50 MW抽汽背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的給水泵驅(qū)動(dòng)方式選擇與優(yōu)化

黃琪薇，林俊光，黃之成，周 斌

（中國能源建設(shè)集團(tuán)浙江省電力設(shè)計(jì)院有限公司，杭州 310012）

50 MW抽汽背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的給水泵驅(qū)動(dòng)方式選擇與優(yōu)化

黃琪薇，林俊光，黃之成，周 斌

（中國能源建設(shè)集團(tuán)浙江省電力設(shè)計(jì)院有限公司，杭州 310012）

針對50 MW抽汽背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，討論了給水泵的不同驅(qū)動(dòng)方式。以浙江某新建機(jī)組為研究對象，將不同汽動(dòng)給水泵和電動(dòng)給水泵方案對機(jī)組的技術(shù)經(jīng)濟(jì)影響進(jìn)行了分析比較，結(jié)果表明：采用汽動(dòng)給水泵初投資高、年收益高。系統(tǒng)中設(shè)置一級除氧和表面式補(bǔ)水加熱器是采用汽動(dòng)給水泵的最佳方案。

抽汽背壓式；熱電聯(lián)產(chǎn)；汽動(dòng)給水泵；電動(dòng)給水泵；補(bǔ)水加熱器

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和節(jié)能減排壓力的增加，工業(yè)園區(qū)的用汽需求增加、用汽參數(shù)提高，在工業(yè)熱負(fù)荷需求量大的地區(qū)，不僅小型熱電廠供熱供不應(yīng)求，大型發(fā)電廠也紛紛鋪設(shè)供熱管網(wǎng)進(jìn)行供熱[1]。與小型熱電廠和大型發(fā)電廠相比，50 MW抽汽背壓式供熱機(jī)組具有供熱量大且穩(wěn)定、煤耗低等優(yōu)點(diǎn)。

給水泵的驅(qū)動(dòng)方式分為電動(dòng)和汽動(dòng)兩大類。使用電動(dòng)給水泵，占用了一部分廠用電，具有熱力系統(tǒng)簡單、占用廠房面積小、調(diào)節(jié)方便的優(yōu)點(diǎn)；使用汽動(dòng)給水泵，則增加了熱力系統(tǒng)的復(fù)雜性，增加了廠房面積，但是降低了廠用電率[3]。一般中小熱電廠的給水泵常用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，也有發(fā)電廠將電動(dòng)給水泵改為汽動(dòng)給水泵[2]，以節(jié)省廠用電。以下選取浙江某新建發(fā)電廠為研究對象，對機(jī)組在不同給水泵驅(qū)動(dòng)方式下作技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。

1 機(jī)組概況

某新建4×50 MW供熱發(fā)電機(jī)組配置4臺(tái)鍋爐、4臺(tái)汽輪機(jī)，采用高溫高壓燃煤鍋爐，鍋爐出口蒸汽參數(shù)為10.11 MPa/540℃；汽輪機(jī)采用高溫高壓抽汽背壓式汽輪機(jī)，入口參數(shù)為9.1 MPa/535℃，二級加熱器抽汽，對外供熱蒸汽為3.3 MPa的可調(diào)整抽汽和0.981 MPa的汽輪機(jī)排汽，額定供熱量分別為162.5 t/h和167.2 t/h。機(jī)組主要參數(shù)如表1所示。

2 給水泵驅(qū)動(dòng)方案

2.1 給水泵方案

為兼顧經(jīng)濟(jì)性與可靠性，機(jī)組采用切換母管制給水系統(tǒng)[4]，因此單臺(tái)給水泵出力與鍋爐容量相匹配。每臺(tái)給水泵的設(shè)計(jì)流量為鍋爐容量的110%，即523 t/h，設(shè)計(jì)揚(yáng)程約1 670 m，考慮給水泵效率和連接效率，給水泵的輸入功率約為2 700 kW。給水泵可選方案分為兩大類，每臺(tái)機(jī)組配1臺(tái)電動(dòng)給水泵，或每臺(tái)機(jī)組配1臺(tái)汽動(dòng)給水泵。另設(shè)備用電動(dòng)給水泵。

表1 機(jī)組主要參數(shù)

2.2 汽動(dòng)給水泵的驅(qū)動(dòng)蒸汽來源選擇

根據(jù)給水泵汽輪機(jī)的驅(qū)動(dòng)蒸汽來源不同，驅(qū)動(dòng)蒸汽可以分為高壓蒸汽、中壓蒸汽和低壓蒸汽。高壓蒸汽直接來自鍋爐出口主蒸汽，中壓蒸汽來自可調(diào)整抽汽，低壓蒸汽來自主汽輪機(jī)排汽[5]。根據(jù)給水泵汽輪機(jī)做功乏汽的去向不同，又可以分為如表2所示的常規(guī)方案。

表2 汽動(dòng)給水泵驅(qū)動(dòng)蒸汽方案

將以上方案進(jìn)行初步篩選。

采用鍋爐主蒸汽為驅(qū)動(dòng)蒸汽：高壓蒸汽的蒸汽管道和給水泵汽輪機(jī)的缸體材質(zhì)都必須為合金鋼，投資大；尤其對于給水泵汽輪機(jī)排汽為3.3 MPa的方案，排汽壓力高，存在焓降小、汽缸壁過厚的問題，制造困難，經(jīng)濟(jì)性明顯不佳。

采用可調(diào)整抽汽為驅(qū)動(dòng)蒸汽：排汽為0.98 MPa時(shí)，蒸汽的焓降過小，需要汽量大，經(jīng)濟(jì)性不佳；排汽為0.2 MPa時(shí)，雖然蒸汽焓降大，但是汽量小，不足以供除氧器的用汽。

初步計(jì)算以上5個(gè)汽動(dòng)給水泵方案的汽輪機(jī)熱耗，方案間的熱耗差別小。為了滿足機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，還應(yīng)考慮給水泵汽輪機(jī)的備用汽源，該項(xiàng)目老廠的輔助蒸汽壓力為1 MPa，可以作為啟動(dòng)汽源和備用汽源，提高了系統(tǒng)的安全性[6]。因此綜合考慮，給水泵汽輪機(jī)的驅(qū)動(dòng)蒸汽采用0.98 MPa的主汽輪機(jī)排汽。

3 方案比較

3.1 比較方法

對汽動(dòng)給水泵方案和電動(dòng)給水泵方案分別進(jìn)行熱平衡計(jì)算，再根據(jù)計(jì)算結(jié)果比較各方案的經(jīng)濟(jì)性。

3.2 比較條件

熱電聯(lián)產(chǎn)工程采用“以熱定電”的運(yùn)行模式[7]，所以無論采用汽動(dòng)給水泵還是采用電動(dòng)給水泵，熱平衡計(jì)算時(shí)要求低壓和中壓供熱量相同，在此基礎(chǔ)上調(diào)整汽輪機(jī)進(jìn)汽量和自用汽量的不同。

2種方案均采用兩級高壓加熱器。當(dāng)采用汽動(dòng)給水泵時(shí)，給水泵汽輪機(jī)的排汽（0.2 MPa）可以作為補(bǔ)水的加熱汽源，實(shí)現(xiàn)了能量的梯級利用；而采用電動(dòng)給水泵時(shí)，補(bǔ)水直接進(jìn)入高壓除氧器，由主汽輪機(jī)的低壓排汽（0.98 MPa）進(jìn)行加熱。

3.3 熱平衡計(jì)算與分析

對2個(gè)方案進(jìn)行熱平衡計(jì)算，并計(jì)算熱效率、標(biāo)煤耗率等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)[8]，結(jié)果如表3所示。

由熱平衡計(jì)算可以看到：由于需要低壓排汽供給汽動(dòng)給水泵，汽動(dòng)給水泵方案比電動(dòng)給水泵方案增加了5.7 t/h的進(jìn)汽量，因此機(jī)組發(fā)電量比電動(dòng)給水泵方案增加了740 kW。由于2個(gè)方案的供熱量保持不變，電動(dòng)給水泵方案的熱電比和供熱比均大于汽動(dòng)給水泵方案，因此全廠熱效率更高，從而發(fā)電標(biāo)煤耗和供電標(biāo)煤耗更優(yōu)。在2個(gè)方案供熱量相等的情況下，由于電動(dòng)給水泵方案的廠用電率高，因此導(dǎo)致該方案的供熱標(biāo)煤耗率更高。

3.4 經(jīng)濟(jì)性比較

表3 各方案熱平衡和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算結(jié)果

3.4.1 初投資估算

電動(dòng)給水泵方案的配套設(shè)備和廠房布置相對簡單，以電動(dòng)給水泵為參照，與汽動(dòng)給水泵方案進(jìn)行設(shè)備及廠房初投資比較，見表4。

表4 各方案初投資比較萬元

3.4.2 年運(yùn)行費(fèi)用比較

汽動(dòng)給水泵方案的年發(fā)電量更高，因此供電量和耗煤量均大于電動(dòng)給水泵方案。根據(jù)浙價(jià)資[2015]94號文《浙江省物價(jià)局關(guān)于電價(jià)調(diào)整有關(guān)事項(xiàng)的通知》，安裝脫硫設(shè)施的非省統(tǒng)調(diào)公用熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電機(jī)組上網(wǎng)電價(jià)為0.505 8元/kWh，標(biāo)煤價(jià)格712元/t，計(jì)算各方案的年運(yùn)行收益，比較結(jié)果如表5所示。

表5 各方案年運(yùn)行費(fèi)用比較

3.4.3 年凈收益比較

按照機(jī)組運(yùn)行年限20年、年利率8%計(jì)算，得到年凈收益和回收年限，如表6所示。

表6 各方案年凈收益和回收年限比較

3.4.4 小結(jié)

從上述比較可以看到，采用汽動(dòng)給水泵具有以下優(yōu)勢：

（1）對于低壓排汽，采用汽動(dòng)給水泵實(shí)現(xiàn)了能量的梯級利用，而采用電動(dòng)給水泵只能直接將低壓排汽用于加熱補(bǔ)水。

（2）在采用以熱定電的運(yùn)行模式下，采用汽動(dòng)給水泵可以多供電，從而帶來經(jīng)濟(jì)效益。

4 采用汽動(dòng)給水泵的回?zé)嵯到y(tǒng)優(yōu)化

從上述分析中可以看到，采用給水泵汽輪機(jī)的驅(qū)動(dòng)蒸汽采用0.98 MPa的主汽輪機(jī)排汽，做功乏汽約為0.2 MPa。通常該乏汽會(huì)排入大氣式除氧器，與高壓除氧器聯(lián)合運(yùn)行，對補(bǔ)水進(jìn)行兩級除氧，熱力系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 兩級除氧（大氣式除氧器+高壓除氧器）

雖然兩級除氧有較好的除氧效果，對蒸汽的能級梯度利用較為合理，但是在變負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，大氣式除氧器對蒸汽的需求與給水泵汽輪機(jī)的排汽之間匹配不理想，因此對該方案進(jìn)行了優(yōu)化，將大氣式除氧器替換為表面式補(bǔ)水加熱器，熱力系統(tǒng)如圖2所示。表面式補(bǔ)水加熱器占地小，該方案的設(shè)備投資和主廠房投資均更加節(jié)省。

圖2 一級除氧（高壓除氧器），配表面式補(bǔ)水加熱器

兩級除氧方案與“高壓除氧+表面式補(bǔ)水加熱器”方案的熱力性能參數(shù)和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)幾乎相同。在對相關(guān)制造廠家、實(shí)際運(yùn)營發(fā)電廠進(jìn)行調(diào)研后，認(rèn)為采用一級高壓除氧的除氧效果是可靠的，因此對原汽動(dòng)給水泵的方案進(jìn)行優(yōu)化，即系統(tǒng)中設(shè)置高壓除氧器和表面式補(bǔ)水加熱器各1臺(tái)。

5 結(jié)論

（1）50 MW機(jī)組宜采用汽動(dòng)給水泵。采用汽動(dòng)給水泵實(shí)現(xiàn)了能量的梯級利用，將低壓排汽用于驅(qū)動(dòng)給水泵汽輪機(jī)，而采用電動(dòng)給水泵只能直接將低壓排汽用于加熱補(bǔ)水；在采用以熱定電的運(yùn)行模式下，采用汽動(dòng)給水泵可以多供電，從而帶來經(jīng)濟(jì)效益。

（2）汽動(dòng)給水泵方案宜采用主汽輪機(jī)排汽為驅(qū)動(dòng)蒸汽，做功乏汽排入表面式補(bǔ)水加熱器，熱力系統(tǒng)中配置1臺(tái)高壓除氧器。該方案兼顧了運(yùn)行效果和除氧效果，為汽動(dòng)給水泵的最佳方案。

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Selection and Optimization of Feedwater Pump Driving Manners in 50 MW Steam-extraction back-pressure Combined Heat and Power Units

HUANG Qiwei， LIN Junguang， HUANG Zhicheng， ZHOU Bin

（CEEG Zhejiang Electric Power Design Institute Co.， Ltd.， Hangzhou 310012， China）

The paper elaborates on different driving manners for feedwater pump of 50 MW steam-extraction back-pressure combined heat and power units.Based on a new unit in Zhejiang province，this paper analyzes the technical and economic differences between steam feed pump and electric feedwater pump.The analysis shows that the steam feedwater pump had higher initial cost and higher annual revenue.It is an optimal scheme that the steam feedwater pump is equipped with a one-stage deoxygenator and a surface make-up water heater.

steam-extraction back-pressure； combined heat and power； steam feed-water pump； electric feed-water pump；make-up water heater

10.19585/j.zjdl.201709015

1007-1881（2017）09-0071-04

TM621.4

B

2017-05-15

黃琪薇（1986），女，工程師，主要從事火力發(fā)電廠機(jī)務(wù)專業(yè)設(shè)計(jì)。

（本文編輯：徐 晗）