1000MW超超临界空冷机组给水泵选型探讨.pdf

2009.10 中国 昆明 2009 年清洁高效燃煤发电技术协作网年会 1 1000mw 超超临界空冷机组给水泵选型探讨 寇建玉 内蒙古电力设计院 呼和浩特市锡林南路 209 号 010020 discussion on the selection of feed water pump for 1000mw ultra-supercritical air-cooling unit koujianyu inner monglia electric power survey the full consideration of the requirements of air-cooling system antifreeze, the possibility of cancelled electro-pump to the direct and indirect air-cooled units is discussed. key words：1000mw ultra-supercritical air-cooled unit type selection of feed-water pump 摘要：本文通过分析国内已经投产和订货的 1000mw 超超临界机组给水泵的配置情况，对同容量、参数的空冷机组给 水泵目前的主流配置和未来发展趋势给出意见；在充分考虑空冷系统防冻要求的前提下，对直接和间接空冷机组取消 启动电泵的可能性进行了探讨。 关键词：1000mw 超超临界 空冷机组 给水泵选型 1 前言 近年来，1000mw 超超临界机组在我国迅速发展， 截至 2009 年 6 月 14 日已有华能玉环、 华电邹县、 国电泰 州、上海外高桥、国电北仑港、华能海门 6 个工程的 15 台机组投入运行，正在设计和建设的也有五十多台；到 2010 年，我国 1000mw 超超临界机组的装机总量将占世 界的一半。已投运的全部机组和正在建设中的绝大多数 1000mw 机组都是湿冷机组。2009 年 2 月世界首座 1000mw 超超临界空冷机组华电国际宁夏灵武电厂二 期工程开工建设，标志着我国 1000mw 超超临界技术的 发展进入一个新的阶段； 与此同时， 内蒙古克什克腾电厂、 山西古城电厂和河津电厂等 1000mw 超超临界空冷机组 正在策划建设中。已投产 1000mw 超超临界机组的基本 情况见表 1.1。 october 2009 2009 collaboration network annual meeting of clean and kunming, china efficient coal-fired power generation technology 1 2009.10 2 2009 年清洁高效燃煤发电技术协作网年会 中国 昆明 表 1.1 电厂 容量（mw） 蒸汽参数（mpa/） 制造厂家（炉/机/电） 投运时间 华能玉环#1 1000 27.56/605/603 哈锅（三菱）/上汽（西门子）/上汽电 2006.11.28 华电邹县#7 1000 25.25/605/603 东锅（bhk）/东汽（日立）/东汽电 2006.12.04 华能玉环#2 1000 27.56/605/603 哈锅（三菱）/上汽（西门子）/上汽电 2006.12.30 华电邹县#8 1000 25.25/605/603 东锅（bhk）/东汽（日立）/东汽电 2007.07.05 华能玉环#3 1000 27.56/605/603 哈锅（三菱）/上汽（西门子）/上汽电 2007.11.11 华能玉环#4 1000 27.56/605/603 哈锅（三菱）/上汽（西门子）/上汽电 2007.11.26 国电泰州#1 1000 26.15/605/603 哈锅（三菱）/哈汽（东芝）/哈汽电 2007.12.04 国电泰州#2 1000 26.15/605/603 哈锅（三菱）/哈汽（东芝）/哈汽电 2008.03.31 上海外高桥#7 1000 28.00/605/603 上锅（阿尔斯通）/上汽（西门子）/上汽电 2008.03.26 上海外高桥#8 1000 28.00/605/603 上锅（阿尔斯通）/上汽（西门子）/上汽电 2008.06.07 国电北仑港#6 1000 26.56/605/603 东锅（bhk）/上汽（西门子）/上汽电 2008.12.20 国电北仑港#7 1000 26.56/605/603 东锅（bhk）/上汽（西门子）/上汽电 2009.06.02 华能海门#1 1000 26.15/605/603 东锅（bhk）/东汽（日立）/东汽电 2009.06.14 给水泵是火电机组最重要的辅机之一，给水泵的合 理选型对降低工程造价、 确保机组安全稳定运行具有重要 意义。 2 给水泵选型 由于空冷汽轮机的背压高于湿冷机组，通常情况下 同容量空冷机组较湿冷机组的汽轮机进汽量大 4%5%； 因此 1000mw 超超临界空冷机组的给水泵参数与湿冷机 组相近，只是流量略大一些，也就是说 1000mw 超超临 界空冷机组给水泵的选型与湿冷机组类似。 2.1 主机技术规范 锅炉最大连续流量 3100 t/h 过热器出口蒸汽压力 26.25mpa.g 过热器出口蒸汽温度 605 再热器出口蒸汽温度 603 锅炉保证热效率(按低位发热量) 93.6% 额定发电功率 1000 mw 汽轮机入口主蒸汽压力 25 mpa.a 汽轮机入口主蒸汽温度 600 汽轮机设计背压 12.5kpa.a 汽轮机夏季最高满发背压 28kpa.a 汽轮发电机组热耗率(保证值) 7675 kj/kwh 2.2 给水泵配置 已投运和正在建设工程的 1000mw 机组的给水泵配 置和给水泵、给水泵汽轮机的供货情况见表 2.1。 表 2.1 给水泵配置 工程名称 汽动给水泵 电动给水泵 给水泵供货商 小汽轮机供货商 华能玉环 250% 25%（启、备） ebara （进口） 三菱重工（进口） 华电邹县 250% 25%（启、备） 日立 （进口） siemens （进口） 国电泰州 250% 25%（启、备） ksb（进口） 杭汽 外高桥三期 1100% 无 sulzer（进口） alstom（进口） 国电北仑港 250% 30%（启） ksb（进口） 杭汽 华能海门 250% 30%（启） ebara（进口） 杭汽 国电宁海 250% 无 sulzer（进口） 杭汽 华电灵武 250% 30%（启） ebara（进口） 东汽 大唐潮州电厂 250% 30%（启） 上海电力修造厂 东汽 2009 collaboration network annual meeting of clean and october 2009 efficient coal-fired power generation technology kunming, china 2 2009.10 2 2009 年清洁高效燃煤发电技术协作网年会 中国 昆明 上海漕泾电厂 250% 30%（启） 上海电力修造厂 东汽 河南平顶山 250% 30%（启） 上海电力修造厂 东汽 从表中可以看出， 除外高桥三期工程外其它工程均配 置两台 50%容量的汽动给水泵；较早投运的玉环、邹县、 泰州电厂配置一台 25% 容量的启动兼备用电动给水泵， 而近期投运的北仑港、 海门和在建的灵武、 潮州等工程配 置一台 30% 容量的启动电动给水泵；外高桥三期和宁海 工程不设置启动泵。早期投运的 1000mw 机组给水泵和小 汽轮机均采用进口产品， 近期投运的北仑港和海门工程给 水泵采用进口产品、 小汽轮机采用杭汽的产品， 正在筹建 的大部分工程给水泵均采用国产设备。 2.2.1 给水泵容量选择 大部分 1000mw 超超临界机组选用两台 50%容量给水 泵，主要基于以下原因： a、 火力发电厂设计技术规定 （dl5000-2000）第 10.3.5 条要求， “对 600mw 及以上机组的运行给水泵，宜 设置两台容量各为最大给水量 50的汽动给水泵” 。 b、 “立足国内市场采购”的设备招标原则； c、国内大容量超超临界机组辅机设备的制造能力。 华能玉环电厂 41000mw 机组是国产化超超临界机 组的依托项目，其设备招标基本原则要求： “机组性能达 到国际水平、 制造技术引进国内厂家、 机组造价达到最低 水平。 ”之后建设的工程除外高桥三期工程外大都秉承之 一原则。 目前国内设备厂家尚不具备 1000mw 超超临界机组 100%容量给水泵和 100%给水泵汽轮机的生产能力，如采 用 1 台 100%容量方案，给水泵、给水泵汽轮机必须进口。 国外制造厂也有限，仅限于欧洲的公司，给水泵有 sulzer、 ksb， 汽轮机有西门子和 alstom。 设备厂家过少， 招标无法组织， 只能采用直接议标的方式； 而议标采购竞 争力不足，设备价格难以控制。50%容量给水泵的制造厂 家相对较多，国外有 sulzer、ksb、荏原、日立和三菱等； 国内有上海电力修造总厂有限公司、 上海凯士比泵有限公 司、沈阳水泵厂等。对于 50%容量的给水泵汽轮机，国外 西门子、alstom、三菱和东芝均有运行业绩；国内杭州汽 轮机股份有限公司已有运行业绩， 东方汽轮机厂有订货业 绩。因此，采用两台 50%容量给水泵，给水泵和汽轮机都 可以国内采购，有利于降低机组造价。 100%容量与 50%容量的汽动给水泵相比， 在 40100% 负荷范围时，泵与主机的负荷相匹配，系统简单、操作和 调节简便，可控性好；给水泵主泵、前置泵、给水泵汽轮 机效率较高， 如主泵较 50容量给水泵效率高约 2。 外 高桥三期工程配置 100%容量汽动给水泵，系统调节简单 且机组强迫停机率大幅降低， 已引起多方关注； 随着我国 设备制造能力的提高，1000mw 超超临界机组配置 100%容 量汽动给水泵方案很可能成为发展趋势。 2.2.2 电动给水泵 启动泵，顾名思义只在启动时使用；启动/备用泵还 需在机组投运后， 一台汽动给水泵故障时， 与另一台汽动 给水泵并列运行， 以维持机组在尽量高的负荷下运行。 前 者的扬程只需满足锅炉最小直流负荷的要求， 而锅炉最小 直流负荷与各锅炉厂的技术要求有关， 国内三大锅炉厂推 荐的锅炉最小直流负荷分别为哈锅 25%ecr、 东锅 28%ecr、 上锅 30%ecr； 锅炉在 25%30%负荷范围滑压运行， 省煤器 入口所需给水压力较低， 根据锅炉厂提供的数据计算， 启 动用电动给水泵扬程约 1300mh2o。后者必须具有足够高 的扬程以满足与汽动给水泵并列运行的要求。1000mw 超 超临界直接空冷机组配置启动/备用泵和启动泵设计参数 对比表见表 3.1。 表 2.2.2 扬程 编号 项目 流量 前置泵 主泵 电动机功率 1 25%启动/备用电泵 814t/h 130mh2o 2656mh2o 8684kw 2 30%启动电泵 977t/h 130mh2o 1170mh2o 4863kw 从表 3.1 可知， 25%启动/备用电泵较 30%启动电泵的 扬程高出一倍以上， 电动机功率也高出不少， 初投资约高 500 万元/台； 也就是说为实现汽动给水泵事故状态下 25% 负荷的备用， 设备投资方面的代价是不低的。 实际运行中， 2009 collaboration network annual meeting of clean and october 2009 efficient coal-fired power generation technology kunming, china 2 2009.10 2 2009 年清洁高效燃煤发电技术协作网年会 中国 昆明 汽动给水泵的事故率很低，中电联对 300mw、600mw 机组 的统计数据表明给水泵故障率低于 0.2%；电动给水泵只 能实现容量备用， 难以实现紧急备用， 即一台汽动给水泵 故障时， 机组先降负荷运行然后再启动电动给水泵。 鉴于 汽动给水泵的高可靠性和设置启动/备用电泵的高投资、 低回报， 电动给水泵逐渐从启动兼备用功能转变为启动功 能；从表 2.1、表 2.2 中也可以看出，早期投运的玉环、 邹县、泰州工程电动给水泵为启动/备用泵，近期建设的 北仑港、海门等工程只设置启动电泵。 3 空冷机组取消启动电泵的可能性 外高桥三期工程取消了启动电泵， 采用汽动给水泵启 动，7#、8#两台机组于 2008 年 3 月和 6 月顺利通过 168 小时试运投入生产； 实践证明， 湿冷机组只要启动汽源参 数、 流量满足要求， 取消启动电泵在技术上没有任何问题。 对于直接空冷机组来说， 是否可以取消启动电泵还取决于 冬季启动过程中， 汽动给水泵小汽轮机的排汽量是否满足 空冷系统的防冻要求。 直冷机组小汽轮机排汽的冷却方式 有三种： 1、 湿冷；排汽进入独立的湿冷凝汽器，冷却水进 入机械通风小湿冷塔； 2、 间接空冷；排汽进入独立的表面式间冷凝汽 器，冷却水接入自然通风小间冷塔； 3、 直接空冷；排汽直接排入大机排汽装置。 当小汽轮机采用湿冷方式时， 小机冷却水系统与湿冷 机组相同；因此，空冷机组的启动过程不存在防冻问题。 由于国家对空冷机组耗水指标的控制， 新建机组采用这种 系统配置的可能性较小，因此本文不对其做详细分析。 目前正在建设中的华电国际宁夏灵武电厂二期和规 划建设的大唐克什克腾等工程的小汽轮机均采用间接空 冷方式。小间冷塔的防冻措施有四种，第一、设置冷却水 旁路管道，主要用于机组启动；第二、调节百叶窗开度控 制间冷塔进风量； 第三、 根据环境温度和负荷调节投运的 冷却三角段数； 第四、 机组停机后间冷塔冷却三角中的水 全部放至间冷塔下方的地下水箱中。 如果机组取消启动电 泵，采用汽动泵冬季启动，冷却水温度低于 15时，冷 却水走旁路管道； 当整个系统的热量蓄积到一定程度， 冷 却三角分段逐个投入，旁路阀关闭。可见，即使机组在冬 季最冷的那段时间采用汽动给水泵启动， 间冷塔的防冻都 是有保证的；因此，当小汽轮机采用间接冷却方式时，取 消启动电泵对空冷机组的防冻没有影响。 虽然目前建设和规划建设的 1000mw 超超临界直接空 冷机组， 都没有小汽轮机排汽直接排入大机排汽装置的系 统设置，而且业内人士普遍认为该系统在高背压工况下， 当环境条件不利时维持给水泵的流量有较大风险； 但山西 电力设计院已经在大唐国际临汾河西热电厂（2x300mw） 工程中采用了这一系统， 目前该工程已开工建设， 主辅机 设备的招标也全部完成。 如果临汾工程投运后运行安全稳 定， 系统简单、 初投资低的小机排汽直排大机空冷岛系统 在未来将成为发展趋势。 单台 1000mw 直接空冷机组的直接空冷凝汽器通常为 10 列 80 个单元，机组冬季冷态启动时，直接空冷系统 （acc）最小需要的热负荷和气温的关系见表 3.1。 表 3.1 acc 最小热负荷(mw) 不装隔离阀 装隔离阀 2 只 装隔离阀 5 只 装隔离阀 9 只 气温 () 最小防 冻热量 最小防 冻流量 最小防冻 热量 最小防 冻流量 最小防 冻热量 最小防 冻流量 最小防 冻热量 最小防 冻流量 (mw) (kg/s) (mw) (kg/s) (mw) (kg/s) (mw) (kg/s) 达到最小热 负荷允许的 运 行 时 间 （h） 0 287.8 118.7 230.2 94.9 143.9 59.35 28.78 11.87 2 -5 337.3 139.2 269.8 111.3 168.65 69.6 33.73 13.92 2 -10 388.5 160.2 310.8 128.1 194.25 80.1 38.85 16.02 2 -15 442.5 182.5 354 146 221.25 91.25 44.25 18.25 2 -20 498.2 205.5 398.5 164.4 249.1 102.75 49.82 20.55 2 -25 557.2 229.8 445.7 183.8 278.6 114.9 55.72 22.98 2 -28 604.6 249.3 483.7 199.5 302.3 124.65 60.46 24.93 2 对应设计参数为 977t/h 、1300mh2o 的启动电泵，小 汽轮机的启动用汽为 20t/h， 也就是说在锅炉最小直流负 荷以下小汽轮机的排汽量小于 20t/h； 与表 3.1 中的数据 对比可知，小机排汽直排大机空冷岛系统如取消启动电 泵， 即使 acc 装 9 只隔离阀也无法满足其最小防冻流量要 求。 小汽轮机采用湿冷和间接冷却方式，取消启动电泵， 冬季启动时其冷却系统的防冻问题技术上不存在风险； 小 2009 collaboration network annual meeting of clean and october 2009 efficient coal-fired power generation technology kunming, china 2 2009.10 中国 昆明 2009 年清洁高效燃煤发电技术协作网年会 3 汽轮机采用直接冷却方式，需设置启动电泵以满足 acc 系统的最小防冻流量要求。 1000mw 间接机组由于间