1000MW級(jí)二次再熱機(jī)組汽動(dòng)給水泵選型研究

王亞軍，朱佳琪，李 林，陳仁杰

(華東電力設(shè)計(jì)院有限公司，上海 200063)

1000MW級(jí)二次再熱機(jī)組汽動(dòng)給水泵選型研究

王亞軍，朱佳琪，李 林，陳仁杰

(華東電力設(shè)計(jì)院有限公司，上海 200063)

本文主要介紹1000MW二次再熱機(jī)組汽動(dòng)給水泵選型，從技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)和機(jī)組更經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的角度給出二次再熱機(jī)組汽動(dòng)給水泵組的選型意見(jiàn)。

給水泵；給水泵汽輪機(jī)；二次再熱；揚(yáng)程。

1　概述

對(duì)于1000MW超超臨界二次再熱機(jī)組，給水泵揚(yáng)程較高，相比常規(guī)超超臨界百萬(wàn)機(jī)組給水泵增加25%，不過(guò)流量相比減少7%，軸功率相比增加12%左右，從泵的工作點(diǎn)來(lái)基本是現(xiàn)有成熟給水泵性能曲線的延升，曲線會(huì)更陡些。因此二次再熱機(jī)組對(duì)給水泵提出了更高要求，鑒于給水泵在電廠系統(tǒng)中具有重要的地位，給水泵組運(yùn)行的可靠性與經(jīng)濟(jì)性顯得特別重要。本文主要研究火力發(fā)電廠汽動(dòng)給水泵的選型及配置方案，包括：

(1) 目前國(guó)內(nèi)外同容量等級(jí)機(jī)組給水泵配置。

(2) 汽動(dòng)給水泵的配置原則(包括100%容量汽泵方案可行性分析、100%容量汽泵方案與2×50%容量汽泵方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較)。

(3) 推薦適合二次再熱機(jī)組的給水泵組配置方案。

電動(dòng)啟動(dòng)給水泵的選型與配置與常規(guī)百萬(wàn)機(jī)組類(lèi)似，本文就不再論述了。

2　國(guó)內(nèi)外同容量等級(jí)機(jī)組給水泵配置

國(guó)內(nèi)目前已經(jīng)投運(yùn)或在建的超超臨界1000MW火力發(fā)電機(jī)組主汽輪機(jī)和給水泵配置詳見(jiàn)表1(不完全統(tǒng)計(jì))。

國(guó)際上和1000MW二次再熱機(jī)組超超臨界機(jī)組容量相近的機(jī)組主要集中在歐洲和日本，具體給水泵的配置情況見(jiàn)表2和表3。

3　二次再熱機(jī)組汽泵配置原則

3.1關(guān)于汽動(dòng)給水泵的數(shù)量及容量

汽動(dòng)給水泵的臺(tái)數(shù)和容量選擇，取決于機(jī)組容量、設(shè)備質(zhì)量、機(jī)組在電網(wǎng)中的作用、設(shè)備投資等多種因素。根據(jù)《大中型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50660－2011第12.3.3條要求，“對(duì)300MW及以上機(jī)組的給水泵宜配置2臺(tái)，單臺(tái)容量應(yīng)為最大給水量50%的汽動(dòng)給水泵；或配置1臺(tái)，容量應(yīng)為最大給水量100%的汽動(dòng)給水泵”。但從目前國(guó)際各電廠的配置來(lái)看已運(yùn)行的百萬(wàn)等級(jí)機(jī)組中，日本電廠多采用2×50%汽動(dòng)給水泵方案，歐洲電廠多采用1×100%容量汽動(dòng)泵，國(guó)內(nèi)電廠多采用2×50%汽動(dòng)給水泵方案，也有個(gè)別電廠采用1×100%容量汽動(dòng)泵。

表1　部分國(guó)內(nèi)1000MW火力發(fā)電機(jī)組主汽輪機(jī)和給水泵配置

表2　歐洲800MW以上機(jī)組給水泵配置

表3　日本800MW以上機(jī)組給水泵配置

配2×50%容量汽動(dòng)泵，優(yōu)點(diǎn)是一臺(tái)汽動(dòng)泵組故障時(shí)，另一臺(tái)泵仍能帶60%負(fù)荷運(yùn)行，對(duì)機(jī)組負(fù)荷影響較小。正是基于可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，日本百萬(wàn)等級(jí)電廠的汽泵全部采用2×50%容量，而且該配置在國(guó)內(nèi)百萬(wàn)等級(jí)電廠以及其他300MW、600MW亞臨界、超臨界電廠廣泛采用。該方案適用于二次再熱機(jī)組。

配1×100%容量汽動(dòng)泵，單泵在機(jī)組40～100%負(fù)荷范圍，泵與主機(jī)的負(fù)荷相匹配，系統(tǒng)簡(jiǎn)單、操作和調(diào)節(jié)比較方便。低于40%負(fù)荷，則切換至備用汽源，也能保證機(jī)組正常運(yùn)行。此外，給水泵主泵、前置泵、給水泵汽輪機(jī)效率較高也是100%容量方案的一項(xiàng)重要優(yōu)勢(shì)，僅就汽動(dòng)給水泵主泵來(lái)說(shuō)，100%容量給水泵較50%容量給水泵效率高2%左右。該方案適用于二次再熱機(jī)組。

采用100%全容量汽動(dòng)給水泵，可簡(jiǎn)化系統(tǒng)，而且機(jī)組熱耗要比采用2×50%容量配置方式要低，有利于提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。但當(dāng)100%全容量汽動(dòng)給水泵組故障時(shí)，機(jī)組如設(shè)有啟動(dòng)/備用功能的電動(dòng)給水泵，則機(jī)組只能靠電泵維持運(yùn)行，因此采用100%全容量汽動(dòng)給水泵，對(duì)泵的可靠性要求很高。

國(guó)內(nèi)已投產(chǎn)或正在建設(shè)中的1000MW超超臨界濕冷機(jī)組汽動(dòng)給水泵配置方案主要有2×50%和1×100%兩種型式，早期建設(shè)1000MW機(jī)組給水泵多采用 2×50%配置型式。隨著設(shè)備制造技術(shù)水平的提高并通過(guò)運(yùn)行驗(yàn)證，目前給水泵及給水泵汽輪機(jī)運(yùn)行可靠性已較高，在近年新建的部分1000MW高效一次再熱工程中，給水泵逐步采用1×100%配置方案。

1×100%給水泵組配置方案熱經(jīng)濟(jì)性十分明顯，1000MW機(jī)組配置100%全容量給水泵組將成為國(guó)內(nèi)后續(xù)項(xiàng)目的主要技術(shù)發(fā)展方向。但對(duì)于給水流量和揚(yáng)程、以及小機(jī)進(jìn)汽參數(shù)有所不同的1000MW二次再熱機(jī)組，采用1×100%配置方案需進(jìn)行深入論證。

3.2給水泵選型

3.2.1給水泵的配置

對(duì)于常規(guī)百萬(wàn)機(jī)組2×50%容量的給水泵組配置方案，國(guó)外給水泵的制造廠相對(duì)較多，有Sulzer、KSB、荏原和日立等，其中目前世界上主汽壓力最高(31 MPa)的日本川越電廠給水泵為日本荏原供貨，為兩臺(tái)2×50%容量的給水泵組；國(guó)電泰州二期、萊蕪等國(guó)內(nèi)二次再熱機(jī)組均為2×50%容量的給水泵組配置，均采用芯包進(jìn)口。對(duì)于國(guó)內(nèi)已經(jīng)投運(yùn)的1000MW超超臨界機(jī)組，初期建設(shè)的機(jī)組2×50%容量給水泵組配置方案中的給水泵都采用進(jìn)口。但是目前隨著國(guó)內(nèi)給水泵廠家的制造和設(shè)計(jì)能力的逐步提高，在采用進(jìn)口芯包基礎(chǔ)上，上海電力修造總廠有限公司、上海凱士比泵有限公司、沈陽(yáng)水泵廠、山東荏原博泵廠、大連蘇爾壽已經(jīng)開(kāi)始設(shè)計(jì)和制造50%容量的給水泵，并有相應(yīng)的國(guó)內(nèi)工程運(yùn)行業(yè)績(jī)。二次再熱機(jī)組給水泵揚(yáng)程較高，相比常規(guī)超超臨界百萬(wàn)機(jī)組給水泵增加25%，不過(guò)流量相比減少7%，軸功率相比增加12%左右，從泵的工作點(diǎn)來(lái)看基本是現(xiàn)有成熟給水泵性能曲線的延伸，曲線會(huì)更陡些。鑒于二次再熱機(jī)組為我國(guó)首次應(yīng)用，且給水泵揚(yáng)程為目前世界最高，結(jié)合泰州二期二次再熱機(jī)組給水泵選型的特點(diǎn)，對(duì)于2×50%容量方案給水泵優(yōu)先考慮國(guó)產(chǎn)組裝(芯包進(jìn)口)，其次考慮采用全進(jìn)口。

若采用100%容量的給水泵組方案，由于國(guó)內(nèi)制造廠沒(méi)有業(yè)績(jī)因此必須進(jìn)口，國(guó)外制造廠具有設(shè)計(jì)和制造單臺(tái)100%容量給水泵及給水泵汽輪機(jī)的廠家也有限，僅限于歐洲Sulzer、KSB公司及亞洲日本荏原，因此對(duì)于1×100%容量方案給水泵考慮采用全進(jìn)口。

3.2.2 采用100%容量給水泵可行性分析

1000MW超超臨界二次再熱機(jī)組與1000MW一次再熱機(jī)組相比，汽機(jī)進(jìn)口蒸汽參數(shù)從28 MPa/600℃/620℃提高至31 MPa/600℃/620℃/620℃，熱耗降低，鍋爐最大蒸發(fā)量有所減少。為適應(yīng)運(yùn)行需求，1000MW等級(jí)二次再熱機(jī)組100%方案給水泵選型參數(shù)較1000MW一次再熱機(jī)組有所變化，二次再熱機(jī)組100%容量給水泵揚(yáng)程比一次再熱機(jī)組約提高340 m左右，但給水泵流量降低約9%～10%。

由于1000MW等級(jí)二次再熱機(jī)組主機(jī)參數(shù)較一次再熱機(jī)組存在上述差異，故需對(duì)原適應(yīng)一次再熱的全容量給水泵選型進(jìn)行二次再熱選型參數(shù)復(fù)核。如原型號(hào)難以適應(yīng)新的參數(shù)，則需調(diào)整泵型。總的來(lái)說(shuō)，由于給水泵選型點(diǎn)揚(yáng)程提高，相應(yīng)需提高給水泵的設(shè)計(jì)壓力和水壓試驗(yàn)壓力(水壓試驗(yàn)壓力通常為設(shè)計(jì)壓力的1.5倍)，由此產(chǎn)生的設(shè)計(jì)差異和影響因素主要有以下幾個(gè)方面：

(1) 因水泵揚(yáng)程提高，相應(yīng)水壓試驗(yàn)壓力升高，給水泵筒體、端蓋及內(nèi)殼體材料壁厚需重新復(fù)核，如超限需部分增厚泵殼等以滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。

(2) 給水泵芯包承壓部件強(qiáng)度需提高。

(3) 需進(jìn)一步復(fù)核給水泵的密封性能、并進(jìn)行軸系平衡復(fù)核。

(4) 如泵型等發(fā)生較大變化，泵采購(gòu)成本將有所提高(初步了解如泵型變化，較1000MW一次再熱機(jī)組全容量給水泵價(jià)格將增加20%～30%左右)。

目前，國(guó)內(nèi)制造商還沒(méi)有1000MW機(jī)組100%容量給水泵訂貨和運(yùn)行業(yè)績(jī)，國(guó)外大容量給水泵制造商如英國(guó)Sulzer公司、德國(guó)KSB公司和日本荏原制作所等具備1000MW等級(jí)一次再熱機(jī)組全容量給水泵設(shè)計(jì)和制造能力。

國(guó)內(nèi)目前投運(yùn)的二次再熱機(jī)組泰州二期及萊蕪工程均采用2×50%容量方案，分別由KSB及EBARA設(shè)計(jì)并供貨。針對(duì)二次再熱汽動(dòng)給水泵100%容量，目前僅有神華國(guó)華廣投北海電廠采用該方案，正在由SULZER(蘇爾壽)設(shè)計(jì)，其他各家也表示可以完成設(shè)計(jì)，具體如下：

(1) SULZER(蘇爾壽)1000MW二次再熱機(jī)組汽動(dòng)給水泵。

SULZER公司在20世紀(jì)80年代與美國(guó)電力研究會(huì)合作，進(jìn)行了大容量鍋爐給水泵可靠性研究，其研究成果已廣泛應(yīng)用在當(dāng)今的鍋爐給水泵設(shè)計(jì)中。

SULZER公司針對(duì)1000MW二次再熱機(jī)組的2×50%容量泵已參與華能萊蕪電廠投標(biāo)，主泵選型型號(hào)為HPT 300-370-7s，即葉輪級(jí)數(shù)為7級(jí)，葉輪直徑370 mm。泵設(shè)計(jì)工況轉(zhuǎn)速5903 rpm，額定運(yùn)行工況轉(zhuǎn)速5438 rpm。SULZER公司針對(duì)1000MW二次再熱機(jī)組100%容量汽動(dòng)給水泵也提供選型方案，主泵選型型號(hào)為HPT 500-505-6s/33，即與1000MW一次再熱機(jī)組100%容量汽動(dòng)給水泵選型方案一致。葉輪級(jí)數(shù)為6級(jí)，葉輪直徑508 mm。泵設(shè)計(jì)工況轉(zhuǎn)速5280 rpm，額定運(yùn)行工況轉(zhuǎn)速4700 rpm。所選泵型采用整體式芯包，所有水力部件、出口端蓋、軸承和密封為一整體，檢修時(shí)芯包可從外筒體中整體抽出，維護(hù)非常方便。整體式芯包設(shè)計(jì)可有效減少停機(jī)時(shí)間。外筒體由高強(qiáng)度合金鋼整體鍛造，無(wú)堆焊，適應(yīng)機(jī)組的快速起停和負(fù)荷變化，有利于長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。采用平衡鼓式平衡裝置，無(wú)軸向接觸的危險(xiǎn)，應(yīng)于機(jī)組起停和負(fù)荷變化過(guò)程。

(2) KSB(凱士比) 1000MW二次再熱機(jī)組汽動(dòng)給水泵。

KSB公司已在國(guó)電泰州二期1000MW二次再熱機(jī)組2×50%容量泵招標(biāo)中標(biāo)，主泵選型型號(hào)為CHTD-7/6 ，即筒體和葉輪直徑為第7檔，葉輪級(jí)數(shù)為6級(jí)。泵設(shè)計(jì)工況轉(zhuǎn)速5528 rpm，額定運(yùn)行工況轉(zhuǎn)速5252 rpm。

KSB公司暫時(shí)不能提供針對(duì)1000MW二次再熱機(jī)組100%容量汽動(dòng)給水泵的具體選型數(shù)據(jù)，但經(jīng)咨詢(xún)其國(guó)內(nèi)工廠答復(fù)認(rèn)為，KSB公司完全能在現(xiàn)有機(jī)型中選型，最終選型型號(hào)應(yīng)會(huì)基本與1000MW一次再熱機(jī)組100%容量汽動(dòng)給水泵相同CHTD-10/6，即筒體和葉輪直徑為第10檔，葉輪級(jí)數(shù)為5級(jí)，適當(dāng)提高轉(zhuǎn)速即可。

KSB給水泵結(jié)構(gòu)型式為筒形雙殼體臥式多級(jí)離心泵，筒體和泵蓋均為鉻鋼鍛件；筒體各密封面處均堆有奧氏體不銹鋼焊層，避免了高溫、高壓、高速流體的沖刷和腐蝕。軸向力的平衡采用雙平衡鼓(平衡約95%的軸向力)外加雙向推力軸承((承受約5%的軸向力)的設(shè)計(jì)。允許水泵在不拆卸殼體的殼體的情況下更換密封、軸承和平衡部件。在故障或大修時(shí)，全抽心式結(jié)構(gòu)可使泵在不影響進(jìn)出口管路及主泵和驅(qū)動(dòng)機(jī)對(duì)中的情況下更換芯包，能夠快速的裝配和拆卸。

(3) EBARA(荏原)1000MW二次再熱機(jī)組汽動(dòng)給水泵。

EBARA公司在華能萊蕪電廠1000MW二次再熱機(jī)組2×50%容量泵招標(biāo)中標(biāo)，主泵選型型號(hào)為16×16×18-6StgHDB，即筒體規(guī)格為16×16×18，葉輪級(jí)數(shù)為6級(jí)。泵設(shè)計(jì)工況轉(zhuǎn)速5849 rpm，額定運(yùn)行工況轉(zhuǎn)速5495 rpm。

EBARA針對(duì)1000MW二次再熱機(jī)組100%容量汽動(dòng)給水泵也提供選型方案，主泵選型型號(hào)為20×20×21-6StgHDB，即與1000MW一次再熱機(jī)組100%容量汽動(dòng)給水泵選型方案筒體規(guī)格一致：20×20×21。葉輪級(jí)數(shù)從5級(jí)增加到6級(jí)，葉輪直徑為508 mm。泵設(shè)計(jì)工況轉(zhuǎn)速4950 rpm，額定運(yùn)行工況轉(zhuǎn)速4704 rpm。

以上三家對(duì)于二次再熱汽泵100%容量雖然給出了方案，但進(jìn)行施工圖設(shè)計(jì)還有一定的不可控因素，有一定的風(fēng)險(xiǎn)需要評(píng)估。1000MW二次再熱機(jī)組100%容量汽動(dòng)給水泵組的通流設(shè)計(jì)、葉輪直徑、葉輪級(jí)數(shù)、筒體承壓以及配套汽輪機(jī)的最大出力、末級(jí)葉片選型等是方案實(shí)施的關(guān)鍵因素。

當(dāng)然，對(duì)1000MW等級(jí)二次再熱機(jī)組，給水泵無(wú)論是采用100%容量配置方案還是50%容量配置方案，揚(yáng)程均會(huì)相應(yīng)提高，上述影響因素對(duì)二次再熱機(jī)組50%配置的給水泵選型同樣不可避免。根據(jù)調(diào)研，日本川越電廠(700MW)二次再熱機(jī)組主汽壓力最高為31 MPa，配置的日本荏原設(shè)計(jì)制造的給水泵殼體設(shè)計(jì)壓力達(dá)到約51 MPa，在超高壓殼體及芯包設(shè)計(jì)制造方面積累了一定的經(jīng)驗(yàn)；英國(guó)Sulzer也有4000 m揚(yáng)程以上給水泵供貨業(yè)績(jī)，具備二次再熱機(jī)組超高壓給水泵設(shè)計(jì)制造能力；上海KSB公司采用泵殼國(guó)產(chǎn)，芯包進(jìn)口的方式，在國(guó)內(nèi)首臺(tái)1000MW等級(jí)二次再熱機(jī)組國(guó)電泰州電廠二期工程2×50%容量超高壓給水泵已經(jīng)投運(yùn)。

根據(jù)Sulzer和荏原提供的選型結(jié)果，并結(jié)合已往1000MW機(jī)組100%容量給水泵訂貨情況，1000MW等級(jí)二次再熱機(jī)組全容量給水泵較一次再熱機(jī)組在性能方面仍保持在86%以上的較高水平，主泵轉(zhuǎn)速并未提高，甚至有所下降，基本維持在5000 r/min常規(guī)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，主泵軸功率～37000 kW與1000MW一次再熱機(jī)組全容量給水泵持平。

由此可見(jiàn)，給水泵揚(yáng)程提高產(chǎn)生的制約影響有限，國(guó)外三家大容量給水泵制造商均有成熟的解決案例，在1000MW一次再熱機(jī)組100%容量成熟的給水泵型號(hào)基礎(chǔ)上，選用適用于二次再熱機(jī)組的全容量給水泵，技術(shù)方面完全可行。鑒于國(guó)內(nèi)目前還沒(méi)有1000MW等級(jí)機(jī)組100%容量給水泵制造業(yè)績(jī)，因此二次再熱機(jī)組1×100%容量方案給水泵推薦采用泵殼和芯包整體進(jìn)口。

3.3給水泵汽輪機(jī)選型

3.3.1二次再熱機(jī)組給水泵汽輪機(jī)的配置

驅(qū)動(dòng)給水泵的小汽機(jī)，其主要型式有背壓式、凝汽式、帶有抽汽的凝汽式、帶有抽汽的背壓式。目前廣泛采用的是凝汽式和背壓式兩種小汽機(jī)。背壓式小汽機(jī)的排汽以較高的壓力回到主機(jī)，或涉及到給水加熱系統(tǒng)，故不能承受條件劇烈變化(如甩負(fù)荷)的所有工況；凝汽式小汽輪機(jī)排汽接入主凝汽器或單獨(dú)配置的小凝汽器，它能承受條件劇烈變化的所有工況，因而得到廣泛應(yīng)用。因次推薦采用凝汽式小汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵。

對(duì)于常規(guī)百萬(wàn)機(jī)組2×50%容量的給水泵組中50%給水泵汽輪機(jī)方面：國(guó)內(nèi)杭州汽輪機(jī)股份有限公司(引進(jìn)西門(mén)子和日本三菱技術(shù))、東方汽輪機(jī)廠(引進(jìn)日立技術(shù))、上海汽輪機(jī)廠(引進(jìn)西門(mén)子技術(shù))均有運(yùn)行業(yè)績(jī)；國(guó)外如西門(mén)子、ALSTOM、三菱、東芝、日立等，均有運(yùn)行業(yè)績(jī)。由于汽輪機(jī)軸功率相比僅增加12%左右，汽輪機(jī)制造難度不大，因此2×50%容量方案給水泵汽輪機(jī)按國(guó)產(chǎn)設(shè)備考慮。

目前國(guó)內(nèi)廠家無(wú)生產(chǎn)單臺(tái)100%容量給水泵和100%容量給水泵汽輪機(jī)的運(yùn)行業(yè)績(jī)，但目前國(guó)內(nèi)主要給水泵汽輪機(jī)制造廠均已經(jīng)有訂貨業(yè)績(jī)；國(guó)外制造廠具有設(shè)計(jì)和制造單臺(tái)100%容量給水泵汽輪機(jī)的廠家也有限，同時(shí)僅限于歐洲的Siemens和ALSTOM公司。根據(jù)外三的工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于常規(guī)百萬(wàn)超超臨界機(jī)組，ALSTOM的雙流100%汽輪機(jī)額定點(diǎn)效率保證值達(dá)到86.26%，比Siemens100%汽輪機(jī)高出1%以上。對(duì)于二次再熱配單臺(tái)100%容量給水泵汽輪機(jī)，由于參數(shù)變化，是否能達(dá)到這樣的效率，由于無(wú)實(shí)施業(yè)績(jī)也無(wú)相關(guān)方案，根據(jù)相關(guān)廠家提供選型資料，效率比50%汽輪機(jī)高出約2%。

3.3.2選用100%容量小汽機(jī)可行性分析

1000MW一次再熱機(jī)組全容量給水泵驅(qū)動(dòng)小汽輪機(jī)，要求的最大功率～40MW，轉(zhuǎn)速范圍3000～6000 r/min。從英國(guó)Sulzer和荏原的給水泵選型結(jié)果可知，1000MW等級(jí)二次再熱機(jī)組100%容量給水泵軸功率與一次再熱機(jī)組稍有增加，主泵轉(zhuǎn)速仍維持在正常范圍。因此，1000MW等級(jí)二次再熱機(jī)組全容量給水泵驅(qū)動(dòng)小汽輪機(jī)要求的最大輸出功率及轉(zhuǎn)速范圍，與1000MW一次再熱機(jī)組基本保持在同等水平，不同之處僅在于由主機(jī)提供的給水泵汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)汽源參數(shù)發(fā)生變化。經(jīng)調(diào)研咨詢(xún)，國(guó)內(nèi)此三大小機(jī)廠也均能針對(duì)1000MW二次再熱機(jī)組的1×100%容量給水泵所配套的汽輪機(jī)進(jìn)行選型。為降低工程造價(jià)，暫不考慮SIEMENS、ALSTOM等進(jìn)口小汽輪機(jī)。

以下為國(guó)華北海電廠初設(shè)前對(duì)國(guó)內(nèi)主要給水泵汽輪機(jī)廠調(diào)研情況：

(1) 杭汽給水泵汽輪機(jī)

杭汽從20世紀(jì)70年代開(kāi)始全套引進(jìn)德國(guó)西門(mén)子積木塊、反動(dòng)式工業(yè)汽輪機(jī)技術(shù)。分別于80年代末期和90年代末期，對(duì)原引進(jìn)的技術(shù)系列進(jìn)行了升級(jí)和補(bǔ)充，并在90年代，通過(guò)與西門(mén)子合作生產(chǎn)一系列機(jī)組，進(jìn)一步完善和發(fā)展了該系列工業(yè)汽輪機(jī)技術(shù)。2007年12月已率先出口1000MW機(jī)組驅(qū)動(dòng)50%容量鍋爐給水泵汽輪機(jī)至美國(guó)、韓國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家。

采用雙分流汽輪機(jī)作為機(jī)型方案，繼承了SIEMENS反動(dòng)式工業(yè)汽輪機(jī)產(chǎn)品型式。特點(diǎn)為中間進(jìn)汽，蒸汽向兩邊均勻分流，分別通過(guò)兩端的低壓級(jí)組扭葉片排入冷凝器，汽缸的兩端和內(nèi)部的通流部分為鏡面對(duì)稱(chēng)，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)類(lèi)似于大汽輪機(jī)的雙分流低壓缸。

杭汽已有神華萬(wàn)州、大唐三門(mén)峽三期、華能銅川二期1000MW一次再熱100%全容量小汽機(jī)訂貨業(yè)績(jī)，華能萊蕪電廠1000MW二次再熱2×50%容量小汽機(jī)訂貨業(yè)績(jī)，其中神華萬(wàn)州已經(jīng)投運(yùn)，運(yùn)行情況良好；針對(duì)1000MW機(jī)組二次再熱100%容量小汽機(jī)，經(jīng)咨詢(xún)確定的配套汽輪機(jī)機(jī)型為WK 71/2.1型，即為雙缸凝汽式，外缸輪室內(nèi)半徑檔位71、末級(jí)轉(zhuǎn)子根徑檔位2.1，最大連續(xù)出力滿足給水泵軸功率需要，～42800 kW，選型工況效率86.9%，額定運(yùn)行工況效率86.2%，目前已有神廣投北海電廠1000MW二次再熱100%全容量小汽機(jī)訂貨業(yè)績(jī)，正在設(shè)計(jì)階段。其最新開(kāi)發(fā)的末級(jí)葉片最大達(dá)550 mm，完全滿足排汽壓力低的要求。

(2) 上汽給水泵汽輪機(jī)

上汽給水泵汽輪機(jī)繼承主汽輪機(jī)設(shè)計(jì)理論，均為引進(jìn)SIEMENS汽輪機(jī)技術(shù)，也為反動(dòng)式工業(yè)汽輪機(jī)產(chǎn)品型式。

有國(guó)電泰州二期1000MW二次再熱2×50%容量小汽機(jī)訂貨業(yè)績(jī)，目前針對(duì)1000MW機(jī)組二次再熱100%容量小汽機(jī)，經(jīng)我院咨詢(xún)確定的配套汽輪機(jī)機(jī)型為雙缸凝汽式，最大連續(xù)出力滿足給水泵軸功率需要，～42800 kW，選型工況效率86.08%，額定運(yùn)行工況效率86.43%。

(3) 東汽給水泵汽輪機(jī)

東汽依托神華江西國(guó)華九江煤炭?jī)?chǔ)備(中轉(zhuǎn))發(fā)電一體化工程2×1000MW超超臨界燃煤機(jī)組項(xiàng)目取得了1000MW超超臨界火電機(jī)組全容量給水泵汽輪機(jī)訂貨業(yè)績(jī)，所采用的G40-1.0型號(hào)汽輪機(jī)為單軸、單缸、末級(jí)雙分流、沖動(dòng)式、冷凝式汽輪機(jī)，小機(jī)采用下排汽方式，G40-1.0機(jī)型在采用50%容量給水泵汽輪機(jī)現(xiàn)有成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)改進(jìn)葉片型式，提高容積流量，達(dá)到全容量給水泵汽輪機(jī)最大功率輸出能力需求。

東汽1000MW機(jī)組全容量給水泵汽輪機(jī)仍采用常規(guī)噴嘴配汽方式，結(jié)構(gòu)方面改進(jìn)的措施主要是壓力級(jí)采用單流型式，將壓力級(jí)葉片在50%容量機(jī)組上適當(dāng)放大面積，滿足流量增加的需求；末級(jí)動(dòng)葉片在1000MW超超臨界機(jī)組50%容量給水泵汽輪機(jī)末級(jí)動(dòng)葉片的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改型設(shè)計(jì)，采用雙分流結(jié)構(gòu)，將末級(jí)排汽面積增加到50%機(jī)組的2.45倍，以滿足排汽容積流量增加的要求

東汽暫無(wú)二次再熱2×50%容量小汽機(jī)訂貨業(yè)績(jī)，但表示目前針對(duì)1000MW機(jī)組二次再熱100%容量小汽機(jī)制造完全沒(méi)有問(wèn)題。經(jīng)我院咨詢(xún)確定的配套汽輪機(jī)機(jī)型主要有以下兩種方案可供選擇：末級(jí)雙分流方案: 單缸、單軸、末級(jí)雙分流、沖動(dòng)凝汽式；通流共7級(jí)，調(diào)節(jié)級(jí)與第2～6級(jí)為單分流結(jié)構(gòu)，末級(jí)(第7級(jí))為雙分流結(jié)構(gòu)；采用噴嘴配汽。末級(jí)葉片高度為411.2 mm(采用高頻淬火的防水蝕措施)，采用大承載樅樹(shù)型葉根、自帶冠圍帶、高負(fù)荷高效葉型。該末級(jí)葉片與我司常規(guī)1000MW機(jī)組50%容量給水泵汽輪機(jī)所用末級(jí)葉片相同，已有多個(gè)工程的數(shù)臺(tái)機(jī)組投運(yùn)業(yè)績(jī)，實(shí)踐證明其安全可靠性高，應(yīng)用情況良好。

該方案的優(yōu)點(diǎn)是在采用50%容量給水泵汽輪機(jī)現(xiàn)有成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上，最大限度地利用了容量增加對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)提高帶來(lái)的好處，機(jī)組的可靠性及經(jīng)濟(jì)性均有保證。但相比單流方案而言，軸系略有加長(zhǎng)，末半級(jí)排汽損失略有增加。

全單分流方案：?jiǎn)胃住屋S、單流、沖動(dòng)凝汽式；通流共7級(jí)，全部采用單分流結(jié)構(gòu)；采用噴嘴配汽。末級(jí)葉片高度為630 mm(采用高頻淬火的防水蝕措施)，采用大承載樅樹(shù)型葉根、自帶冠圍帶、高負(fù)荷高效葉型。目前該630 mm末級(jí)葉片的研發(fā)工作已完成，并已通過(guò)公司專(zhuān)家評(píng)審，已于2014年完成動(dòng)試驗(yàn)。

在末級(jí)動(dòng)葉片能滿足要求的今天，單分流方案應(yīng)該說(shuō)是最佳方案，因其汽流不轉(zhuǎn)彎、不分流，余速利用最佳，葉型損失最小，整個(gè)通流面積增加，各級(jí)葉片高度變長(zhǎng)，最大限度的利用了容量增加對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)提高帶來(lái)的好處；而且其軸系最短，機(jī)組的外型尺寸、重量最小。

就本體結(jié)構(gòu)而言，以上兩種方案均大致相同，均為自帶底盤(pán)的整體快裝式結(jié)構(gòu)，主汽閥、調(diào)節(jié)閥與汽缸集成為一體，放置在小機(jī)自帶的整體底盤(pán)上；均為單缸、單軸結(jié)構(gòu)；排汽口均為一個(gè)；軸承及軸承座等主要結(jié)構(gòu)部件的型式也相同。比較而言，只是單分流方案的整機(jī)尺寸更小、軸系更短、重量更輕。

最大連續(xù)出力滿足給水泵軸功率需要，～42MW，選型工況效率84.85%，額定運(yùn)行工況效率85.35%。

從目前在1000MW等級(jí)高效一次再熱機(jī)組項(xiàng)目中已訂貨的國(guó)產(chǎn)100%容量給水泵汽輪機(jī)情況看，三大主要給水泵汽輪機(jī)生產(chǎn)廠商1000MW機(jī)組全容量給水泵汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)均是在50%容量成熟結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了改型設(shè)計(jì)，關(guān)鍵部件如調(diào)節(jié)級(jí)以及末級(jí)葉片已在相關(guān)項(xiàng)目中予以使用，設(shè)備本體的安全性能及運(yùn)行可靠性具有一定的保證。

根據(jù)外三的工程經(jīng)驗(yàn)，滿足1000MW一次再熱超超臨界機(jī)組的ALSTOM雙流100%汽輪機(jī)保證點(diǎn)效率為86.7%。而國(guó)產(chǎn)1000MW一次再熱超超臨界機(jī)組全容量給水泵汽輪機(jī)額定工況內(nèi)效率設(shè)計(jì)值均在86%以上，基本接近進(jìn)口給水泵汽輪機(jī)性能水平。

運(yùn)行穩(wěn)定性方面，1000MW等級(jí)機(jī)組進(jìn)口100%容量給水泵汽輪機(jī)已有多臺(tái)成功運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，可靠性方面有保證。國(guó)產(chǎn)100%容量給水泵汽輪機(jī)目前還沒(méi)有投運(yùn)業(yè)績(jī)，運(yùn)行穩(wěn)定性方面還有待工程實(shí)際運(yùn)行檢驗(yàn)。不過(guò)，從已往調(diào)研掌握的情況看，100%小機(jī)本體故障的幾率極低，影響穩(wěn)定性的因素主要是潤(rùn)滑油、冷卻水等輔助系統(tǒng)，杭汽在重慶萬(wàn)州工程采用國(guó)產(chǎn)100%容量給水泵汽輪機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中，為提高給水泵小汽機(jī)運(yùn)行可靠性，采取了如下措施：

(1) 輔助系統(tǒng)如軸封、油系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等部件配置提高一個(gè)等級(jí)選擇。油系統(tǒng)采用集裝式設(shè)計(jì)供貨，油泵出口設(shè)置蓄能器以保證油泵切換的順利進(jìn)行，油系統(tǒng)管路均采用不銹鋼材質(zhì)，油系統(tǒng)在工廠內(nèi)完成油循環(huán)清洗和穩(wěn)壓性能試驗(yàn)。

(2) 保護(hù)系統(tǒng)主要元器件按照三取二或冗余方式配置，并采用進(jìn)口品牌產(chǎn)品，保證系統(tǒng)的安全可靠。

(3) 對(duì)機(jī)組的轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了詳細(xì)的分析計(jì)算，保證機(jī)組的工作轉(zhuǎn)速范圍滿足給水泵的調(diào)節(jié)需求。

(4) 轉(zhuǎn)子在廠內(nèi)加工完成后將進(jìn)行額定轉(zhuǎn)速的高速動(dòng)平衡，動(dòng)平衡精度將按照最高的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，保證機(jī)組的振動(dòng)水平控制在最小的范圍內(nèi)。

(5) 嚴(yán)格完備的廠內(nèi)實(shí)驗(yàn)—機(jī)組在廠內(nèi)總裝完成后將進(jìn)行通蒸汽空負(fù)荷試驗(yàn)，對(duì)所有的性能參數(shù)如振動(dòng)、溫度、位移等加以監(jiān)測(cè)并考核，同時(shí)進(jìn)行一系列的試驗(yàn)，如超速跳閘試驗(yàn)，油動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)等，所有指標(biāo)滿足要求后才能出廠。

通過(guò)上述措施，可有效保證100%容量國(guó)產(chǎn)給水泵汽輪機(jī)運(yùn)行可靠性，如本工程采用國(guó)產(chǎn)化小機(jī)，在投運(yùn)時(shí)，萬(wàn)州、九江等工程已經(jīng)運(yùn)行一定時(shí)間，將為1000MW機(jī)組全容量國(guó)產(chǎn)給水泵汽輪機(jī)運(yùn)行維護(hù)積累寶貴經(jīng)驗(yàn)，從而減少本工程運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

綜上分析，并與國(guó)內(nèi)幾大主要給水泵汽輪機(jī)生產(chǎn)商進(jìn)行選型研究，在一次再熱機(jī)組所用全容量小機(jī)型號(hào)基礎(chǔ)上略做調(diào)整，設(shè)計(jì)制造滿足二次再熱機(jī)組要求的100%容量給水泵汽輪機(jī)無(wú)技術(shù)問(wèn)題。可通過(guò)提高潤(rùn)滑油、冷卻水等輔助系統(tǒng)設(shè)備訂貨質(zhì)量，保證國(guó)產(chǎn)給水泵汽輪機(jī)輔助系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。故二次再熱機(jī)組采用國(guó)產(chǎn)100%容量給水泵汽輪機(jī)，技術(shù)上完全可行。

3.4100%容量汽動(dòng)給水泵組運(yùn)行可靠性分析

1×100%容量汽動(dòng)泵優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)方便，運(yùn)行效率高。而2×50%容量汽動(dòng)泵優(yōu)點(diǎn)是可更大范圍采用國(guó)產(chǎn)設(shè)備，運(yùn)行較靈活，一臺(tái)泵故障情況下，機(jī)組可帶約60%左右負(fù)荷。

根據(jù)相關(guān)部門(mén)最新發(fā)布的全國(guó)200MW及以上容量火電機(jī)組主要輔助設(shè)備運(yùn)行可靠性指標(biāo)數(shù)據(jù)，我國(guó)200MW及以上機(jī)組的汽泵可用系數(shù)達(dá)到94.62%，非計(jì)劃停運(yùn)率僅0.12%。這表明，我國(guó)電站設(shè)備制造和電力工業(yè)裝備水平已經(jīng)邁上了新的臺(tái)階，且國(guó)內(nèi)電站設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)和管理水平已有較大幅度的提高。因此，給水泵故障造成機(jī)組強(qiáng)迫停機(jī)的幾率很小，對(duì)機(jī)組的運(yùn)行影響不大。

目前國(guó)內(nèi)外投產(chǎn)的1000MW等級(jí)機(jī)組，給水泵運(yùn)行情況良好。2011年下半年，華東電監(jiān)局牽頭組織對(duì)華東區(qū)域內(nèi)23臺(tái)USC1000機(jī)組的運(yùn)行情況進(jìn)行了專(zhuān)題調(diào)研，調(diào)研結(jié)果表明：自2006年我國(guó)首臺(tái)USC1000機(jī)組在華能玉環(huán)電廠建成投產(chǎn)至2011年末，21臺(tái)機(jī)組(不包括國(guó)華徐州2臺(tái)機(jī)組)累計(jì)發(fā)生非計(jì)劃停運(yùn)139次，鍋爐側(cè)故障是引發(fā)USC1000機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)的首要原因 ，而汽機(jī)側(cè)沒(méi)有明顯的群發(fā)、多發(fā)故障，多是常見(jiàn)的、散發(fā)的故障。其中因汽機(jī)本體和輔機(jī)設(shè)備泄漏造成機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)8次。在汽機(jī)輔機(jī)設(shè)備方面，因給水泵故障造成機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)僅7次。

綜上所述，就給水泵組本身可靠性而言，100%給水泵與50%給水泵可用率均非常高。雖然1×100%汽動(dòng)給水泵方案，由于無(wú)備用泵可用，機(jī)組故障時(shí)只能停機(jī)，但事故停機(jī)的幾率很小；而對(duì)于50%鍋爐給水泵，當(dāng)一臺(tái)泵發(fā)生故障時(shí)，RB功能理論上可以保證機(jī)組60%的發(fā)電量，但目前1000MW等級(jí)機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行中，很多電廠并未真正實(shí)現(xiàn)無(wú)準(zhǔn)備條件下的RB功能，實(shí)際采用50%容量給水泵的電廠在一臺(tái)泵或小機(jī)跳機(jī)時(shí)，機(jī)組并不能穩(wěn)定在單泵部分負(fù)荷運(yùn)行。因此，二次再熱機(jī)組采用1×100%汽動(dòng)給水泵方案，通過(guò)提高輔助設(shè)備的質(zhì)量和電廠運(yùn)行管理水平，機(jī)組的可靠性可以得到保證。

3.5給水泵同軸與不同軸方式的確定

關(guān)于汽動(dòng)給水泵前置泵的布置有兩種方式，一種方式不同軸布置，即布置在0 m層，采用單獨(dú)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。另外一種方式為同軸布置，即與主泵布置在同一層標(biāo)高，利用給水泵汽輪機(jī)通過(guò)齒輪箱驅(qū)動(dòng)。根據(jù)最近設(shè)計(jì)的1000MW超超臨界機(jī)組的經(jīng)驗(yàn)，給水前置泵的布置需要綜合除氧器的布置位置、主廠房的結(jié)構(gòu)、不同制造廠給水泵組的特性以及電氣負(fù)荷等多方面因素，選擇最優(yōu)化的方案。

汽動(dòng)給水前置泵布置在0 m層和布置在主泵同層有兩種方式，主要有以下不同：

(1) 除氧器的布置位置不同，相應(yīng)主廠房除氧間的結(jié)構(gòu)不同。

不管汽動(dòng)給水前置泵布置在0m層還是布置在主泵同層，給水前置泵的有效汽蝕余量必須滿足。在給水前置泵的各種運(yùn)行狀況中，給水前置泵在除氧器滑壓運(yùn)行暫態(tài)過(guò)程中有效汽蝕余量會(huì)出現(xiàn)最小值，這是由于除氧器壓力因事故突然下降，但給水泵進(jìn)口的水溫還來(lái)不及變化，即所對(duì)應(yīng)的飽和壓力還來(lái)不及變化，因此在同一時(shí)間里，除氧器壓力和給水泵進(jìn)口水溫所對(duì)應(yīng)的飽和壓力不相等，兩個(gè)數(shù)值之間產(chǎn)生一個(gè)隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)壓力降H。如果最大壓力降Hmax導(dǎo)致系統(tǒng)的有效汽蝕余量不能滿足前置泵的必須汽蝕余量，則說(shuō)明給水前置泵在除氧器滑壓運(yùn)行暫態(tài)過(guò)程會(huì)發(fā)生汽蝕危險(xiǎn)。但如果除氧器的布置的足夠高，其靜壓可以抵消最大壓力降，則此問(wèn)題就可以解決。

對(duì)于常規(guī)百萬(wàn)千瓦電廠說(shuō)，汽動(dòng)給水前置泵布置在0 m層，除氧器至少需要布置在26 m以上。而汽動(dòng)給水前置泵布置在運(yùn)轉(zhuǎn)層，除氧器相應(yīng)需要布置在40 m以上，因此相應(yīng)的汽機(jī)房容積也要增加～30000 m3，按容積250元/m3計(jì)算，2臺(tái)機(jī)組總體增加750萬(wàn)元。

與常規(guī)電廠不同的是，二次再熱機(jī)組采用10級(jí)抽汽回?zé)峒皟杉?jí)外置式蒸汽冷卻器，比常規(guī)的百萬(wàn)機(jī)組多了一級(jí)高壓加熱器、一級(jí)低壓加熱器及二級(jí)蒸汽冷卻器，多余的加熱器設(shè)備需要增加足夠空間放置，若采用同軸布置，除氧層以下，可以再增加一層，放置加熱器，因此廠房投資增加額可以不計(jì)入該方案的成本。

(2) 設(shè)備、管道等投資不同。

前置泵布置在0 m層，單獨(dú)設(shè)置電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，比前置泵布置在運(yùn)轉(zhuǎn)層，利用給水泵汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，多了電動(dòng)機(jī)及相關(guān)配置，且中低壓給水管道長(zhǎng)度要增加，總體設(shè)備、管道等投資增加，因此汽動(dòng)前置泵同軸布置方案節(jié)省大約150萬(wàn)元。

(3) 運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性不同。

對(duì)給水泵汽輪機(jī)來(lái)說(shuō)，由于前置泵功率較小，即使功率增加，價(jià)格影響也較小。因此采用同軸給水泵，對(duì)提高機(jī)組的正常運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性有好處。相比電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，利用給水泵汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)前置泵，盡管由于功率增加，用汽量要增加，但省略了電動(dòng)機(jī)，廠用電可減少，同時(shí)減少泵組機(jī)械損失，經(jīng)濟(jì)性較好。

根據(jù)國(guó)內(nèi)同容量機(jī)組情況，汽動(dòng)前置泵電動(dòng)機(jī)功率約為2240 kW(1×100%給水泵)。取消汽動(dòng)前置泵電動(dòng)機(jī)，1臺(tái)機(jī)組廠用電將節(jié)約大約2240 kW，扣除前置泵同軸后引起汽輪機(jī)進(jìn)汽量增加和凝結(jié)水泵的軸功率的增加，廠用電率下降約0.2個(gè)百分點(diǎn)。

因此參照泰州二期推薦給水泵組采用同軸布置方案。

4　經(jīng)濟(jì)性比較

4.1運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性比較

4.1.1給水泵效率變化對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性影響

根據(jù)等效焓降理論，與設(shè)計(jì)工況相比，當(dāng)給水泵等熵焓升不變時(shí)，給水泵效率降低引起的做功量變化有兩部分：

給水泵效率降低，給水焓升增加，利用前一級(jí)加熱器，排擠部分抽汽，使主機(jī)做功增加。

(1) 給水焓升增加，小汽機(jī)抽汽量增加使主機(jī)做功減少。

(2) 給水泵在消耗小汽機(jī)能量，產(chǎn)生額外損失的同時(shí)，也使給水獲得了焓升，用于加熱給水，排擠了一部分抽汽，使主汽機(jī)做功增加。這對(duì)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性影響是雙向的。

4.1.2小汽機(jī)相對(duì)內(nèi)效率變化對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性影響

當(dāng)給水泵焓升不變時(shí)，小汽機(jī)內(nèi)效率變化直接引起小汽機(jī)進(jìn)汽的變化，使小汽機(jī)抽汽量增加，主機(jī)做功減少。小汽機(jī)相對(duì)內(nèi)效率變化對(duì)機(jī)組內(nèi)效率的影響大于給水泵效率變化對(duì)機(jī)組內(nèi)效率的影響，原因是給水泵效率對(duì)機(jī)組內(nèi)效率的負(fù)面影響部分被回?zé)嵯到y(tǒng)回收泵焓升的正面影響所抵消。

4.1.3運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性計(jì)算

下面對(duì)兩種給水泵主泵配置方案的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行比較，比較原則：

(1) 前置泵按同軸考慮。

(2) 年機(jī)組的設(shè)備利用小時(shí)數(shù)按5500 h。

(3) 標(biāo)煤價(jià)格暫按：750元/t。

(4) 汽輪機(jī)熱耗數(shù)據(jù)由上海汽輪機(jī)廠根據(jù)現(xiàn)熱平衡圖計(jì)算。

(5) 100%給水泵組效率87%，2×50%泵組效率85%。

(6) 2×50%小汽輪機(jī)效率84%。

(7) ALSTOM 100%小汽輪機(jī)效率86%。

(8) 表中所列數(shù)據(jù)均為機(jī)組THA額定負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的相關(guān)給水參數(shù)。

表4　2×50%和100%給水泵配置方案運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性比較

通過(guò)以上運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性分析比較，可以看出：由于單臺(tái)100%容量的給水泵組具有較高的運(yùn)行效率，在整個(gè)運(yùn)行期間具有較高的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，使機(jī)組的熱耗率降低、發(fā)電廠的標(biāo)煤耗降低。與2×50%容量給水泵方案相比，給水泵組效率增加1個(gè)百分點(diǎn)降低汽輪機(jī)熱耗率3 kJ/kg，小汽輪機(jī)效率增加2個(gè)百分點(diǎn)降低汽輪機(jī)熱耗率5 kJ/kg。單臺(tái)100%容量的給水泵方案2臺(tái)機(jī)組每年可節(jié)約標(biāo)煤約3190 t，年節(jié)約燃煤成本約240萬(wàn)元。

4.2投資比較

目前根據(jù)向國(guó)內(nèi)主要給水泵廠家初步詢(xún)價(jià)，二次再熱機(jī)組不同給水泵配置方案的給水泵初步報(bào)價(jià)見(jiàn)表5。

目前根據(jù)向國(guó)內(nèi)主要給水泵廠家初步詢(xún)價(jià)，不同給水泵配置方案的給水泵初步報(bào)價(jià)見(jiàn)表6。

表5　2×50%和100%給水泵價(jià)格(1臺(tái)機(jī)組)

表6　某國(guó)內(nèi)汽輪機(jī)制造廠報(bào)價(jià)(1臺(tái)機(jī)組)

表5、表6分別為：泰州二期2×50%容量汽動(dòng)給水泵組(制造廠1)與北海1×100%容量汽動(dòng)給水泵組的中標(biāo)價(jià)格，以及咨詢(xún)相關(guān)廠家報(bào)價(jià)情況；從表5、表6可知2×50%容量與北海1×100%汽動(dòng)給水泵組價(jià)格相當(dāng)；后續(xù)工程咨詢(xún)相關(guān)廠家均表示兩種規(guī)格的汽動(dòng)給水泵組價(jià)格不大。

結(jié)合已經(jīng)建成的外高橋三期及其他百萬(wàn)工程情況，由于現(xiàn)實(shí)情況100%給水泵配套的給水泵汽輪機(jī)目前需要進(jìn)口，高效率的雙分流小汽輪機(jī)目前ALSTOM處于技術(shù)壟斷，而2×50%給水泵汽輪機(jī)可以國(guó)產(chǎn)。從外高橋三期建設(shè)投資經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，總體上采用100%汽動(dòng)給水泵汽輪機(jī)組比2×50%汽動(dòng)給水泵汽輪機(jī)組增加投資約10000萬(wàn)元左右(2臺(tái)機(jī)組)。從投資回報(bào)角度分析，100%容量的給水泵組方案靜態(tài)投資回收年限為20年左右，回收年限過(guò)長(zhǎng)；若考慮動(dòng)態(tài)投資期則回收時(shí)間可能接近電廠壽命期，因此這是投資者必須直面的問(wèn)題。若選用國(guó)產(chǎn)汽輪機(jī)用100%汽動(dòng)給水泵汽輪機(jī)組比2×50%汽動(dòng)給水泵汽輪機(jī)組增加投資約300萬(wàn)元左右(2臺(tái)機(jī)組)，從投資回報(bào)分析：100%容量的給水泵組方案靜態(tài)投資回收年限為1年左右，國(guó)產(chǎn)100%容量小機(jī)主要增加配套輔助設(shè)備及管道，但由于小機(jī)排汽不進(jìn)入主機(jī)，大機(jī)凝汽器面積可以減少，針對(duì)北海冷卻水溫度較高，可以不減少大機(jī)凝汽器面積，凝汽器端差可以減少，背壓可以達(dá)到合理保證，因此實(shí)際投資年限還可能減少，但是二次再熱機(jī)組100%容量給水泵汽輪機(jī)及給水泵組，目前國(guó)內(nèi)外都沒(méi)有類(lèi)似設(shè)備的投運(yùn)實(shí)績(jī)，經(jīng)濟(jì)性和可靠性尚無(wú)法得到較為確切的評(píng)估，投資方在設(shè)備的選擇上需謹(jǐn)慎。

5　結(jié)論和建議

(1) 從國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的百萬(wàn)容量等級(jí)機(jī)組的運(yùn)行和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，給水系統(tǒng)的配置多種多樣，給水泵臺(tái)數(shù)和容量的選擇，取決于機(jī)組容量、設(shè)備質(zhì)量、機(jī)組在電網(wǎng)中的作用、設(shè)備投資、技術(shù)流派等多種因素。

(2) 從運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性角度分析，由于100%容量的給水泵組效率要高于2×50%容量的給水泵組，其中小汽機(jī)相對(duì)內(nèi)效率變化對(duì)機(jī)組內(nèi)效率的影響大于給水泵效率變化對(duì)機(jī)組內(nèi)效率的影響。由于單臺(tái)100%容量的給水泵組具有較高的運(yùn)行效率，在整個(gè)運(yùn)行期間具有較高的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，使機(jī)組的熱耗率降低、發(fā)電廠的標(biāo)煤耗降低。與2×50%容量給水泵方案相比，給水泵組效率增加1個(gè)百分點(diǎn)降低汽輪機(jī)熱耗率3 kJ/kg，小汽輪機(jī)效率增加2個(gè)百分點(diǎn)降低汽輪機(jī)熱耗率5 kJ/kg。

(3) 從機(jī)組給水系統(tǒng)的可靠性角度分析，對(duì)于不設(shè)備用泵工程，而汽動(dòng)給水泵組故障不能完全避免，當(dāng)給水泵發(fā)生故障時(shí)，對(duì)于單臺(tái)100%容量的給水泵方案必須停機(jī)；而對(duì)于2×50%容量的給水泵方案，當(dāng)一臺(tái)發(fā)生故障時(shí)，可以保證60%的發(fā)電容量而不至于強(qiáng)迫停機(jī)。

(4) 從系統(tǒng)復(fù)雜性看，2×50%容量汽動(dòng)給水泵組排汽直接進(jìn)入大機(jī)凝汽器，系統(tǒng)較簡(jiǎn)單；1×100%容量汽動(dòng)給水泵組一般需要配單獨(dú)的凝汽器，因此需要增加凝結(jié)水系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)及膠球清洗系統(tǒng)，總體系統(tǒng)需要增加，但主給水系統(tǒng)可以簡(jiǎn)化，啟動(dòng)時(shí)不受制主機(jī)凝汽器影響，背壓可以?xún)?yōu)化。

(5) 選用100%汽動(dòng)給水泵組(汽輪機(jī)國(guó)產(chǎn)+主泵進(jìn)口)比2×50%汽動(dòng)給水泵組(汽輪機(jī)國(guó)產(chǎn)+芯包進(jìn)口)增加投資約300萬(wàn)元左右(2臺(tái)機(jī)組)，從投資回報(bào)角度分析，100%容量的給水泵組方案靜態(tài)投資回收年限為1年左右。

(6) 2×50%和1×100%容量汽動(dòng)給水泵方案技術(shù)上均可行，從提高機(jī)組效率、降低機(jī)組標(biāo)煤耗和廠用電，提高機(jī)組上網(wǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和壽命周期內(nèi)收益的角度出發(fā)，1×100%容量汽動(dòng)給水泵具有一定的優(yōu)勢(shì)，從機(jī)組可靠性出發(fā)2×50%具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

因此對(duì)于1000MW二次再熱機(jī)組采用2×50%或100%汽動(dòng)給水泵組方案均是可行的。對(duì)于2×50%汽動(dòng)給水泵組，芯包采用進(jìn)口，其余國(guó)產(chǎn)；對(duì)于100%汽動(dòng)給水泵組，主泵需要采用進(jìn)口，其余國(guó)產(chǎn)。

[1] GB 50660－2011，大中型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．

[2] GB50764－2012，電廠動(dòng)力管道設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．

Feed Water Pump Selection Research for 1000MW Double Reheat Unit

WANG Ya-jun, ZHU Jia-qi, LI Lin, CHENG Ren-jie
(East China Electric Power Design Institute Co.,Ltd, Shanghai 200063, China)

The article mainly introduces the selection of steam turbine driven feed water pump of double reheat for 1000MW unit. As the technical development trend and the optimal operation of units, the selection of feed pump group of double reheat units is presented.

boiler feedwater pump; boiler feedwater pump turbine; double Reheat; delivery head.

TM621

A

1671-9913(2016)05-0001-12

2016-02-17

王亞軍(1974- )，男，安徽舒城縣人，高級(jí)工程師，從事電廠熱機(jī)專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)。