210MW机组电动给水泵改汽动给水泵技术研究及可行性分析__58期刊

所属栏目：推荐论文发布时间：2011-02-25浏览量:227

副标题#e#1 前言
      国产200MW汽轮机组设计于60年代初，首台投产于1973年，原设计考虑采用小汽机拖动给水泵，并已通过了设计审查，后因当时国内变转速汽轮机的设计与制造技术尚未成熟而改用了电动给水泵，由于主机的设计未作相应更改，遗留下锅炉、汽轮机及有关辅助设备余量过大，机炉电三大主机容量匹配不当等缺点，机组的热效率也随之降低，同时电动泵消耗了大量电厂用电。为满足200MW机组参加调峰运行的需要，提高机组的供电能力和改善其容量匹配关系，从而提高机组的经济性，国家电力公司热工研究院早在“八五”期间就对该型机组的电动给水泵改汽动给水泵进行了可行性研究，分别于1987年和1988年针对秦岭发电厂和下花园发电厂200MW机组的实际情况提出了电动给水泵改汽动给水泵的可行性研究报告。截至目前所将电泵改为汽泵的有：徐州发电厂4台200MW；河北陡河电厂4台200MW；焦作电厂#1机组；军粮城发电厂2台200MW；首阳山电厂2台200MW正在改造。结合上述电厂的改造情况，对荣奇热电机组的改造进行分析。
       登电集团郑州荣奇热电能源有限公司两台210MW机组（编号为125008. 125009)系哈尔滨汽轮机厂制造的超高压、一次中间再热、三缸二排汽抽汽凝汽式汽轮机，汽轮机通流部分已经改造，并通过性能考核验收试验。经过＃1机组性能试验证明，最大出力达到220MW时，对应主汽流量为689. 166t/h，修正到设计参数下的主蒸汽流量为737. 060t/h，比设计值670.000 t/h大10.0%.由此可见1号汽轮机的通流能力过大。实际运行时，主蒸汽压力只需要12.089 MPa,就可以达到设计最大主蒸汽流量670. 000 t/h。该型机组均配套两台100%容量的电动给水泵，为单元制运行方式，机组正常运行时，一台电动泵运行，一台备用。为了充分利用当地资源，挖掘锅炉潜力，提高机组的供电能力，拟选择一台机组，将其电动给水泵改为汽动给水泵，并进行工业性试验。
2 机组现状
2.1汽轮发电机组的主要技术参数
    型号：C170/N210—13.2/535/535/0.39
    型式：超高压、一次中间再热、三缸二排汽、抽汽凝汽式汽轮机
    额定功率：210MW
    额定蒸汽量：616. 77t/h
    最大蒸汽量：670t/h
    机组热耗：8185. 7kJ/（kW•h）、1955kcal／（kW•h））
    高、中、低压缸保证下效率分别为79.77%、 86.84%、 86. 11%
2.2DG680—180型给水泵的主要数据
给水流量：680 t/h
扬程：1912 mH20
    轴功率：4371 kW
3 给水泵容量与参数
3.1给水泵容量
    郑州荣奇热电能源有限公司210MW机组配套两台CI1TC5/5SP—2型电动给水泵，机组正常运行时，一台泵运行，一台泵备用，备用容量为100%。将电动泵改为汽动泵，拟安装一台100%容量的汽动给水泵，保留100%的备用容量，即原有的两台电动泵，保留一台，拆除一台。
3.2给水系统特性
    目前#1、2号机组运行负荷在140～210MW之间，可采用定、滑压两种运行方式。从机组参与调峰及采用汽动给水泵的优越性出发，给水系统特性按负荷变压运行方式考虑，汽机主汽门前汽压与负荷之间的关系如下：
    机组负荷运行方式主汽门前汽压
    80%～100%      定压               13. 24MPa
 &n#p#副标题#e#bsp;  60%～80%       变压               8.16～13. 24MPa
    0～50%          定压               8. 16MPa
    机组的额定流量（计及小汽机用汽）   616. 66t/h
    锅炉最大连续蒸发流量               670t/h
    给水系统阻力（按670t/h工况计算），从给水泵出口到汽机主汽门前，包括泵中心到汽包水位的位差，总计 4. 23MPa。
3.3汽动给水泵参数选择原则
       给水泵参数的上限除了要满足额定工况需要外，还要满足锅炉最大连续蒸发量和最大工况的需要，最大工况发生在机组抛全负荷，锅炉安全门打开、高压旁路喷水时，最大工况与额定工况的流量差即为泵的容量余量。 
      电动给水泵参数选择原则是将机组最大工况时各项参数确定为额定参数（一般还有裕量）。当机组处于额定工况运行时，电动定速给水泵采用节流，电动调速给水泵采用降低转速适应机组需要，这时不论在给水调节阀中，还是在液力偶合器中均产生可观的附加损失，损失约为泵额定功率的15～20%，220MW机组的给水泵约为600～800kW泵留取的余量越大，损失越多，这是电动给水泵不可克服的缺点之一。
       汽动给水泵可以避免这一损失，当机组由额定工况向MCR工况过渡时，小汽轮机的进汽参数随之上升，使之产生的功率与给水泵耗功大致匹配，效率也维持不变，因而不会引起附加损失，对于机组的最大工况一般用下列方法满足，一是将小汽轮机切换到高品位工作，另一是小汽轮机留有足够的余量或用旁通调节，这些方式都要产生附加损失，但这种工况极为少见，因而对机组经济性影响不大。
      因此，汽动给水泵的额定工况选在机组的额定工况，使泵与小汽轮机的组合效率最佳，以提高机组的经济性。
      汽动给水泵参数的下限不受限制，小汽轮机与泵转子均为刚性联结，可以任意调节。
3.4汽动给水泵各工况参数
为便于计算和比较，以DG750-180型（英国Wier泵技术）给水泵为例，该泵系上海电力修造总厂引进技术生产的200MW机组配套的全容量给水泵。FKIB56型前置泵
表1  FKIB56型前置泵主要性能参数
主机负荷    MW    220    200    180    160    140
流  量    t/h    700.0    644.0    580.1    517.8    454.2
扬  程    m    92.0    97.0    102.0    104.0    106.0
轴功率    KW    215.0    207.0    197.0    183.4    167.5
效  率    % &nb#p#副标题#e#sp;  81.6    82.0    81.5    80.0    78.3
转  速    r/min    1490    1490    1490    1490    1490
按照汽动给水泵参数选择原则，由给水管路特性和DG750-180型给水泵性能曲线确定的主给水泵主要性能参数列入表2。表2中的流量包括机组的汽水损失。


表2  DG750-180型主水泵的主要性能参数
主机负荷    MW    220    200    180    160    140
流  量    t/h    67.0    616.7    555.6    495.9    435.0
扬  程    M    1674.3    1621.0    1566.6    1531.0    1463.1
进口压力    MPa    1.500    1.495    1.480    1.468    1.453
出口压力    MPa    16.43    15.95    15.45    15.12    14.50
转  速    r/min    5000    4850    4540    4100    
效  率    %    80.0    81.0    79.5    77.5    73.5
轴功率    kw    3821.1    33363.1    2983.5    2669.5    2359.6
4 小汽轮机的型式和参数
    小汽轮选用冷凝式汽轮机，工作汽源考虑取自再热后的中压缸抽汽，一是可充分利用热循环的好处，二是排汽不经低压缸从而减少主机的余速损失。小汽轮机的排汽采用直接排至主凝汽器的方式，以简化真空、凝结水和冷却水系统。
    根据目前机组小汽轮机工作汽源（小机进汽压力0.6～0.8MPa,温度：（350～400℃）只能选择3段抽汽（供除氧器）作为供汽汽源。
5 主机抽汽量增加后的变工况估算
5.1小汽轮机的功率及汽耗量预测计算
    小汽轮机的功率及汽耗量计算220MW工况结果根据御小发电厂7号机组性能考核试验数据计算，其余工况按给水泵轴功率、小汽轮机功率和耗汽量之间的关系估算得到。
5.2主机变工况计算预测
主机变工况计算根据汽机热平衡图数据，计算结果见表3。
6 汽动给水泵计算结果
    汽动给水泵计算结果列于表3。表3中汽动给水泵的热耗率值是半净热耗率，即在发电机输出功率中扣除了主给水泵耗功，但未扣除前置泵的耗功。电动给水泵的热耗率值是毛热耗率，即未扣除给水泵包括前置泵的耗功。
    采用汽动给水泵后，主蒸汽量有所增加，使得循环水泵、凝结水泵、#p#副标题#e#锅炉风机、磨煤机等一系列厂用电动机功率也相应增加，还有前置泵的耗功。为了合理
  表3： 220Mw机组汽动给水泵计算结果汇总表
发电机功率    MW    220    200    180    160    140    160滑压    140滑压    备注
汽动泵功率（不包括前置泵功率）    kW    3821.1    3363.1    2983.5    2669.5    2359.6    2565.8    2052.4    小汽轮机驱动
驱动汽轮机功率    kW    3943.0    3470.4    3078.7    2754.7    2434.9    2647.6    2117.9    
主蒸汽流量（4段）    t/h    648.60    582.20    513.05    463.53    403.92    463.28    402.81    
小机耗气量（4段）    t/h    19.15    17.40    15.80    14.55    13.48    14.25    12.20    
机组热耗率（4段抽气）    Kcal/(kW•h)    1977.0    1981.3    1989.9    2003.4    2028.4    2002.3    2022.8    
电动机功率    kW    257.4    248.8    238.8    223.3    206.1    223.3    206.1    
消耗厂用电量    kW    278.0    268.7    257.9    241.2    222.6    241.2    222.6    
修正后热耗（4段抽气）    Kcal/(kW•h)    1979.5    1984.0    1992.8    2006.4    2031.6    2005.3    2026.0    
主蒸汽流量    t/h    638.1    573.25    505.3    457.0    398.3    457.0    398.3    电动机驱动
机组热耗率    Kcal/(kW•h)    #p#副标题#e#1945.0    1950.8    1959.8    1975.2    2000.2    1970.2    1995.2    
电动泵功率（包括前置泵功率）    kW    5025.0    4125.5    3493.5    3196.9    2991.6    3196.9    2991.6    
消耗厂用电量    kW    5427.0    4455.5    3773.0    3452.7    3230.9    3452.7    3230.9    
修正后热耗    Kcal/(kW•h)    1994.2    1995.3    2001.8    2018.8    2047.4    2013.7    2042.3    
机组出力净增加    kW    5149.0    4186.8    3515.1    3211.5    3008.3    3211.5    3008.3    
热耗率降低值（4段抽气）    Kcal/(kW•h)    14.7    11.3    9.0    12.4    15.8    8.4    16.3    
节约标煤量（4段抽气）    t    3655.6    2587.3    1866.8    2266.1    2529.3    155.24    2607.3    
年节省燃料费用（4段抽气）    万元    86.663    61.337    44.256    53.722    59.962    36.803    61.811    
参考徐州发电厂汽泵、电泵进行比较，表3中机组的热耗用下式修正：
  q净=毛热耗值×发电机端功率／（发电机端功率一泵消耗厂用电）计算以电动泵为基准。
根据以上计算，综合评价建议使用三段抽汽。
7 设备选型
7.1汽轮机选型
    （1）上海汽轮机厂生产的配套汽轮机。
    （2）冻方汽轮机厂生产的配套汽轮机。
    （3）杭州汽轮机厂生产的配套汽轮机。
7.2给水泵选型
    （1）上海电力修造总厂引进英国Wier泵技术生产的DG750—180 (FK6F32)型锅炉给水泵。
    （2）上海水泵总厂生产的配套给水泵。
    （3）北京电力设备总厂引进法国苏尔寿技术生产的HPTmk200—320—6S型给水泵。
    首台国产200MW机组电动泵改汽动泵在下花园发电厂实施，其汽动给水泵由北京电力设备总厂成套供应。小汽轮机为GT03A型#p#副标题#e#凝汽式汽轮机，前置泵为ZE250—560型，主给水泵机为HPTmk200—320—6S型给水泵。（徐州电厂、焦作电厂、首阳山电厂、河北陡河电厂等用的全部是北京电力设备总厂成套供应给水泵及小汽机）
    (4)引进俄罗斯成套设备
7.3控制系统
    控制系统可采用MEH，产品可以是引进型的，也可以是国产型的。控制油源选用目前汽轮机DEH系统的高压抗燃油或投平油系统。
8 投资费用预算
    投资费用考虑汽动给水泵组设备费、现场改造费以及工业性试验研究费。工程费用投资小汽轮机500万元；主给水泵100万元前置泵、电动机40万元；膨胀节、排汽阀35万元；系统中阀门与附属设备30热控与电气设备100万元；管道与材料费29万元；安装费70万元；土建费25万元；工程设计费20万元；工程管理费20万元；工业性试验研究费41万元。总费用在1100万元左右，但是，采用保留一台前置泵的情况下投资在700万元左右就能达到预期的目标。
  注：土建费主要指泵组混凝土平台建筑费用（排汽至主凝汽器，可省去循环水、凝结水系统的更改费用）。
9 经济效益计算与综合讨论
9.1经济效益计算
    由于电厂所处地区资源费用、市场电价等差别，技术改造节能项目经济效益计算方法也不尽相同，参考“火力发电工程项目经济效益评价办法”等有关资料，并参考徐州发电厂的改造投资回收情况。
9.1.1按年多供电量计算
    经济效益按年多供电量，分两种情况计算，一是按220MW电动泵改为汽动泵后多供电量计算；二是根据统计，电动泵年消耗厂一用电量计算。年多供电量3308*104(kW•h)；年增发电量3506.5*104(kW•h)，年售电收入达531.1万元，该项目总投资900万元。
9.1.2按供电煤耗变化计算
    按供电煤耗变化计算，发电端功率为220MW时，用电动泵和汽动泵两种情况，并进行经济比较。厂用电率取7.8%.电动泵和汽动泵消耗厂用量见表3.
9.2综合讨论
9.2.1主机带负荷性能
     (1).设计最大工况工况
    210MW机组原设计最大工况下发电机端功率为224847. 5kW时，主蒸汽量为670t/h；
    采用汽泵消耗蒸汽20t/h（在除氧器位置提供），则输出功率为221037KW。
    ①循环水温达到33℃，机组背压可达到11 .8kPa,比设计背压约高5．88kPa，主机主力阳氏4.2%（按背压升高1%，出力降低0.7%)；
    ②机组考虑老化出力提高3%；
    ③设计制造偏差考虑降出力1%
    ①一③项总计降出力约8.2%，主机的带负荷性能为：206502kW；若不考虑机组老化，带负荷性能为212390 kW。
(2)当发电机端功率219356kW时，主蒸汽量为670t/h，考虑机组老化，主机带负荷性能为202732kW；不考虑机组老化，机组．带负荷能力为208513kW。
夏季工况
由于电动给水泵改造为汽动泵后，相应排入凝汽器的汽量会增加，其增加量为3%～5%。在循环水进口温夏达到35℃时，采用汽动给水泵会造成凝汽器背压升高0.4KPa,影响机组的出力在8000KW左右，然而，该部分的损失可以通过增加主机的通流能力来补偿。
9.2.2经济效益分析
    (1)投入和产出比较，售电单价按0.25 元/（KW•h)计算，每年可受益400多万元，投资约2年回收；售电单价按0.27元／（KW•h)计算，每年可受益约700万元，投资约1.1年回收。
    (2)可靠性
    可靠性问题主要涉及泵组设备的运行及有关系统的可靠性。在这方面，汽动方式较电动方式要好。电动变速#p#副标题#e#方式，电动机与给水泵之间增加液力偶合器，使运行可靠性有所降低；在系统方面，电动方式的可靠性依赖于厂用电系统，而厂用电系统事故在电厂事故停机率中占有一定比例，由于厂用电系统故障导致给水泵一与机组事故的情况也时有发生。汽动方式则对厂用电系统没有依赖性。小汽轮机的汽水系统可靠性较高。
    (3)调峰运行经济性
    200MW机组参加调峰运行时，汽动方式与电动方式经济性比较与机组日运行负荷及滑压运行参数有关，可以针对具体工况进行计算。一般结论为：汽动泵在低负荷，即汽源切换点（通常为50%额定负荷）与额定负荷之间运行时经济性比电动调速泵好，这是由于小汽轮机的效率随负荷下降而变化较小，而电动方式的液力偶合器效率随负荷下降则有大幅度下降。当机组负荷低于小汽轮机汽源切换点负荷时，小汽轮机被切换到高品位汽源工作，汽动泵的经济性比电动泵低。但调峰机组的运行负荷很少在50%以下，因而采用汽动泵的经济性比电动泵高。
10 主要结论
郑州荣奇热电能源有限公司1号机组采用汽动给水泵，其小汽轮机的工作汽源选用主机3段抽汽。
主要经济指标
    项目总投资约1010万元
    机组出力净增加5149 KW/h
    年多供电量3604.3 X 104(KW•h)
    年多发电量3820.6 X 104(KW•h)
售电单价按厂上网价0.25元／（KW•h)计算，每年可收益约400多万元，投资约2年回收；售电单价按省公司上网价0.27元／（KW•h)计算，每年可收益约700多万元，投资约1.1年回收。