某250MW超臨界機(jī)組給水泵配置選型

摘要：介紹了大型火力發(fā)電廠鍋爐給水泵的常見配置方案，從可行性、經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性角度，總結(jié)了各種配置方案的優(yōu)缺點(diǎn)。同時(shí)，對(duì)取消電動(dòng)給水泵的可行性和汽動(dòng)給水泵直接啟動(dòng)的可靠性進(jìn)行了分析，對(duì)于電廠節(jié)約投資、節(jié)能降耗具有重要的實(shí)踐意義。

關(guān)鍵詞：汽動(dòng)給水泵;電動(dòng)給水泵;可靠性;經(jīng)濟(jì)性

0 引言

某擬建項(xiàng)目的裝機(jī)容量為4×250 MW超臨界燃煤純凝機(jī)組，采用海水直流冷卻循環(huán)技術(shù)。鍋爐過(guò)熱器BMCR工況的出口流量為830 t/h，壓力為25.4 MPa，溫度為571 ℃。

1 汽動(dòng)給水泵配置方案

對(duì)于300 MW級(jí)濕冷機(jī)組的給水系統(tǒng)，宜選擇汽動(dòng)給水泵，國(guó)內(nèi)外一般配置方案有2×50%容量或1×100%容量?jī)煞N。

方案一：2×50%容量汽動(dòng)泵方案的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行靈活，可以適應(yīng)機(jī)組各種負(fù)荷需求，是國(guó)內(nèi)300 MW級(jí)以及600 MW級(jí)機(jī)組的典型配置，為國(guó)內(nèi)多數(shù)電廠所采用，也是《大中型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50660—2011）的推薦方案。方案二：1×100%容量汽動(dòng)泵方案的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡(jiǎn)單、節(jié)約投資、易于布置，在國(guó)外被較多采用;缺點(diǎn)是對(duì)給水泵組的可靠性要求極高，停泵就要停機(jī)。兩種汽動(dòng)給水泵配置方案的設(shè)備投資比較（每臺(tái)機(jī)組）如表1所示。

2 電動(dòng)給水泵配置方案

電動(dòng)給水泵一般作為啟動(dòng)備用泵或啟動(dòng)泵。啟動(dòng)備用泵按50%容量選取，泵的揚(yáng)程與汽動(dòng)給水泵一致，揚(yáng)程為30.6 MPa。啟動(dòng)泵一般按30%容量選取，揚(yáng)程一般為15 MPa（比備用泵要小許多）。兩種電動(dòng)給水泵配置方案的設(shè)備投資比較（單臺(tái)機(jī)）如表2所示。

3 給水泵選型

3.1 ? ?汽動(dòng)給水泵選型

采用1×100%容量汽動(dòng)給水泵，已有大量的投產(chǎn)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，其穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性均與2×50%容量汽動(dòng)給水泵相當(dāng)。因此，為了節(jié)約工程投資，本工程推薦采用1×100%容量國(guó)產(chǎn)汽動(dòng)給水泵（僅芯包采用進(jìn)口產(chǎn)品）。

3.2 ? ?電動(dòng)給水泵選型

針對(duì)備用電動(dòng)泵的選擇，需要考慮啟動(dòng)方便、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等因素。對(duì)于1×100%汽動(dòng)泵方案，根據(jù)規(guī)程規(guī)定，宜設(shè)置1臺(tái)50%的啟動(dòng)備用電動(dòng)泵。當(dāng)汽動(dòng)給水泵發(fā)生故障時(shí)，則啟動(dòng)備用電動(dòng)泵，汽輪機(jī)仍可帶50%負(fù)荷運(yùn)行。通過(guò)對(duì)給水泵生產(chǎn)廠家和有關(guān)電廠的調(diào)研，給水泵汽輪機(jī)的可靠性可以與主汽輪機(jī)相比，且給水泵由于采用進(jìn)口芯包，故障率也很低。目前國(guó)內(nèi)投產(chǎn)的汽動(dòng)給水泵運(yùn)行情況良好。根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)可知，GE公司生產(chǎn)的2×50%汽動(dòng)泵和1×100%汽動(dòng)泵的兩種方案一般都沒有設(shè)置備用泵，這也是基于給水泵組的高可靠性，該公司1979—1993年對(duì)給水泵組統(tǒng)計(jì)強(qiáng)迫停機(jī)率僅為0.16%。

從實(shí)際情況看，超臨界機(jī)組電動(dòng)備用泵較難實(shí)現(xiàn)緊急備用的目的。如果要求電動(dòng)泵具備緊急備用功能，則備用條件比較復(fù)雜，電泵油系統(tǒng)需經(jīng)常運(yùn)行，泵始終處于熱備用狀態(tài);泵出口電動(dòng)閘閥常開，逆止門長(zhǎng)期承壓（約33 MPa）;熱控還要考慮電泵并入的給水調(diào)節(jié);電氣需要設(shè)置電泵的自動(dòng)投入等，諸多條件中有一項(xiàng)不能滿足就難以實(shí)現(xiàn)備用功能。由于電動(dòng)給水泵的功率很大，約5 000 kW，當(dāng)給水泵緊急啟動(dòng)時(shí)，由于電氣電源電壓波動(dòng)、液力耦合器（或變頻器）和最小流量閥響應(yīng)速度等原因，電動(dòng)給水泵很難實(shí)現(xiàn)作為汽動(dòng)給水泵的緊急備用，往往當(dāng)任意一臺(tái)汽動(dòng)給水泵出現(xiàn)故障時(shí)，只能依靠RB功能先保證機(jī)組降負(fù)荷運(yùn)行，然后再啟動(dòng)電動(dòng)給水泵;當(dāng)兩臺(tái)汽動(dòng)給水泵均出現(xiàn)故障時(shí)，應(yīng)立即執(zhí)行MFT動(dòng)作。

考慮到本工程為新建工程，又是孤網(wǎng)運(yùn)行，因此對(duì)于1×100%汽動(dòng)泵方案，設(shè)置1臺(tái)50%的啟動(dòng)備用電動(dòng)泵。當(dāng)汽動(dòng)泵出現(xiàn)故障時(shí)，則啟動(dòng)備用電動(dòng)泵，汽機(jī)仍可帶50%負(fù)荷運(yùn)行，因此本工程推薦設(shè)置1×50%備用電動(dòng)泵方案。

3.3 ? ?推薦意見

考慮到機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)性需求，給水系統(tǒng)推薦方案為1×100%容量的汽動(dòng)給水泵+1×50%容量的啟動(dòng)備用泵。

4 取消電動(dòng)給水泵的可行性

電動(dòng)給水泵僅用作啟動(dòng)泵，其功能僅限于兩個(gè)方面：一是在機(jī)組啟動(dòng)前進(jìn)行鍋爐的冷、熱態(tài)清洗時(shí)給鍋爐上水;二是在機(jī)組啟動(dòng)及低負(fù)荷運(yùn)行汽動(dòng)給水泵投入前給鍋爐供水。鑒于國(guó)內(nèi)一些電廠都有了機(jī)組啟動(dòng)時(shí)直接用汽動(dòng)給水泵啟動(dòng)獲得成功的經(jīng)驗(yàn)，在機(jī)組啟動(dòng)期間給水泵汽輪機(jī)是否有可靠的工作汽源是能否取消電動(dòng)啟動(dòng)給水泵的關(guān)鍵因素。

驅(qū)動(dòng)汽動(dòng)給水泵的小汽輪機(jī)的工作汽源通常采用雙汽源，即為高、低壓汽源，高壓汽源一般引自主蒸汽或低溫再熱蒸汽，低壓汽源取自主汽輪機(jī)的四級(jí)抽汽。本工程將輔助蒸汽供給水泵汽輪機(jī)的調(diào)試汽源管徑加大，作為給水泵汽輪機(jī)輔助工作汽源。如有必要，可以在鍋爐點(diǎn)火之前就暖機(jī)啟動(dòng)，前提是輔助蒸汽系統(tǒng)能夠提供足夠汽量的輔助蒸汽。

機(jī)組啟動(dòng)時(shí)輔助蒸汽由啟動(dòng)鍋爐或正常運(yùn)行的相鄰機(jī)組提供輔助汽源，在本機(jī)組低溫再熱蒸汽壓力達(dá)到1.0 MPa時(shí)切換至低溫再熱蒸汽供汽，在四級(jí)抽汽壓力達(dá)到0.8 MPa時(shí)切換至本機(jī)四級(jí)抽汽，向輔助蒸汽系統(tǒng)供汽。正常運(yùn)行的機(jī)組通過(guò)輔助蒸汽聯(lián)絡(luò)母管可以給相鄰啟動(dòng)機(jī)組提供約50 t/h的輔助蒸汽，該汽量不僅能夠滿足機(jī)組啟動(dòng)必需的除氧器給水加熱、燃油加熱及霧化、大小汽輪機(jī)軸封蒸汽、鍋爐微油點(diǎn)火加熱等輔助蒸汽用汽，而且能夠提供給水泵汽輪機(jī)在工作汽源切換至主汽輪機(jī)的四級(jí)抽汽前所需的最大用汽量，因此在一臺(tái)機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，另一臺(tái)機(jī)組采用汽動(dòng)給水泵直接啟動(dòng)是可行的。

綜上所述，若在機(jī)組啟動(dòng)期間輔助蒸汽汽源可靠且汽量足夠，采用汽動(dòng)給水泵直接啟動(dòng)的方案是可行的。

5 汽動(dòng)給水泵直接啟動(dòng)的可靠性及經(jīng)濟(jì)性

國(guó)內(nèi)外均有啟動(dòng)時(shí)直接用汽動(dòng)給水泵啟動(dòng)，啟動(dòng)/備用電動(dòng)給水泵基本上不投入的經(jīng)驗(yàn)。隨著變速汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)日趨成熟，權(quán)威資料顯示，汽動(dòng)給水泵運(yùn)行可靠性明顯提高，已經(jīng)不亞于電動(dòng)給水泵。與電動(dòng)給水泵相比，汽動(dòng)給水泵自動(dòng)化程度較高，操作相對(duì)簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定，在運(yùn)行啟動(dòng)過(guò)程中，汽動(dòng)給水泵升速速率采用程序控制，有效避免了電動(dòng)泵瞬間啟動(dòng)對(duì)泵各部件的強(qiáng)烈沖擊。電泵液力偶合器存在勺管在一定位置時(shí)工作油溫高的問題，且渦殼內(nèi)由于存在空氣，會(huì)造成液力偶合器工作不穩(wěn)定。此外，汽動(dòng)給水泵在供電系統(tǒng)頻率變化時(shí)，水泵運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速不受影響。

基于國(guó)內(nèi)汽動(dòng)給水泵組的運(yùn)行可靠性及發(fā)生故障時(shí)的快速修復(fù)能力，國(guó)內(nèi)很多電廠都有了機(jī)組啟動(dòng)時(shí)直接用汽動(dòng)給水泵啟動(dòng)獲得成功的經(jīng)驗(yàn)。考慮本工程在機(jī)組啟動(dòng)期間，從啟動(dòng)鍋爐或其他機(jī)組提供的輔助蒸汽汽源可靠且汽量足夠，可由輔助蒸汽向給水泵汽輪機(jī)供汽來(lái)驅(qū)動(dòng)給水泵汽輪機(jī)。因而在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，我們適當(dāng)設(shè)置小汽機(jī)調(diào)試用汽管道的管徑，可由輔助蒸汽向給水泵汽輪機(jī)供汽，驅(qū)動(dòng)給水泵汽輪機(jī)啟動(dòng)，由此可省去電動(dòng)啟動(dòng)給水泵，簡(jiǎn)化系統(tǒng)，為節(jié)省投資創(chuàng)造條件。

電動(dòng)給水泵用作機(jī)組啟動(dòng)用泵，其功能僅限于兩個(gè)方面：一是在機(jī)組啟動(dòng)前進(jìn)行鍋爐的冷熱態(tài)清洗時(shí)給鍋爐上水;二是在機(jī)組啟動(dòng)及低負(fù)荷時(shí)汽動(dòng)給水泵投入前給鍋爐供水。事實(shí)上，鍋爐清洗時(shí)完全可以由汽泵前置泵完成。根據(jù)工程基建經(jīng)驗(yàn)，需提前合理安排工程進(jìn)度，在準(zhǔn)備鍋爐點(diǎn)火、酸洗、沖管時(shí)，主汽機(jī)、循環(huán)水系統(tǒng)應(yīng)安裝完畢，凝汽器系統(tǒng)可以投用。

6 結(jié)語(yǔ)

300 MW級(jí)機(jī)組的100%容量汽動(dòng)給水泵，僅相當(dāng)于600 MW機(jī)組的50%容量汽動(dòng)給水泵，已有大量的投產(chǎn)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，其穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性均已達(dá)到先進(jìn)水平。因此，對(duì)于新建工程，推薦1×100%汽動(dòng)給水泵，并配置1臺(tái)50%的啟動(dòng)備用電動(dòng)泵。對(duì)于擴(kuò)建工程，推薦選用1×100%汽動(dòng)給水泵，并取消電動(dòng)泵。

收稿日期：2020-04-26

作者簡(jiǎn)介：董見峰（1977—），男，湖北蘄春人，高級(jí)工程師，從事火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)工作。