華能巢湖電廠電動給水泵的設置

宋坤林，王 斌

(江蘇省電力設計院，南京市，211102)

1 工程概況

華能巢湖電廠一期建設2×600 MW超臨界燃煤機組，規劃容量4×600 MW，留有擴建余地。

工程選用哈爾濱鍋爐廠有限責任公司制造的超臨界壓力燃煤直流鍋爐，鍋爐為單爐膛，一次中間再熱、平衡通風、固態排渣、露天布置、全鋼架懸吊結構；鍋爐最大連續出力為1900 t/h，額定工況過熱器出口壓力為25.4 MPa(g)。

工程選用哈爾濱汽輪機廠有限責任公司制造的超臨界汽輪機，型號為CLN600-24.2/566/566。

2 電動給水泵配置方案

近年來，對大型機組是否必須設置電動備用泵的討論日見增多。電動泵的功能確定為備用泵的最大優點是不因汽動泵的故障而影響汽輪機組的滿發，但缺點是大大增加了初投資。電動泵的配置如何達到技術、經濟等方面的最優化，需要根據工程特點進行綜合分析。本項目的電動給水泵配置方案如下。

2.1 電動給水泵容量

2.1.1 設計規范要求

根據DL5000—2000《火力發電廠設計技術規定》第10.3.6條要求，對600 MW及以上機組，宜設置1臺容量為最大給水量25%～35%的調速電動給水泵作為啟動和備用給水泵。

2.1.2 鍋爐啟動要求

鍋爐最小直流負荷與鍋爐爐型有關，一般設計值約為25%經濟連續出力（economic continuum rate，ECR），實際運行高的到35%ECR，低的到15%ECR。對于沒有啟動循環泵的鍋爐，電動給水泵的容量須滿足鍋爐最小直流負荷的要求；對于有啟動循環泵的鍋爐，電動給水泵的容量須滿足在啟動過程中和鍋爐本體配置的啟動循環泵同時達到鍋爐最小直流負荷的要求，同時也可考慮啟動循環泵事故退出后，完全利用電動給水泵進行機組啟動。

2.1.3 汽動給水泵組切換要求

由于小汽機轉速可調，其高壓進汽的參數不高，并且汽動給水泵的最小流量一般為其容量的20%～25%，因此從電動給水泵和汽動給水泵切換的角度來看，即使對100%容量汽動給水泵，電動給水泵容量選擇30%BMCR也可以滿足要求。

2.2 配套電動機

600 MW等級超臨界機組給水流量大、壓力高。如果電動給水泵具有備用功能，電動泵與汽動泵可并聯運行，兩者的揚程必須接近，其軸功率相應較大。在華能巢湖電廠2×600 MW新建工程設計中，對電動給水泵的軸功率及配套電機進行了計算分析。

2.2.1 電動備用給水泵軸功率計算

電動給水泵作為30%容量備用泵時，其揚程約為3340 mH2O，功率計算如下：

式（1）～（4）中：Hq為前置泵揚程，Hq=130 mH2O；Q入為前置泵軸入口流量，Q入=0.19395 m3/s；ρ為給水密度，ρ=880 kg/m3；ηq為前置泵的效率，ηq≈80%；Q出為主泵出口流量，Q出=0.1889 m3/s;Hz為主泵揚程，Hz=3210 mH2O；Q抽為主泵中間抽頭流量，Q抽=0.00505 m3/s；ηz為主泵的效率，ηz≈85%；ηfc為液力耦合器效率，ηfc≈93%；fd為電機裕量，fd=15%。

由式（1）得Nq=272 kW；由式（2）得Nz=6237 kW；由式（3）得Nm=6979 kW；由式（4）得Nd≈8000 kW。

當電動給水泵備用容量為50%時，泵組的電機功率將達到13 MW。

2.2.2 電動啟動給水泵軸功率計算

電動給水泵僅作為啟動用泵時，其揚程必須滿足各種啟動工況下鍋爐建立直流循環所需的壓頭，如圖1所示。從圖1可以看出，鍋爐啟動時為定壓運行，電動給水泵可以選用定速泵。

式（5）、（6）中：Q為啟動泵入口流量，Q=0.1939 m3/s；H為啟動泵揚程，H＝1390 mH2O；η為啟動泵效率，η≈80%。

由式（5）、（6）得N啟=2907 kW，Nd啟≈3400 kW。

2.3 系統分析

當電動給水泵僅考慮作為啟動泵時，為節約投資，本工程2臺機組配1套啟動泵。由于受到輔助蒸汽等外圍系統容量的限制，本工程2臺機組不會出現同時啟動的情況。當2臺機組配1套啟動泵時，啟動給水系統將按擴大單元制設計，如圖2所示。

與啟動給水系統按單元制相比較，擴大單元制方案節約1臺啟動給水泵，但系統相對比較復雜，電氣方面須增加1面隔離開關切換柜，從每臺機組的6 kV分別設置1個斷路器柜，經電纜分別引接至隔離開關切換柜（設置2臺隔離開關），再由隔離開關切換柜引接至電動給水泵。隔離開關切換柜與相應的6 kV柜進行電氣閉鎖，確保與運行機組的對應，避免電氣回路的合環運行。擴大單元制方案可確保運行的可靠性，但與單元制接線相比，增加了1臺隔離開關切換柜，使相應控制回路更復雜。控制方面將給水泵及閥門直接納入單元機組DCS公用網絡，實現在2臺機組DCS系統中均可監控，并確保任何時候僅有1臺機組能發出有效操作指令。從電氣、控制方面都能確保該系統的安全可靠性，從設計上避免將來可能出現的問題。

按機組每年冷態啟動2次、熱態啟動5次考慮，鍋爐啟動給水泵每年的使用頻率非常低，采用2機合用1臺電動啟動泵，可有效提高設備的利用率。電廠應能保證給水泵的正常維護，保證其可靠性。

2.4 投資比較

全壓運行的電動備用泵與低壓運行的啟動泵相比，電動備用泵投資主要增加在以下方面：（1）給水泵組及管路系統因承壓不同的設備價差；（2）為適應與汽動泵并列運行，電動備用泵須配置價格昂貴的進口液力耦合器；（3）電動機功率，600 MW機組1臺電動起動泵的電動機功率約為3400 kW，30%容量電動備用泵為8000 kW（50%容量電動備用泵將達到13 MW）；（4）廠用電系統，電動啟動泵僅在低負荷運行可不計入廠用電負荷，由于廠用電總負荷和最大電機容量都大大降低，變壓器容量也可相應減小，6 kV開關柜也可采用40 kA的開斷水平。

電動備用泵與電動啟動泵的投資比較如表1。

表1 電動備用泵與電動啟動泵的投資比較Tab.1 Investment comparison of elelctric standby and electric start-up pumps 104yuan

3 600 MW超臨界機組設置備用泵的探討

通過對給水泵生產廠家和有關電廠的調研可知，給水泵汽輪機的可靠性可以與主汽輪機相比，而且給水泵采用進口芯包，事故率也很低。目前國內投產的汽動給水泵運行情況良好，石洞口二廠的600 MW超臨界機組，外方設計的電動給水泵就沒有備用功能，其汽泵運行穩定；邯峰電廠、西柏坡電廠和衡水電廠的汽泵事故率很低，備用功能極少投用。GE公司2×50%汽動泵和1×100%汽動泵這2種方案一般不設備用泵，這也是基于給水泵組的高可靠性和對其的快速修復能力，該公司1979—1993年對給水泵組的統計表明，強迫停機率僅為0.16%。

從實際情況看，超臨界機組電動備用泵也較難完成緊急備用的目的：如果要具有緊急備用功能，備用條件比較復雜，電泵的油系統須經常運行，泵始終處于熱備用狀態；泵出口電動閘閥常開，逆止門長期承壓（32 MPa）；熱控應考慮電泵并入的給水調節；電氣需要設置電泵的自動投入等；諸多條件中有一項不能滿足就不能實現備用功能。而且，在600 MW超臨界機組中，由于電動給水泵的功率很大，約為8000 kW，當給水泵緊急啟動時，由于電氣電源電壓波動、液力耦合器和最小流量閥響應速度等原因，電動給水泵很難實現作為汽動給水泵的緊急備用，往往當其中1臺汽動給水泵故障時，只能依靠快速減負荷（run back，RB）功能先保證機組降負荷運行，然后再啟動電動給水泵；當2臺汽動給水泵故障時，應立即使機組主燃料跳閘（main fuel trip，MFT）。

從目前我國實際情況看，汽動給水泵組的運行可靠性已達到很高水平，其快速修復能力也很高，而超臨界600 MW機組30%容量電動變速備用泵和30%容量電動定速啟動泵的初投資價差高達1772萬元。此外，為降低電廠初投資，增加電廠上網電價的競爭優勢，不設備用泵的意向也日見明顯。

4 結論

華能巢湖電廠工程將電動給水泵的功能確定為啟動泵，并且2臺機組合用1臺30%容量的啟動電動給水泵。該方案與2臺機組各配1套電動備用給水泵相比能節約初投資約1772萬元。通過電廠的實際運行表明，該系統是可靠、可行的。

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