4+大型火力发电机组2X100%容量与3X50%容量.doc

全国发电机组优化运行与节能技术交流研讨会论文集 优化节能大型火力发电机组2100%容量与350%容量凝结水泵布置方案的运行经济性比较分析旷仲和（华能国际电力股份有限公司广东分公司）提要：论述了大型火力发电厂2100%容量与350%容量凝结水泵布置方案的运行可靠性及运行经济性和设备投资费用诸方面进行了技术经济比较分析，为凝结水泵布置设计的优化提供依据。并以海门电厂为实例说明。关键词：凝结水泵 容量 运行模式 运行可靠性 运行经济性 设备投资引言我国火力发电机组从额定容量来讲，逐步从单机300MW600MW1000MW发展，从设计参数来讲，也是逐步从亚临界超临界超超临界发展。随着主机容量和参数的增大与提高，机组配套凝结水泵的容量将随之增大，凝结水泵的制造要求以及凝结水泵容量布置方案对机组运行可靠性和运行经济性以及设备的投资产生更大的影响。凝结水泵的台数和容量的优化选择，取决于机组容量在具体电网中的地位、设备质量、设备投资等多种因素确定。文献1第10.5.1条规定：“单台凝汽式机组宜装设二台凝结水泵，每台凝结水泵容量为最大凝结水量的110%；如大容量机组需装设三台容量各为最大凝结水量55%的凝结水泵时，应进行技术经济比较后确定。”。但文献1并没有规定各种布置方案技术经济比较的具体方法。一般设计院对上述两种方案的运行可靠性与经济性及投资方面，认为差不多，而没有进行详细论证。本文论述了根据机组运行模式及起停模式，大型火力发电厂2100%容量（简称方案1）与350%容量（简称方案2）凝结水泵布置方案的运行可靠性及运行经济性和设备投资费用诸方面技术经济综合比较分析方法，为凝结水泵选择容量大小及台数的布置设计的优化提供依据。1 方案1与方案2凝结水泵布置方案的运行可靠性凝结水泵的运行可靠性与凝泵制造安装质量，机组的运行模式及机组的备用台数有关。机组的运行模式在电厂设计阶段根据当地的负荷情况及机组在电网中的地位等因素确定。以海门电厂为例，其机组单机运行模式如表1所示。表1 海门电厂机组运行模式 负荷每年小时数h100420075212050118035300下面分析在100%容量与50%容量凝结水泵的制造安装质量相同的情况下，方案1与方案2凝结水泵布置方案的运行可靠性与机组的运行模式的关系。在100负荷与75负荷运行下，方案1是1台100容量的泵带100负荷与75负荷运行，1台100容量的泵备用。方案2是2台50容量的泵带100负荷与75负荷运行，1台50容量的泵备用。当1台运行泵发生故障（无论是泵本体故障还是泵的电源故障），方案1是1台100容量的故障泵停运，切换到另1台100容量的备用泵运行。方案2是1台50容量的故障泵停运，切换到另1台50容量的备用泵加原有1台50容量的运行泵一起运行。因此，两种方案的安全性是一样的。在50负荷或35负荷运行下，方案1是1台100容量的泵带50负荷或35负荷运行运行，一台100容量泵备用；方案2是1台50容量泵运行，2台50容量泵备用。当1台泵发生故障（无论是泵本体故障还是本的电源故障）时，方案1是1台故障泵停运，1台备用泵运行。方案2是1台故障泵停运，1台备用泵运行，还有1台备用泵备用。因此，方案2的安全性要高于方案1。因此，综合来看，方案2的运行安全性要优于方案1。举几个例子，目前有关已经运行的大型火力发电机组凝结水泵配置如表2。表2 有关电厂的凝结水泵配置方式序号汽轮机制造厂电厂机组功率凝泵容量配置1TOSHIBA碧南电厂(HEINAN)#4#5机1000MW2502TOSHIBA橘湾电厂(TACHIBANAWAV)#1机1000MW3503ALSTHOM沙角C厂660MW21004上海汽轮厂台山电厂600MW21005三菱珠海发电厂(进口)700MW350%6上海汽轮厂珠海发电厂#3#4600MW2100%7哈尔滨汽轮机厂潮州电厂600MW2100%8俄罗斯金属工厂华能汕头电厂一期300MW350%从表2可以看出，国内设计大多配置二台全容量的凝结水泵，三台半容量的凝结水泵在国外用得比较多。实践证明，上述例子中已经运行的配置都得到可靠的运行效果。但是为什么国外的机组凝结水泵多有采用350容量的配置？这是值得深思的。也许与上述的运行可靠性分析有关（与运行经济性也有关，以下将要讨论到）。那就是，相比较而言，方案2比方案1的运行可靠性更高。2 凝结水泵两种配置方式的运行经济性比较因为凝结水泵在设计工况下运行时泵的效率最高，在非设计工况下运行时泵的效率较低，所以凝结水泵容量及台数的配置应尽量使泵在设计工况下或尽量靠近设计工况下运行，以获得泵较高的运行经济性。但按照机组运行模式，机组的运行工况是变化的，水泵不可能老在设计工况下运行。例如，在机组50%负荷下运行时，1台100容量泵也只能在泵的50负荷工况下运行，其效率较低，耗功较大，而1台50容量泵却能在泵的100负荷下运行，其效率较高，耗功较低。这就是需要对凝结水泵容量及台数进行优化配置的原因。要进行凝结水泵两种配置方式的运行经济性比较，一是要掌握机组年度的运行模式，如表1所示。二是要掌握年度的机组起停方式。三是是要掌握全容量泵与半容量的泵的相对应运行模式的参数。仍以华能海门电厂为例，机组的起停方式如表3所示。按2100容量布置时，每台泵各个工况的运行参数如表4所示。按350容量布置时，每台泵各个工况的运行参数如表5所示。表3 机组的起停方式起停方式机组启动次数n机组启动期间，小时机组停机期间，小时汽机开始冲转到定速带负荷之间的时间机组启动前凝泵运行时间凝泵运行总时间ha汽机35负荷到汽机惰走停止之间的时间机组停止后凝泵运行时间凝泵运行总时间hb冷态启动200257.5134温态启动7000.222.2123热态启动30000.150.30.4510.31.3极热态启动3000.10.20.310.21.2注：（1）汽机开始冲转到定速带负荷之间的时间，是指此过程中相应所需凝泵运行时间。 （2）机组启动前凝泵运行时间是指汽机冲转前凝泵给系统上水及锅炉燃烧升压与有关辅机调整等过程中所需凝泵运行的时间。为平均值经验数据。（3）凝泵运行总时间ha是指上述（1）项与（2）项的和。（4）汽机35负荷到汽机惰走停止之间的时间是指汽机滑参数停机35负荷到汽机惰走转速到零过程中相应所需凝泵运行的时间。（5）机组停止后凝泵运行时间是指汽机转速到零后，维持汽机盘车冷却等过程中所需凝泵继续运行的时间。为平均值经验数据。（6）凝泵运行总时间hb为（4）项与（5）项之和。表4 按2100容量布置时，每台泵各个工况的运行参数项目单位机组运行工况100工况75% 工况50% 工况35% 工况进口水温30.630.630.630.6进口压力kPa(a)13.613.613.613.6进口介质容重Kg / m30.9960.9960.9960.996介质流量t/h18401380920644出口压力MPa(a)3.433.713.833.87效率1%82.578.066.254.0泵功率N1kW2141182514731282表5 按350容量布置时，每台泵工况的运行参数项目单位机组运行工况100工况75 工况50% 工况35% 工况进口水温30.630.630.630.6进口压力kPa(a)13.613.613.613.6进口介质容重Kg / m30.9960.9960.9960.996介质流量t/h920690460322出口压力MPa(a)3.433.713.833.87效率2%82.578.066.254.0泵功率N2kW1075913737641在电厂机组运行模式有2种，一种是机组正常带负荷运行方式，另一种是机组启停方式。首先计算机组正常带负荷方式情况下泵的运行经济性。在机组100设计负荷工况下运行时，方案1此时1台泵运行，耗功2141KW，方案2此时2台泵运行，单泵耗功1075KW，2台泵耗功共2150KW。方案1稍微经济一些。在机组75工况下运行时，方案1此时1台泵运行，耗功1825KW，方案2此时2台泵运行，单泵耗功913KW，2台泵耗功共1826KW。方案1稍微经济一些。在50工况运行时，方案1此时一台100容量泵在50的工况下运行，其效率仅为66.2，泵的耗功为1473KW；而方案2此时一台50的泵此时在100工况下运行，其效率达82，其耗功1075KW。方案2比方案1经济很多。在机组35工况运行时，方案1此时一台100容量泵在35的工况下运行，其效率仅为54，泵的耗功为1282K；而方案2此时一台50的泵在70的工况下运行，其效率达75.74，其耗功877.8KW（按表5中75和50工况的数据插入计算而得）。方案2比方案1经济很多。 从上述分析来看，在机组50以下的工况时，方案2运行经济。机组在各个工况运行下综合的经济性计算按下式：rWa（h2N2h1N1） (1)式1中：rWa全年度方案2与方案1之间的耗电差，KWHh2N2 在1年内方案2在机组各个工况下全年的凝结水泵耗电，KWH其中，h2为机组各个工况的运行小时数，N2为可各个机组工况下凝泵的耗功,KWH。h1N1 在1年内方案1在机组各个工况下全年的凝结水泵耗电，KWH其中，h1为机组各个工况的运行小时数，N1为可各个机组工况下凝泵的耗功,KWH。分别将表（1）,表（4）与表5中的数据代入式（1），得出:(1075420029132120210751180877.8300)-（2141420018252120147311801282300）=-550980KWH全年方案2的凝结水泵耗功比方案1的凝泵耗电要少550980KWH，按机组使用寿命30年计算,30年要少耗电16529400KWH。机组启停方式下方案1与方案2凝结水泵耗电计算如下：方案1与方案2凝结水泵存在耗电高低的原因在于：在机组启动过程中，首先凝结水泵要启动，给除氧器上水以及给有关辅机等用户供水，在锅炉点火启动升压至汽机冲转过程中，锅炉要维持满足燃烧所需的最少35的蒸发量。在机组停运过程中，锅炉虽然停止燃烧，已没有蒸发量，但凝结水泵还需在凝泵出口再循环门开启的情况下运行一段时间,以供给有些辅机必要的用水量。上述情况凝结水泵在相当于机组约35负荷的工况下运行，方案1只能用1台100容量的泵运行。在相同机组低负荷下，1台100容量泵在较低的非设计工况下运行，泵的效率较低而耗功较大，而1台50容量泵在较低的非设计工况下运行，泵的效率相对较高而耗功较小。这就是方案1与方案2凝结水泵存在耗电高低的原因。按上述分析，机组启停方式下，凝结水泵还需带相当于机组35负荷工况下的凝结水量运行，方案2凝结水泵耗电比方案1 少。具体的计算可按下式：rWb（(ha2+hb2)N2(ha1+hb1)N1） (2)式2中：rWb全年度方案2与方案1之间的耗电差，KWH(ha2+hb2)N2）)全年度方案2在机组各个启动与停运过程全年的凝结水泵耗电，KWH。其中，ha2为机组各种启动过程的运行小时数，hb2为机组各种停运过程的运行小时数，N2为各种启动下与停运过程时凝泵的耗功，均为1282KW。(ha1+hb1)N1）全年度方案1在机组各种启动与停运过程全年的凝结水泵耗电，KWH其中，ha1为机组在各种启动过程中的运行小时数，hb1为机组各种停运过程的运行小时数，N1为各种启动下与停运过程时凝泵的耗功,均为913KW。分别将表（3）,表（4）和表（5）中的数据代入式（2），得出：(7.5+4 )200+(2.2+3)700+(0.45+1.3)3000+(0.3+1.2)300(1282-877.8)=4704888KWH全年方案2的凝结水泵耗功比方案1的凝泵耗电要少4704888KWH，按机组使用寿命30年计算,30年要少耗电141146640KWH。值得说明的是，表（3）中的机组起停次数，是按机组的疲劳寿命来考虑的。实际运行时机组的起停次数不会超过表（3）中规定的次数。为计算保守起见，实际运行时机组的起停次数按表（3）中规定的次数的三份之二来计算，则此项全年方案2的凝结水泵耗功比方案1的凝泵耗电要少3136592KWH，30年要少耗电94097760KWH。综合来看,方案2与方案1最终的经济性比较为rWa rWb这两项之和，即方案2比方案1在30年内共要少耗110627160KWH。平均每年少耗3687572KWH。由此可见，三台50容量凝泵布置方案要比二台100容量凝泵运行要经济很多。3 方案1与方案2两种配置方式的投资比较1000MW超超临界机组半容量凝结水泵的参数，与600MW机组配置的国产凝结水泵的参数比较，基本上一致，国内水泵制造厂家如上海KSB泵有限公司、沈阳水泵厂等已有相应的运行制造业绩。因此认为采用三台50容量泵的布置时,是可以采用国产的。采用二台全容量的凝结水泵配置，因容量较大，目前国内制造商也能制造，只是业绩不多。考虑到机组的高可靠性要求，若进口，投资要增加268万元。即使采用两台全容量国产凝结水泵，其设备投资比三台半容量的凝结水泵还贵