MW等级热电联产机组电动给水泵与汽动给水泵选型比较.pdf

目 录 一 概述 . 0 二 常规配置方案介绍 . 0 三 投资比较 . 1 四 设备运行效率比较 . 1 五 两种方案的净输出功率比较 . 2 六 热经济性比较. 3 七 运行经济性比较 . 5 八 热力系统比较. 5 九 总结 . 5 一 概述 锅炉给水泵组作为电厂的重要辅机， 其配置方式的优劣不但影响 到电厂建设期间的一次性设备设施投资， 而且对电厂运行期间热力系 统的安全性及经济性也有较大影响。 我国的火力发电厂设计技术规程规定：对 300MW 机组的运 行给水泵，宜配置一台容量为最大给水量 100%或两台容量各为最大 给水量 50%的汽动给水泵。当运行给水泵为一台 100%容量的汽动给 水泵时， 宜设置一台容量为最大给水量 50%的调速电动给水泵作为启 动和备用给水泵；当运行给水泵为两台 50%容量的汽动给水泵时，宜 设置一台容量为最大给水量 2535%的调速电动给水泵作为启动与 备用给水泵。 当出现下列情况之一， 且经技术经济比较后认为合理时， 可设置三台容量各为最大给水量 50%的调速电动给水泵。(a)汽轮机 本体回热系统及发电机裕量适合于采用电动给水泵作为运行给水泵 时；(b)采用空冷系统的机组；(c)抽汽供热机组。 国内外的研究结果一般认为：300 MW 以下机组采用电动给水泵 组、 300 MW 以上采用汽动给水泵组的经济效益比较明显； 而 300 MW 机组，电动给水泵方案与汽动给水泵方案经济效益差别不大。所以， 国内外电厂各种配置方式都有。 二 常规配置方案介绍 国内 300MW 等级机组常规给水泵配置方案（单元方案）如下： (1)“250%容量的汽动给水泵（运行泵）130%容量的电动 调速给水泵（启动/备用泵） ”方案。 通过查阅上海电力修造总厂、沈鼓集团（沈阳水泵厂）等国内主 要的给水泵供货厂家，在沿海及南方雨水比较充足地区，绝大多数都 采用此方案。而且，近年为了节能减排的需要，很多原来采用电动给 1 水泵的电厂也纷纷由电泵改为汽泵。 (2) “350%容量的电动调速给水泵 （2 台运行泵1 台备用泵） ” 方案。 此方案的厂用电效率最高，我国火力发电厂设计技术规程规 定，符合下列条件之一，且经技术经济比较后认为合理时可采用该方 案： (a)汽轮机本体回热系统及发电机裕量适合于采用电动给水泵作 为运行给水泵时； (b)采用空冷系统的机组； (c)抽汽供热机组。 三 投资比较 通过与主要的给水泵厂家、小汽机生产厂家的交流，一套 300 MW 机组的 2 台小汽轮机泵组的设备（关键阀门进口）费用约 1300 万元。2 台电动泵组（采用进口液力耦合器）的设备费用约 1300 万 元，另加厂高变增容约 50 万元，总计 1350 万元。 在厂房布置上，由于电动泵组热力系统比较简单，可节省除氧间 容积约 2 500m3，可节省费用约 60 万元。 因此， 2300 MW 机组采用电动泵组比采用汽动泵组在设备及基 础建设上总共可节省约 10 万元。 四 设备运行效率比较 以下是北重公司进行的设备运行效率分析： “采用电动泵时， 应供小汽机的这部分蒸汽仍继续在大机组的中 压缸和低压缸作功， 我公司 330MW 汽机中压缸效率为 92.79%、 低压 缸效率为 88.51%，这一段的通流平均效率在 90%左右，采用电动泵 时的传动效率还要计入发电机、 变压器、 电动机和液力耦合器的损失， 在额定工况下， 我公司发电机效率为 98.84%、 变压器效率约为 99.0%、 2 电动机效率为 96.5%、液力耦合器效率为 95.0%，则总效率为 80.73%(=90%x98.84%x99%x96.5%x95%)；而一般情况下，配 300MW 机组的小汽轮机内效率在 82%左右。 ” 从以上分析结果可以看出： 汽动给水泵组的运行效率优于电动给 水泵组。 五 两种方案的净输出功率比较 为了确定单元机组是采用小汽轮机驱动，还是采用电动机-液力 耦合器驱动，我们可将这两种驱动方案在同等条件下，进行经济性比 较。由于我公司机组的主蒸汽、再热蒸汽初、终参数相同，给水温度 及蒸汽流量均相等， 因此蒸汽通过汽轮发电机所发出的总功率 N总（无 小汽机抽汽工况）是相等的。如果采用小汽轮机驱动比用液力耦合器 驱动的输出净功率有所增多，表明小汽轮机驱动是经济的，反之则不 经济。 当用汽动泵时，输出的净功率为： N汽静=N总-N 式中：N 为汽动泵所用蒸汽在主机抽汽点后可产生的功率， kW，N=DexHex gei /3600；Dex为小汽机抽汽量，t/h；Hex为抽汽口 至主机排气口的绝热焓降，kJ/kg； i 为主机中、低压缸效率； e 为机 组机械效率； g 为发电机效率。 当用电泵时，输出的净功率为： N电静=N总-N电泵电机= N总- N汽泵 d 式中： N汽泵为小汽轮机发出的功率， kW， N汽泵=Dexhex g e pi p /3600； hex为蒸汽从小汽机入口至排气口的绝热焓降，kJ/kg； pi 为小汽机内 效率； e p 为小汽机机械效率； d 为电动机容量储备系数。 则静得益程度为： 3 N静= N汽静- N电静= N汽泵 d -N= N汽泵（ d - pe i pex eiex h H ） 下面以我公司机组选型的初步参数（额定工况）为例对以上两种 方案的净出力进行比较： 小汽机驱动功率 N 汽 泵=60002=12000kW；机组机械效率 e =0.98；主机中、低压缸效率 i =0.90；小汽机机械效率 e p =0.98；小 汽机内效率 pi =0.82；电动机容量储备系数 d =1.15。 小汽机排汽直接进入主机凝汽器，Hex=hex。 于是可得到采用小汽机驱动与采用电动机驱动的主机净输出功 率之差为： N静=N汽泵（ d - pe i pex eiex h H ）=12000（1.15- 98. 082. 0 0.9890. 0 ）=629.2kW 由此可见，在额定工况下，小汽机驱动给水泵方案与电动机驱动 方案相比可使主机输出功率增加 629.2kW，增加比例约 0.21%。由计 算可知，额定工况下，汽动方案的主机净出力比电动方案净出力大。 按照税前上网电价 0.4241 元/kWh， 机组年利用小时数按 5500h 计算， 小汽机驱动给水泵方案使单台机组每年增加收益 146.76 万元。 可见，采用小汽机驱动给水泵方案的经济增益是非常显著的。 六 热经济性比较 由于热经济性比较涉及众多参数， 在此提供同类型机组所做的电 动给水泵与汽动给水泵热经济性分析结果作为参考。 案例背景：哈尔滨热电有限责任公司供热扩建工程（2300MW 机组），该工程 2006 年建成投产。经核实，该案例在做给水泵选型 比较时所用的泵组参数与我公司初步选型的设备参数非常接近， 且与 我公司有如下相同/相似点： (1)电厂性质为热电联产，与我公司相同； 4 (2)发电设备年利用小时数 5000h 与我公司接近，在结果的定性 分析上应该是一致的； (3)按供热规划，当期工程给水泵两个方案机组供热能力均大于 供热要求，热化系数1，与我公司相似。 基于以上三点， 该案例的热经济性分析结果可以作为我公司在给 水泵组选型方案中的参考依据。 该案例的热经济指标计算结果见表1。 表 1 热经济指标成果（2 台机组） 序 号 项目 单位 方案 1:250% 汽泵+30%电泵 方案 2: 350%电泵 1 年发电量 108kWh30 30 2 年供电量 108kWh28.197 27.443 3 年产汽量 106t 10.250 8 10.074 2 4 年燃标煤量 t 1 002 100 985 220 5 全年发电标准煤耗量 t 693 800 676 920 6 全年供热标准煤耗量 t 308 300 308 300 7 发电标准煤耗率 g/(kWh) 236.3 230.64 8 供热标准煤耗率 kg/GJ 38.87 38.87 9 全厂热效率 % 63.76 64.85 10 综合厂用电率 % 6.01 8.52 11 供电标准煤耗率 kg/(kWh)251.41 252.12 12 发电设备年利用小时数 h 5 000 5 000 13 锅炉年利用小时数 h 5 000 4 914 从表 1 可以看出： 方案 1 比方案 2 年供电量多 0.754108kWh， 这个结论与上述两种方案的净出力比较结果也是一致的； 年燃标煤量 多 16880t，锅炉利用小时数多 86h。 (1)发电标准煤耗率与年供电量的比较 由表 1 可以看出两个方案的发电量一样时，“方案 2”的发电标 准煤耗率 0.231 g/(kWh)低于“方案 2”的发电标准煤耗率 0.236 5 g/(kWh)。由于受发电设备利用小时数的限制，“方案 2”的综合厂 用电率平均为 8.52%远高于“方案 1”的综合厂用电率平均 6.01%， 因而年供电量小于“方案 1”的年供电量。 (2)供电标准煤耗率的比较 供电标准煤耗率的高低是比较方案热经济性的标准。 由表 1 可以 看出“方案 1”的供电标准煤耗率 0.251k g/(kWh)低于“方案 2”的 供电标准煤耗率 0.252k g/(kWh)。 因而，通过以上案例的比较结果，我们可以确定汽动泵驱动方案 在年供电量、供电标准煤耗率这两个关键指标上优于电动泵方案。 北重公司也曾进行两种方案的经济性比较，结果为：汽动给水泵 组的机组净出力大于电动给水泵组； 汽动给水泵组的净热耗小于电动 给水泵组。 七 运行经济性比较 上述热经济性比较都是在额定工况下进行的， 机组各设备都处在 效率最佳的区间。但在实际运行中，机组会经常处在部分负荷的工况 下运行，此时，小汽机的热效率变化不大，而采用液力耦合器的电动 泵组由于液力耦合器的传动比下降，整体效率将会出现比较大的下 滑。因此，在实际运行过程中，汽动泵组的经济性也优于电动泵组。 八 热力系统比较 汽动泵方案中给水泵原动机虽是小汽机， 但要求的辅助系统是齐 全的，如进汽、排汽、润滑、疏水、汽封等管路、阀门齐全，小汽机 的排汽进入主凝汽器，管路比较庞大，需配备大口径的真空蝶阀。电 动泵方案只要配 6 kV 电动机开关柜及相应电缆， 设备布置在 0 m 层。 因此，相比较而言汽泵方案空间布置及热力系统较复杂，并需较 多的设备基础，而电动泵相比就比较简单，节省空间。 九 总结 6 汽动泵组运行方式比较灵活， 正常运行方式为两台 50%汽动给水 泵并列运行。一旦一台汽动给水泵故障时，可投入 30%的电动调速给 水泵与一台汽动给水泵并列运行，可满足机组 80%的额定负荷。该方 案的热经济性比较好，高压配电容量低，设备材料成本低，年度费用 比电动泵组低。 电动