江西大唐國際撫州發電廠循環水泵選型優化方案研究

曹博（中國機械設備工程股份有限公司　北京市　100055）

江西大唐國際撫州發電廠循環水泵選型優化方案研究

曹博
（中國機械設備工程股份有限公司北京市100055）

本文根據“以高質量、低造價、低運行成本”為原則，結合本工程供水系統的特點，從循環水泵的臺數、國產泵與進口泵及布置等方面入手，對循環水泵的選型進行了全面優化，推薦出合理、安全并經濟適用的循環水泵選型方案。

循環水泵；火電廠；選型優化

1　工程概況

江西大唐國際撫州發電廠（以下簡稱撫州電廠）位于撫州市東南方向27.0km的臨川區青泥鎮周家村西南，北距南昌市約100km。廠址地貌主要為丘陵崗地，夾少量沖溝水田及水塘。地形起伏不大，自然地形標高在75.7～95.50m（黃海高程，下同）之間。廠址北面和南面均有沖溝通過，廠址地勢較周邊地形高，場地自然排水通暢。

工程總規劃容量為4×1000MW超超臨界燃煤機組，本期建設2×1000MW超超臨界燃煤機組，補給水源為撫河，最大需水量3246m3/h。

2　循環水泵選型優化的必要性

循環水泵是火力發電廠重要的輔機設備，是汽輪機冷端優化的重要組成部分，不僅關系到汽輪發電機組的安全運行，而且對整個機組一次性投資及相應的運行費用起著重要的影響作用，因此循環水泵型式的選擇、每臺汽輪機配置循環水泵的臺數以及循環水泵主要工作參數的確定，在火電廠設計中至關重要，有必要作專門研究進行優化選型。

3　循環水泵型式和臺數的確定原則

我國電力行業標準《火力發電廠設計技術規程》（DL5000-2000）14.3.6條規定：對單元制供水系統，每臺汽輪機宜裝設兩臺循環水泵，其總出力等于該機組的最大計算用水量。當設備條件許可，并經技術經濟論證合理時，水泵可采用動葉可調或采用變速電機驅動。鑒于循環水泵在火電廠運行中的重要性，對循環水泵泵型和單機配置循環水泵臺數的確定原則是：

（1）設備可靠性高，運行安全。

（2）泵結構簡單合理，便于安裝和檢修。

（3）便于隨主機負荷的變化調節循環水量，運行經濟。

（4）國內有成熟的生產經驗，同類泵運行業績豐富，生產廠家落實，價格合理。

對于本工程而言，由于單機容量1000MW，當循環水冷卻倍率采用60倍時，單機所需的循環水量約106177m3/h，當單機配2臺或3臺循環水泵時，單泵流量可達35392～53088m3/h。

根據以上所述，目前國內外大型機組（600MW及以上）所配的循環水泵多為立式可抽芯式混流泵，特別是國內各泵廠為600MW機組所配的循環水泵基本都是這種型式，該泵型結構合理，水力特性好，效率高，占地少，安裝、檢修方便。經過向國內長沙、上海KSB等大型制泵企業咨詢，同時參照國內百萬機組的火電和核電廠的引進循環水泵的泵型，本項目循環水泵推薦采用立式混流泵。

4　循環水泵的調節模式

電廠要求循環水系統經濟，水量隨機組負荷、循環水溫的變化而變化，所以應適時對循環水系統水量進行調節，循環水系統水量調節主要有以下幾種模式：

4.1調節開泵臺數

根據對不同類型的火電廠循環水系統中循環水泵和管路并聯運行的水力計算結果分析，《火力發電廠水工設計規范》（DL/ T5339-2006）給出循環水系統中不同循環水泵臺數的出水流量見表1。

表1　《火力發電廠水工設計規范》中循環水泵的配制原則

4.2循環水泵葉片的可調性

為適應不同用水量的要求，保持泵組的高效經濟運行，可采用調整葉片角度的方式得以實現，即采用可調葉片角度的水泵。水泵葉片的調節模式可分為對泵轉子動葉調整和泵進口導葉調整，又可按葉片調整的范圍分為在不停泵情況下可調任意角度的全程調節和停泵人工調節固定角度的半調節。調整葉片角度需一套輔助的調控裝置，多采用液壓調速，該裝置較為復雜，需要一套完整的油壓系統，與固定葉片泵相比，系統復雜、運行可靠性降低、維護量大、占地大、泵價格較固定葉片泵高約30%，在少數電廠的循環水泵中也有采用可調葉片水泵，一般調整角度為-20～+20，調整水泵葉片角度的泵多用于水源水位變幅大，揚程變幅大，流量變幅小的場合。本工程為帶冷卻塔的二次循環系統，供水靜揚程穩定，動揚程變化較小，再增加葉片角度調整功能實際意義不大，由于目前葉片的調節機構較復雜，一般采用進口，費用較高。各泵廠從主泵的安全性考慮，力爭簡化附屬系統，也不主張可調葉片在大泵上應用，故本工程推薦采用固定葉片型。

4.3循環水泵變速

水泵的性能與轉速有密切關系，如流量與轉速成一次關系、揚程與轉速是平方關系、功率與轉速是三次方關系，即：

由此可見，水泵轉速直接影響泵的性能。

水泵轉速有三種型式，即單速、雙速和變頻調速，在火電廠的循環水泵中多為單速泵，少數電廠的循環水泵采用雙速電機，一般降一級速度，在中小泵組上已有較多的應用；采用無極變頻裝置來調速實現經濟供水，主要用在供水變化明顯的小流量、低壓電機的供水系統，而且變頻裝置較復雜，在電站循環水系統中較少應用。對于本項目的循環水泵所配電機容量達3000kW以上，容量比較大，水位變幅小，并且采用了一機三泵的擴大單元制系統，即使負荷變化時，兩臺機組可以運行5臺水泵，也可以運行3臺水泵，水泵的臺數調節也完全能夠滿足流量調節要求，而且雙速調速時，需要停泵才能調節，影響機組的運行，故本階段推薦定速泵。

5　循環水泵方案技術經濟比較

根據循環水系統優化結果，循環水系統以變倍率運行（熱季60倍，冷季45倍）最為經濟。

年固定費率為18.57%；成本電價：0.29元/kWh；年運行小時數：5000h。

一機兩泵進口單泵功率：6100kW；一機三泵單泵功率：3800kW。考慮國產泵效率較進口泵低的因素，國產單泵功率暫按進口泵功率的1.05倍考慮。

運行方式：一機兩泵，熱季兩臺泵運行，冷季一臺泵運行，春秋季兩機三泵運行；一機三泵，熱季三臺泵運行，冷季兩臺泵運行，春秋季兩機五泵運行或根據負荷的變化兩機三泵運行。運行費用暫不細化計算擴大單元兩機三泵或兩機五泵運行的功率變化。熱冷季比為7：5。在考慮設備價、泵房土建和運行費用的情況下，一機二泵和一機三泵方案的經濟比較見表2。

表2　不同泵臺數的經濟比較（兩臺機組）

通過表2可以看出，一機三泵國產型方案年費用最省。同時，一機二泵國產型方案固定投資最省，一機三泵國產型方案次之，一機二泵進口型方案固定投資最高，考慮到一機二泵方案中水泵容量較大，國產泵型在電力系統同容量機組中還沒有應用業績，制造技術還未成熟，因此本設計不推薦一機二泵國產型方案。

一機二泵進口型方案和一機三泵國產型方案各有利弊：前者初期投資較高，但泵房及進水間占地面積稍小，進口泵在運行可靠性、水力性能、水泵效率、抗汽蝕條件、材料耐腐蝕性等方面確實比國產泵有優勢，但一機兩泵對負荷變化的調節性較差。目前在建的單機600MW機組采用一機二泵的循環水泵已全部采用國產循環水泵，而本工程一機三泵擴大單元制配置的循泵參數與之類似。該類參數的國產循泵是成熟可靠的、完全能滿足本工程的要求。從經濟適用、安全可靠、調節性能、國產化要求的角度來講，本工程2×1000MW等級機組選用國產泵是可行的，因此本工程摧薦一機三泵擴大單元制國產循泵的配置方案。

如果進一步考慮廠用電指標的優化，在國產一機三泵的配置上，對泵所配置電機按雙速電機考慮。經與電機廠咨詢，國產雙速電機與變頻電機價格相當，按800元/kW的差額造價進行一次投資估算。雙速電機功率考慮熱季和冷季變化，單泵功率分別為：3800kW（夏季）/3700kW（冷季）。詳細比較見表3。

表3　定速泵和雙速泵的經濟比較（兩臺機組）

從表3可知，國產一機三泵方案中如電機配置為雙速或變頻電機雖然兩臺機循環水泵的年運行費用能降低24.1萬或更多，但是由于更換電機增加的一次費用增加1824萬，導致年費用比定速泵方案大314.6萬元。

廠用電指標的影響：以配置雙速電機進行計算，能比單臺機定速泵節約功率625kW，能降低廠用電約0.06%。

盡管采用雙速電機或變頻電機能降低廠用電，但雙速電機也存在一些如必須停泵進行高低速切換等弊端，不利于機組的穩定運行。

因此推薦采用國產一機三泵配置定速電機的方案。

6　結論

根據以上比較，本工程擬推薦一機三泵擴大單元制國產循泵的配置方案。以機組設計工況進行循環水泵參數的確定，初步確定循環水泵組的設計參數為：

流量：Q=11.174～9.867m3/s

揚程：H=25～29m

泵效率：η=86%

電機功率：N=3800kW

電壓：U=10000V

水泵型式：單支座、固定轉速、固定葉片、可抽芯、立式斜流泵。

[1]《火力發電廠水工設計規范》（DL/T5339-2006）[S].北京：中國電力出版社，2006.

[2]《火力發電廠設計技術規程》（DL5000-2000）[S].北京：中國電力出版社，2000.

TM621

A

1673-0038（2015）06-0145-02

2015-1-16

曹博（1982-），男，漢族，陜西商洛人，水利水電工程師，大學本科，從事項目管理、發電廠設計工作。