銀星電廠主給水系統的優化設計及應用

張曉莊

（寧夏銀星發電有限責任公司，寧夏銀川 750000）

1 項目概況

銀星電廠2×660MW 工程項目為典型坑口電廠，建設規模為132 萬千瓦，建設2×660MW 等級超超臨界、燃煤、間接空冷機組，按照超凈排放標準，同步建設脫硫、脫硝和高效電除塵設施, 工程燃煤是由中鋁寧夏能源集團運營管理的銀星煤業有限公司供給，采用大曲徑輸煤皮帶直接輸送至廠區，距離約5.5km，系典型的“煤電一體化”項目。

2 超超臨界機組主給水系統的優化方案設計

2.1 主給水系統的功能

給水系統的功能是從除氧器底部接出并把給水輸送到鍋爐省煤器聯箱進口。在輸送過程中，通過加熱器加熱給水以提高循環熱效率。給水系統還向鍋爐過熱減溫器、再熱事故減溫器和高旁裝置提供減溫水。

2.2 常見給水泵組設計方案

給水泵是發電廠中重要的輔助設備之一，不僅系統龐大，初投資高，且其功率居發電廠輔助設備之首，為水泵選型、對工程成本控制、機組安全運行都具有非常大的意義。

針對300MW 或以上容量濕冷機組，業界認為：考慮到能源利用效率這塊，容量在300MW 以下的機組采用電動調速給水泵（簡稱：電動泵），300MW 以上容量機組采用調速汽輪機驅動的給水泵（以下簡稱：汽動泵）。300MW 機組采用電動泵與汽動泵方式，在經濟效益相比中，其差別不是很大。目前以國內電網調度特點來看，電動泵在用電率方面比汽動泵方式增加約3.3%。因此，想節約用電耗能，汽動泵的選擇是不錯的，可使機組凈供電量增加，并且有效提高電廠的經濟效益[1]。

目前我國600MW 級容量間接空冷機組大都采用汽動泵方式。本工程為660MW 級超超臨界間接空冷燃煤發電機組，故項目初步按汽動給水泵方案考慮[2]（圖1）。

圖1 汽輪機縱剖面圖

2.3 汽動給水泵組的設計方案比較

汽動給水泵組配置容量比較：

2.3.1 2×50%容量汽動泵方案

配2×50%容量汽動泵，運行靈活（如圖2），可以適應機組各種負荷，是國內600MW 等級機組及日本600MW 等級機組的典型配置[3]，也是國內電廠多數所采用的。一臺汽動泵組非停時，機組仍能帶50%以上額定負荷運行。

圖2 2x50%汽泵方案運轉層局部布置圖

2.3.2 1×100%容量汽動泵方案

配1×100%容量汽動泵，單泵機組負荷范圍在30～100%內，其主機負荷同泵的匹配性更好，更迅捷（如圖3）。負荷低于30%，切換到備用汽源，其機組的運行也可得到保障。容量100%的汽動泵雖然在機組負荷大于50%時比2×50%容量泵運行經濟性高，但是遇到故障的時候，100%全容量汽動給水泵組則只能停機，因此會對電廠的使用率上產生影響。對1×100%容量汽動泵方案芯包需進口。

圖3 1x100%汽泵方案運轉層局部布置圖

2.4 汽動前置泵驅動方案比較

汽動給水泵組前置泵的驅動方式有兩種，一種是汽動給水泵組的前置泵布置在0m 層，用單獨的電動機驅動；另外一種是同軸汽動給水泵組，汽動給水泵組的前置泵和主泵同層布置，都利用給水泵汽輪機驅動。

660MW 級機組汽動給水泵組的布置方式大多采用汽動給水泵主泵布置在汽機房運轉層，前置泵單獨布置在除氧間零米由電動機驅動。

從初投資方面考慮，前置泵與汽動給水泵主泵同軸布置，每臺泵組能減少一臺電機，需增加一套減速齒輪箱，總體來說，兩者初投資相當。但是從經濟運行方面來說，目前電網調度都是依據發電機端功率調度，采用前置泵與主泵同軸布置方案，電廠廠用電率降低，電廠可以往電網多送電，增加經濟性[4]。

在目前各大電力集團均努力降低廠用電率的形式下，根據有關資料，采用汽動給水泵組同軸布置方案，主汽輪機的熱耗值上升3.1KJ/kW.h。但機組的廠用電率降低了0.123%，選擇前置泵與主泵同軸方案、從而降低廠用電率是未來發展的必然趨勢。

2.5 啟動電動給水泵配置方案設計與優化

2.5.1 鍋爐啟動要求

鍋爐最小直流負荷影響電動給水泵的容量，并且鍋爐最小直流負荷又同各鍋爐制造廠的技術要求有關。按要求，鍋爐的最小直流負荷不大于30%BMCR 工況。啟動鍋爐系統和確定容量時，起確定因素有：鍋爐最低直流負荷、質量流速選取、機組運行方式、還有工質的合理利用等。本工程采用無啟動循環泵的啟動系統，電動給水泵的容量需滿足鍋爐最小直流負荷的要求。

綜上所述，根據鍋爐最小直流負荷，配置電動給水泵容量需選用30%BMCR 工況，達到鍋爐啟動條件。

2.5.2 電動給水泵采用啟動與備用的比較

目前國內投產的300MW～600MW 機組，在氣動給水泵方面，其運行比較穩定，在電動給水泵備用/啟動等功能上投入的越來越少。而且目前給水泵汽輪機的可靠性可同主機汽輪機相比，并且事故率也較低。

如果電動給水泵不做備用，一旦汽動給水泵組停運，則機組只能停運。但隨著設計、制造、裝配工藝的不斷提高，也隨之提高了汽動給水泵組的可靠性，間接化的使電動給水泵在備用這塊逐漸被弱化。目前國內許多660MW 級超超臨界機組已經在選型問題上對電動給水泵的備用不在考慮中人，僅有啟動功能在考慮中。

目前，以國內實際情況來說，汽動給水泵組的運行可靠性水平已經提升到了一定高度，并且各相關制造商的服務和配合也非常周到，使設備在修復能力這塊也得到了提升。而超超臨界660MW 機組一臺30%容量的電動啟動備用泵價格約為900 萬元，2 臺660MW 機組所配啟動備用電泵的價格約為1800 萬元；如取消電動給水泵的備用功能，選用電泵僅作為機組的啟動泵，一套的價格約230 萬。2 臺660MW 機組所配啟動電泵的價格約為460 萬元。

3 主給水系統優化方案設計的工程應用

本工程主給水系統根據優化設計結果配置了由杭州汽輪機廠生產的WK 系列雙分流型給水泵汽輪機和荏原機械1×100%BMCR 的容量給水泵組，整體采用前置泵與主泵同軸布置由給水泵汽輪機驅動的配置方式。啟動給水泵選用30%BMCR 容量的上海電力修造廠生產的定速電動給水泵。

機組除氧器運行方式采用定-滑-定，除氧器層標高為39.0 m。除氧器壓力變化范圍：0.147 MPa(a)-1.4 MPa(a)，除氧器水溫變化范圍：110℃（啟動加熱）-185.2℃(VWO 工況)。給水系統主要輸送介質參數如表1 所示。

表1 鍋爐給水水質表

4 結論

綜上所述，本文充分考慮到汽動給水泵較電動給水泵利于減少廠用電耗能，增加機組凈供電量，提高電廠效益。同時結合國內600MW 級容量間接空冷燃煤機組配置情況，通過對比，確定本工程采用1×100%容量汽動泵的配置方案，前置泵與主泵同軸布置由給水泵汽輪機驅動。最后，在滿足鍋爐啟動給水需求的前提下，又大幅度節省了投資，最終確定本工程采用一臺30%容量的啟動電動給水泵的配置方案。經優化設計后方案的實施過程進行了跟蹤，通過對機組運行后一年旁路系統、主給水系統運行參數的采集、分析以及性能試驗，最終得主給水系統運行安全、可靠、經濟，機組投產后未出現因給水系統設備故障導致機組停運，汽輪機給水泵組運行均達到設計效率。同時，針對啟動電泵配置方式，對機組啟動時上水方式進行優化，大幅度節約了廠用電量，取得了較好的經濟效益。