300 MW 等級(jí)濕冷機(jī)組循環(huán)水泵的選擇

李亞文

(山東電力工程咨詢?cè)河邢薰荆綎|濟(jì)南 250013)

0 引言

循環(huán)水泵作為火力發(fā)電廠中大型耗電輔機(jī)，其設(shè)計(jì)選型直接影響今后整個(gè)電廠能否安全運(yùn)行及是否具有良好的經(jīng)濟(jì)性，因此循環(huán)水泵的設(shè)計(jì)選型意義重大。本文結(jié)合最近完成的某電廠的初步設(shè)計(jì)，對(duì)300 MW等級(jí)濕冷機(jī)組循環(huán)水泵的設(shè)計(jì)選型進(jìn)行了討論。

1 工程簡(jiǎn)介

本工程位于山東省南部，新建兩臺(tái)350 MW機(jī)組。鍋爐為東方鍋爐廠的超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行直流爐，單爐膛、一次再熱的全懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐，最大連續(xù)蒸發(fā)量為1 140 t/h，額定蒸汽出口壓力25.4 MPa。汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)有限公司的超臨界、一次中間再熱、單軸、兩缸兩排汽、抽汽凝汽式汽機(jī)，THA工況背壓為4.9 kPa，TRL工況背壓為11.8 kPa。發(fā)電機(jī)為東方電機(jī)有限公司的350 MW水氫氫汽輪發(fā)電機(jī)，額定功率為350 MW。

根據(jù)循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化計(jì)算，每臺(tái)機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)采用一座5 500m2的冷卻塔，塔內(nèi)采用塑料填料，夏季冷卻倍率為60倍、最大循環(huán)水量為38 000 m3/h、凝汽器面積23 000 m2、循環(huán)水管道為DN2 400和循環(huán)水回水溝3.0 m×3.0 m，凝汽器年平均背壓4.9 kPa。

2 循環(huán)水泵的配置方式及參數(shù)

國(guó)內(nèi)電廠所配套的大流量循環(huán)水泵一般有兩種類型:臥式離心泵和立式斜流泵，由于立式斜流泵的流量—功率曲線表現(xiàn)為隨著流量的增加，功率下降，對(duì)防止電機(jī)過(guò)流有一定好處，且葉輪可以直接插入水中，不易產(chǎn)生汽蝕，故本工程循環(huán)水泵采用立式斜流泵。參考有的電廠循環(huán)水系統(tǒng)采用擴(kuò)大單元制時(shí)，因中間的聯(lián)絡(luò)閥門關(guān)閉不嚴(yán)，導(dǎo)致機(jī)組出現(xiàn)無(wú)法檢修的情況，為避免以上情況發(fā)生后影響全廠的安全運(yùn)行，循環(huán)水系統(tǒng)采用單元制。

循環(huán)水泵配置考慮以下三種方案:1)每臺(tái)汽輪機(jī)配三臺(tái)定速循環(huán)水泵(一機(jī)三泵);2)每臺(tái)汽輪機(jī)配兩臺(tái)雙速循環(huán)水泵(一機(jī)兩雙速泵);3)每臺(tái)汽輪機(jī)配兩臺(tái)變頻調(diào)速循環(huán)水泵(一機(jī)兩變頻泵)。

一機(jī)三泵方案中，每臺(tái)機(jī)組配三臺(tái)循環(huán)水總流量35%的循環(huán)水泵，水泵及電機(jī)參數(shù)為:Q=3.7 m3/s，H=24.5 m，N=1 140 kW，V=6 000 V。在此方案中，根據(jù)季節(jié)的不同，通過(guò)調(diào)節(jié)水泵運(yùn)行的臺(tái)數(shù)，來(lái)滿足運(yùn)行需要。水泵開啟臺(tái)數(shù)一般為夏季三臺(tái)，春秋冬兩臺(tái)，在冬季極端條件下，可開啟一臺(tái)。

一機(jī)兩雙速泵方案中，每臺(tái)機(jī)組配兩臺(tái)循環(huán)水總水量50%的循環(huán)水泵，水泵及電機(jī)參數(shù)為:Q=5.28/4.7 m3/s，H=24.5/18.4 m，N=1 800/1 140 kW，V=6 000 V。兩臺(tái)循環(huán)水泵在夏季時(shí)都高速運(yùn)行，春秋時(shí)一臺(tái)高速一臺(tái)低速，冬季時(shí)一臺(tái)高速運(yùn)行，在冬季極端條件下，可一臺(tái)低速運(yùn)行。

一機(jī)兩變頻泵方案中，每臺(tái)機(jī)組配兩臺(tái)循環(huán)水總水量50%的循環(huán)水泵，水泵及電機(jī)參數(shù)為:Q=5.28 m3/s，H=24.5 m，N=1 800 kW，V=6 000 V。兩臺(tái)循環(huán)水泵配一臺(tái)變頻器，采用一拖二的運(yùn)行方式。

3 三種配置方式在性能上的比較

由循環(huán)水泵的性能曲線和比例定律得知，在較小范圍內(nèi)改變循泵的轉(zhuǎn)速n，循泵的效率η近似不變，而流量Q、揚(yáng)程H、功率P與轉(zhuǎn)速n則相應(yīng)近似成1次方、2次方、3次方關(guān)系。從理論上可以做到改變較少的轉(zhuǎn)速，降低較大幅度的功率值，而流量、揚(yáng)程下降幅度較少，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。水泵的轉(zhuǎn)速公式表示為:n=60 f(1－S)/p。從公式中可以看出在轉(zhuǎn)差率S一定的條件下，轉(zhuǎn)速n和頻率f及極對(duì)數(shù)p有關(guān)。雙速泵通過(guò)改變極對(duì)數(shù)p來(lái)改變轉(zhuǎn)速n，而變頻器通過(guò)改變頻率f來(lái)改變轉(zhuǎn)速n。

三種配置方式的性能比較如表1所示。

表1 三種配置方式性能比較表

4 三種配置方式在經(jīng)濟(jì)上的比較

方案的經(jīng)濟(jì)性比較主要考慮兩點(diǎn):1)初投資上的差異;2)發(fā)電量相同時(shí)，各個(gè)方案所節(jié)省的電費(fèi)。在進(jìn)行比較時(shí)，以常規(guī)的一機(jī)三泵方案為基準(zhǔn)方案，列出其余兩個(gè)方案與基準(zhǔn)方案的差值，采用此種方法，方案間的差異一目了然，方便理解。經(jīng)濟(jì)性比較參見(jiàn)表2，表2中的數(shù)值均為兩臺(tái)機(jī)的。

表2 三種配置方式經(jīng)濟(jì)性比較表

從以上經(jīng)濟(jì)性比較中可以發(fā)現(xiàn)，雖然方案二、三初投資均高于方案一，但后兩個(gè)方案一年所節(jié)省的電費(fèi)均可將初投資收回，特別是一機(jī)兩變頻泵方案，每年可節(jié)省電費(fèi)154.4萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)循環(huán)水泵的一機(jī)三泵、一機(jī)兩雙速泵及一機(jī)兩變頻泵三種方案的性能及經(jīng)濟(jì)性比較，我們不難發(fā)現(xiàn)，雖然采用變頻泵后，存在系統(tǒng)較復(fù)雜、安裝難度大、維護(hù)要求高等一些問(wèn)題，但可以通過(guò)如采購(gòu)高標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備、加強(qiáng)安裝中的監(jiān)督、提高維護(hù)人員水平等方式予以克服，并且變頻泵的節(jié)能效果明顯，經(jīng)濟(jì)性良好，因此在300 MW級(jí)機(jī)組中應(yīng)優(yōu)先考慮。