电网的最南部 ， 是东北 电网的主力发电厂。绥 中 发电厂是 2 0世纪 8 0年代初期规划 ， 2 0世纪 8 0年代 后期开始成套设备的引进和设计 ， 2 0世纪 9 0年代建 设 的大型火力发电厂。原规划容量为 3 2 0 0 MW， 一 期工程的 2台 8 0 0 M W 俄罗斯超临界机组于 2 0 0 0年 投产发电。本期工程扩建安装 21 0 0 0 MW 超超临 界燃煤汽轮发电机组。 随着蒸汽参数的提 高， 给水 泵组 的耗功与机组 额定功率的比值相应增大 ， 尤其对于初压为 2 5 MP a 以上的超超临界机组 ， 可达到 3 4 ， 对整个电厂 的厂用电等级有很大影响。由于给水泵处于机组工 艺流程的关键地位 ， 是 电站 中最重要的辅助设备， 所 以， 泵组选型的优劣不仅直接影响其 自身 的安全性 和经济性 ， 而且对整个工程 的初期投 资与安全经济 运行也产生十分重要的影响。为此 ， 对 1 0 0 0 M W 超 超临界机组给水泵组的配置方案进行综合技术经济 分析 ， 确定合理的选型方案 ， 并通过对泵组选型方案 的优化， 为电厂投产后的经济运行创造有利条件。 对于国产 引进型 1 0 0 0 M W 机组 ， 2 0 0 0年后 ， 在 引进 国外技术 的基础上 ， 逐步将 国外技术 国产化。 本文是在总结 了在建的玉环和邹 县 1 0 0 0 M W 工程 的基础上 ， 结合该工程的特点 ， 参考国 内外适应我 国 国情的先进技术和可用经验完成的。其 目的是 为了 优化该工程的给水系统 ， 最大限度地在保证安全运 行的基础上 ， 降低工程造价。作者先从机组 系统本 身进行分析研究 ， 进而优化给水系统 ， 同时考虑到主 厂房整体布置的需要 ， 降低除氧器层 的标高 ， 减少主 厂房的工程量 ， 合理地控制了工程的投资。 2 给水泵配置优化方 案 2 1 常规给水泵的配置型式 火力发电厂设计技术规程 第 1 0 3 5条、 第 1 0 3 6条对给水系统 和给水 泵有这样的规定 ： “ 对 6 0 0 MW 及 以上机组的运行给水泵宜配置 2台容量 各为最大给水量 5 0 的汽动给水泵。对 6 0 0 MW 及 以上机组 ， 宜设置1 台容量为最大给水量2 5 3 5 收稿 13 期 ： 2 0 0 70 52 l 作者简介 ： 方联 ( 1 9 6 7一) ， 男 ， 吉林 长春人， 东北 电力设计院热机室高级工程 师， 主要从事火电厂热机设计方面的工作 。 维普资讯 第 2 9卷第 1 0期 方联 ， 等 ： 1 0 0 0Mw 机组锅炉给水系统优化 3 1 的调速电动 给水泵作 为启 动和备用给水泵 。 ” 根据 设计技术规程和国内外 的有关资料 ， 给水 泵组一般 有以下几种配置方式 ： ( 1 ) 6 0 0 M W 机组配置的几种方案 。 方案 1 ： 1 X 1 0 0 汽动泵 +3 0 电动泵 ； 方案 2 ： 2 X 5 0 汽动泵 +3 0 电动泵 ； 方案 3 ： 3 X 5 0 电动泵方案 ； 方案 4： 2 X 5 0 电动泵 + 3 0 电动泵 ； 方案 5 ： 2 X 5 0 汽动泵 + 5 0 电动泵 ； 方案 6 ： 1 X 1 0 0 汽动泵 + 5 0 电动泵。 ( 2 ) 1 0 0 0 MW 机组配置的几种方案。 方案 1 ： 2 X 5 0 汽动泵 + 2 5 电动泵； 方案 2 ： 1 X 1 0 0 汽动泵 + 2 5 电动泵 。 根据国内外的实践经验 ， 6 0 0 MW 及以上机组的 给水泵 已趋向于采用冷凝式汽轮机传动。其主要原 因在于冷凝式汽轮机传动使 主汽轮机 的净热耗得到 改善， 使机组的综合经济技术指标达到最佳 。 国内已建成或在建的 6 0 0 MW 及以上容量的超 临界和 超超 临界机 组 ， 多 采用 2 X 5 0 汽 动泵 + 2 5 3 0 电动调速备用泵的配置方案 。 1 0 0 0 MW 机 组泵 组 的台数 选择 有 2种方 案。 一 种是采用 2 X 5 0 ， 即由 2台半容 量的主给水泵 并列运行 ， 另设 2 5 容量的启动及正常备用电动泵 组。这种配制方式 的优点是运行灵活 ， 不因泵组故 障或检修影响主机运行。国内 1 0 0 0 MW 机组 ， 如浙 江玉环 、 山东邹 县等 以及 日本 1 0 0 0 MW 机组 ， 其典 型的泵组形式就是采用这种配置方式。另一种是采 用 1 X 1 0 0 的主给水泵 ， 另设一台 2 5 容量的启动 及正常备用 电动泵。这种方式的优点是设备初期投 资少 ， 运行维护方便。如 由美 国 G E公 司提 供的小 汽机给水泵组的3 2 4个电厂中， 有 1 2 3个采用 1 0 0 汽泵方案 ， 占 3 8 ， 单机最大机组 容量达 8 0 0 MW； 美 国及德国的单机容量为 1 3 0 0 MW 和 9 0 0 MW 的超 临界机组也多采用 1 0 0 汽泵方案 。但 目前国 内尚 没有 1 0 0 汽泵的配置方案 ， 亦没有该方面的运行 业绩。一旦 1 0 0 容量 的主泵发生 故障， 虽不至 于 造成机组停机 ， 但会使机组降负荷过多， 机组 只能维 持最低稳燃负荷运行 。 2 2 拟采用的给水泵的配置 给水泵组的配置方式取决于机组容量、 设备质 量、 机组在电网中的作用以及设备投资等多种因素。 目前给水泵及给水泵汽轮机的可靠性 已与主机的可 靠性相当， 所 以， 可取 消电动给水泵 的正常备用功 能。从经济的角度出发， 该工程拟采用 2台5 0 的 汽动给水泵 ， 不设启动和事故备用给水泵。 3 给水泵不设备用 的可行性 湿冷机组 的汽动给水泵设置备用 的 电动给水 泵 ， 主要有以下作用 ： ( 1 ) 启动。 ( 2 ) 事故备用 。 ( 3 ) 汽泵 的正常备用。 下面就 2 X 5 0 容量 的汽动给水泵方案 ( 简称 方案 1 ) 和 2 X 5 0 容 量 的汽动 给水泵 加 上 1台 2 5 容量 的电动备用电动给水泵方案 ( 简称方案 2 ) 进行技术比较 ， 详细说明取消备用电动泵的可行性。 3 1 机 组启 动 当机组启动时， 从老厂连接 2根 4 6 5 m m x 1 6 m m的管道 ， 能供 1 0 0t h的 1 5 7 MP a ， 4 0 0 4 4 0 蒸汽 ， 而机组启动时需要辅助蒸汽约为 9 5 t h ， 其 中 汽动给水泵启动和运行时要求 的最小流量是 3 0 t h ( 0 81 3 M P a ， 3 0 0 3 8 0 ) ， 所以汽动泵的蒸汽 量满足要求。在真空泵把 凝汽器建立真空后 ， 汽动 给水泵汽机的乏汽排入凝汽器 。所 以， 启动 的时候 用汽动泵启动是可行 的。 3 2 机组事故 当汽机事故停机时 ， 锅炉突然切掉燃料 ， 为保证 锅炉受热面能够得到足够的冷却 ， 一般需要一个不 低于 1 0 锅炉最大连续 出力 ( 以下简称 B MC R) 容 量 的给水泵提供一定 的给水量 。该工程采用东方锅 炉厂生产的设备 ， 东方锅炉厂已承诺在事故停机状 态下 ， 不需要维持 1 0 B MC R的给水量 ， 故不需要 为此专 门设置电动给水泵 。 3 3 汽泵的正常备用 还有一个重要 的备用就是当 1台汽动给水泵或 汽动给水泵汽机故障时的正常备用。 3 3 1 发电量比较 在方案 1的情况下 ， 如果 1台汽动给水泵或汽 动给水泵汽轮机故障 ， 不会造成机组停机 ， 机组仍可 维持 6 0 额定负荷运行。使用方案 2时， 如果 1台 汽动给水泵或汽动给水泵汽轮机故 障， 启动备用 电 动给水泵 ， 机组可 以满足 9 0 额定负荷运行 ， 比前 者增加约 3 0 额定负荷。 3 3 2 汽动给水泵或给水泵汽轮机 的可靠性 确定 2 5 B MC R容量 的电动泵 为定速起动泵 ， 是因为 目前国外投产的 1 0 0 0 M W 机组 ， 其汽动给水 泵和给水泵汽轮机运行情况 良好 ， 电动给水泵 的备 用功 能投 入 的极 少 ， 完全 可 以不 设备 用 。 根 据G E 维普资讯 3 2 水利 电力机械 2 0 0 7年 l 0月 公司提供的资料 ， 基于给水泵组高的可靠性作保证 及快速的修复能力 ， 2 5 0 和 l1 0 0 汽动给水 泵 2种方案一般不设备用泵 ， 该公司 1 9 7 9l 9 9 3年 对 3 7 9组 给 水 泵 组 的统 计 ， 其 强迫 停 机 率 仅 为 0 1 6 。 3 3 3 已采用不设正常备用给水泵的工程情况 目前 ， 国际上已运行 的 6 0 0 MW 机组 中， 日本广 野 5机设置了2 5 0 容量的汽动给水泵并列运行， 另配 l 台 2 5 B MC R容量启动 事故电动给水泵。国 内的6 0 0 MW 电厂中， 有正在建设的营 口二期工程设 置了2 5 0 容量的汽动给水泵并列运行 ， 另配 l台 2 5 B MC R容量启动 事故电动给水泵。 3 4 电动给水泵的取消对机组正常启停、 锅炉甩负荷 ( R B) 工况、 安装调试及检修的影响 3 4 1 取消电动给水泵组对机组正常启 、 停 的影响 ( 1 ) 取消电动 给水泵组后 ， 系统清洗及锅炉启 动上水使用凝结水输送泵。 ( 2 ) 取消电动给水泵组后 ， 启 动期间汽动给水 泵承担机组 3 0 热耗率保证工 况( 以下简称 T HA) 以下负荷的上水任务， 这样原本用于小 汽机调试用 汽的辅助蒸汽汽源需要变更为小汽机正常运行的汽 源( 用于在机组启动和机组带负荷时的用汽) ， 辅助 蒸汽供小汽机用汽量最大进汽量至少应有 3 2 t h 。 3 4 2 取消电动给水泵组对机组安装调试的影 响 ( 1 ) 在正常 的调试工作 中， 主机 轴系工作结束 后 ， 使用电动给水泵进行管道吹扫 ， 锅炉吹管通常采 用 2种吹管工艺 ， 降压吹管和稳压吹管。降压蒸汽 吹管是指锅炉事先维持一个较高 的吹管压力 ， 然后 迅速全开临时吹管门， 使锅炉压力迅速下降 ， 蒸发量 瞬间骤增， 从而实现对锅炉受热面的吹扫 ； 稳压蒸汽 吹管是在吹管过程 中始终维持相对 恒定的系统压 力， 它是一个暂态过程 ， 在此过程 中， 锅炉维持输入 和输出之间的质量平衡 。同时， 机组主系统的抗燃 油 ( E H) 系统和真空进行调试 ， 当吹管结束 、 以上 2 个系统全部具备条件后 ， 主机和小汽机 的控制部分 开始调试 ， 主机在整套启动期间， 小汽机的调试工作 同步进行 ， 这样主机和汽动给水泵的工作是并行的。 ( 2 ) 取消电动给水泵后 ， 机组吹管要等汽动给水 泵具备条件才能开始， 这将会使原本与主机同步进行 的小汽机调试工作提前。根据调试时间安排 ， 汽动给 水泵调试时间需要 1 0 d ， 机组吹管需要 1 0 d ， 预计延后 2 0d ， 但通过施工组织调整可以解决该问题。 3 4 3 取消电动给水泵组对机组 R B工况的影响 ( 1 ) 根据锅炉技术协议 ， 锅炉具有 R B功能 ， 能 承受 5 0 额定负荷突然变化并保持稳定运行 ， 同时 机组在 1 0 0 负荷 的突然变化情况下 ， 能保证锅炉 安全， 对 25 0 纯汽泵方案 ， 当 l台汽泵故 障时， 另 l台汽泵可维持机组运行。 3 4 4 取消电动给水泵组对机组检修 的影响 由于小汽机运行需投人主机轴封 、 真空 、 盘车及 密封油等多个系统 ， 如果在停机检修期 间以上系统 不能全部运行 ， 而锅炉需要上水时 ， 则可以使用凝结 水输送泵给锅炉上水。 3 5小结 从上面的分析可 以看 出， 不设备用启动 事故电 动给水泵是完全可行的； 不设正常备用给水泵 ， 当汽 动给水泵发生事故时， 发电量减少 ， 但 由于 目前的汽 动给水泵的可靠性很高 ， 事故发生极少， 不设正常备 用给水泵也是完全可行 的。下面就不设备用泵的经 济性作进一步论述。 4 不设置备 用电动给水泵 的经济性 4 1 设备的初投资 不设备用泵 ， 不但节省 了电动给水泵本身的初 期投资 ， 还节省了附加的设备 、 管道和阀门的费用以 及运行和维修 的各种费用 ， 经济性非常可观。 4 2 1台汽动给水泵故障的经济损失 根据资料“ l 9 9 9年全国火电5 2 0 6 0 0 MW 机组 非计划停运与非计划降出力前十五类部件分类” 显 示数字表明 ： 给水泵和给水泵汽机 的各项指标指数 很低 ， 等效非计划停运( 以下简称 E U O) 平均给水泵 每台年仅为 5 7 6 h ， 给水泵 汽轮机为 4 1 h ， 具体详 见表 l 。l台机组少发 电量为 ： 2( 5 7 6+4 1 ) 3 0 0 0 0 0=5 9 1 6 0 0 0 k W h ， 发 电 成 本 按 0 1 8 7 元 ( k W h ) 计算 ， 上网 电价按 0 2 9元 k W h计 算 ， 每年损失约 6 l 万元。 4 3经济 比较 目前有 2种设置备用给水泵 的方式 ： 一种是设 置 l台 2 5 B MC R容量的启 动 事故备用电动定速 给水泵 ； 一种是设置 l台2 5 B MC R容量的启动 备 用 电动调速给水泵。前者由于取消了电动给水泵的 正常备用功能 ， 电动给水泵为定速， 不需调速用的液 力耦合器， 且电动给水泵按锅炉启动参数确定， 扬程 可大幅度降低， 电动机功率约降低 5 0 ， 大大减少 了电动机 的投资。高压厂用 电电压可采用 6 3 k V 一 级电压， 也致使厂用电电压等级降低。作者把不 设置备用电动给水泵 的方案和上面 2种设置备用泵 的方案进行 了经济比较 ， 详情见表 2 。 维普资讯 第2 9卷第 1 0期 方联 ， 等 ： 1 0 0 0 MW 机组锅 炉给水 系统优化 3 3 表 1 等效非计划停运 小时表 设 备投资 不设备用 电动给水 泵 房动 事故备用 电动定速给水泵 启动 x E 常备用电动调速给水泵 5 结论 通过分析论证 ， 不设置备用电动给水泵方案 和 设置备用电动给水泵方案无论从启动 、 正常运行 以 及事故停机方面， 都能满足运行要求 ， 2种方案 的系 统也都可行 。前者的优点是初期投资要远远少于后 者 ， 主厂房布置简单 ， 没有运行和检修的费用 ， 缺点 是 1台给水泵汽轮机或 汽动给水泵 故障时 ， 每年每 台机组经济损失约 6 1 万 元 ， 按 2 0年折现为经济损 失约 6 3 0万元 。后者优点是 1台给水泵汽轮机或汽 动给水泵故障时， 启动 1台 2 5 B MC R容量的备用 电动给水泵 ， 汽 轮机仍 可带约 9 0 额定负荷运行 ， 缺点是初期投资高 ， 电机需检修空间较 大。由于不 设置备用 电动给 水泵方案具有更 高经 济性及可靠 性 ， 方便运行维护 ， 减少检修工作量的优点 ， 且能够 创造 良好的运行管理环境 。因此 ， 该期工程推荐不 设置备用电动给水泵方案 。 ( 实习编辑 ： 涂毅 ) () 。o。0。 0。 0。 。 。0。 0。() 。 。0。 。0 。 。 ( 上接 第 2 9页) 3 叶元端 水力机组及辅助设备检修 M 北京： 水利电 力 出版社 ， 1 9 9 3 参考文献 ： 1 史振声 水轮机 M 北京 ： 水利电力 出版社 ， 1 9 9 5 2 陈新方 水轮机机构分 析 M 北京 ： 水利 电力 出版社 ， 1 9 9 4 4 李启荣 水 电站机 电设备 运行 与检修 技术 问答 ( 上册 ) M 北京 ： 中国电力 出版社 ， 1 9 9 6 ( 实习编辑 ： 涂 毅) 维普资讯