600MW凝结水泵优化专题

1、F162IIC2-J04-07国电双辽发电有限公司二期扩建工程（1660MW超临界机组）优化初步设计专题8 凝结水系统优化中国电力工程东北电力设计院顾问集团工程设计综合甲级证书A122000185勘察证书070001kj环境影响评价证书国环评证甲字第1609号质量管理体系证书05007Q10077R1L职业健康安全管理体系证书05007S10048R1L环境管理体系证书05007E20046R0L2009年10月 长春国电双辽发电有限公司二期扩建工程（1660MW超临界机组）优化初步设计专题8 凝结水系统优化批 准： 安力群审 核： 王志宽校 核： 裴育峰编 制： 富 清 万里宁2009年10

2、月 长春 优化专题报告目录序号专题报告题目文件编号1厂区总平面优化布置F162IIC2-Z04-012主厂房布置专题报告F162IIC2-J04-013给水系统优化专题报告F162IIC2-J04-024吸风机、增压风机合并专题报告F162IIC2-J04-035空压机选型优化F162IIC2-J04-046烟风系统配置优化专题F162IIC2-J04-057四大管道系统优化F162IIC2-J04-068凝结水系统优化F162IIC2-J04-079制粉系统设计优化F162IIC2-J04-0810锅炉点火系统设计优化F162IIC2-J04-0911旁路烟道设置分析专题报告F162IIC2

3、-J04-1012烟气余热回收专题F162IIC2-J04-1113机组选型报告F162IIC2-J04-1214机组启动系统优化论证F162IIC2-J04-1315卸煤系统设计方案优化F162IIC2-M04-0116运煤系统设计方案优化F162IIC2-M04-0217除渣系统专题报告F162IIC2-C04-0118为生产经营建设和预留设施规划专题报告F162IIC2-A04-0119节约资源和综合利用专题F162IIC2-A04-0220高压厂用电系统专题报告F162IIC2-D04-0121降低厂用电率措施F162IIC2-D04-0322降低电缆及其附属设施投资的措施F162II

4、C2-D04-0423照明系统优化措施F162IIC2-D04-0524全厂信息系统优化设计F162IIC2-K04-0125地基处理专题报告F162IIC2-T04-0126烟囱选型专题报告F162IIC2-T04-0227主厂房结构专题报告F162IIC2-T04-0328C60级混凝土在主厂房中的应用F162IIC2-T04-0429主厂房室内装修优化F162IIC2-T04-0530屋面防水系统的选用及对比分析F162IIC2-T04-0631再生水深度处理系统选择F162IIC2-H04-0132高温水采暖优化F162IIC2-N04-0133冷却塔地基处理优化专题报告F162IIC

5、2-S04-0134循环水系统冷端优化F162IIC2-S04-0235全厂水的综合利用F162IIC2-S04-0336形象设计和工业参观规划专题F162IIC2-T04-0737新材料新工艺专题F162IIC2-A04-0338上煤系统设计方案优化F162IIC2-M04-0339飞灰分选系统专题报告F162IIC2-C04-0240精细化设计专题报告F162IIC2-A04-0441凝结水泵高压变频器一拖二方案分析F162IIC2-D04-02目 录1概述11.1电厂概况11.2工程建设规模11.3设计依据11.4初步设计设计范围12主要热力系统简介32.1主蒸汽、再热蒸汽及旁路蒸汽系统

6、32.2抽汽系统32.3辅助蒸汽系统32.4给水系统32.5凝结水系统42.6高、低压加热器疏水、放气系统43凝结水泵选型分析43.1凝结水泵优化43.2凝结水泵运行工况的偏离分析54凝结水泵变频控制方案54.1出口调节门调节方式的缺点64.2变频调节方式的主要优点64.3对一运一备两台凝结水泵，变频调节方案的比较75凝结水泵采用变频后节能分析116技术经济分析127结论121 概述1.1 电厂概况国电双辽发电有限公司（双辽发电厂）规划容量2400MW，一期工程总装机1200MW，安装4300MW国产燃煤机组，其中#1、#2机组分别于1994、1995年投产，#3和#4机组于2000年投产，电

7、厂以500kV和220kV线路分别接入500kV梨树开闭所和220kV长春城网，对东北电网，特别是吉林省负荷中心起着重要支撑作用。1.2 工程建设规模国电双辽发电有限公司一期工程总装机1200MW。按照委托方的要求，本期工程拟建设1660MW超临界机组，同步建设烟气脱硫装置，并预留再扩建的条件。建设规模及机组选型最终以国家发展和改革委员会的核准意见为准。1.3 设计依据1.3.1 国电双辽发电厂二期2660MW机组扩建工程程勘察设计合同（合同编号：409-2009NEPDI01-24）；1.3.2 中国国电集团公司火力发电工程设计管理导则（检索号：50Y2007169A01）；1.3.3 中国

8、国电集团公司火电工程设计原则规定；1.3.4 中国国电集团公司绿色火电厂建设指导意见1.3.5 现行的国家和电力行业颁发的有关规程、规范和标准；1.3.6 国电双辽发电厂二期1600MW机组扩建工程项目核准文件（待补）；1.3.7 国电双辽发电厂二期1660MW机组扩建工程可行性研究报告；1.3.8 国电双辽发电厂二期1660MW机组扩建工程可行性研究报告审查意见；1.3.9 项目接入系统报告及审批文件；1.3.10 业主提供的其它设计所需资料。1.4 初步设计设计范围1.4.1 总的要求根据火力发电厂初步设计报告内容深度规定，以及国电双辽发电厂二期2660MW机组扩建工程程勘察设计合同（合同

9、编号：409-2009NEPDI01-24）；在可行性研究报告的基础上，结合本工程的特点优化总体规划及总平面布置方案，同时根据业主提供的主机资料和对本工程提出的设计原则意见，参考国内外同类型机组先进设计理念以及与城市的环境和谐开展本工程的优化初步设计。1.4.2 设计范围1）厂区总体规划及总平面设计，包括厂区道路、竖向、地下设施规划，厂区内各种沟道、管线、电缆以及各附属建筑的布置规划。2）机组的主、辅系统和布置设计，包括热力、燃烧等工艺系统，主厂房布置设计等。脱硝系统按照预留考虑。3）化学水处理系统和布置设计。4）输煤系统和布置设计。5）除灰、渣系统和布置设计，包括脱硫系统。6）发电机引出线、

10、配电装置及厂用电设计，包括电气一、二次系统和布置设计，厂内照明、通讯设计。7）供热机组主、辅系统的热工控制设计，包括厂级监控系统设计。8）供水、给排水、消防系统和布置设计，包括灰场和备用水源、污水处理。9）污水处理系统的设计。10）电厂管理信息系统设计。11）土建建筑、结构设计。12）采暖通风设计。13）施工组织设计。14）环境保护、劳动卫生安全。15）电力系统部分设计。16）概算编制及投资分析。1.4.3 不属于本合同的设计范围1）电厂铁路专用线；2）电厂接入电力系统设计；3）生活福利建筑等的设计；4）老厂各工艺系统改造；1.4.4 设计界面1）电厂出线：以配电装置出线门型构为界；2）电厂排

11、水管等外部管道：以电厂围墙外1米为界。2 主要热力系统简介2.1 主蒸汽、再热蒸汽及旁路蒸汽系统主蒸汽管道和热再热蒸汽管道分别从过热器和再热器的出口联箱的两侧引出，采用2-1-2连接方式接至汽轮机主汽关断阀和再热关断阀。再热（冷）蒸汽管道从高压缸的两个排汽口引出，采用2-1-2连接方式接入再热器入口联箱。冷再热蒸汽为二段抽汽汽源，同时也做辅助蒸汽系统的备用汽源。主蒸汽和冷再热蒸汽均设有向轴封系统供汽的管道。旁路容量为30BMCR，采用两级旁路。2.2 抽汽系统汽轮机具有八级非调整抽汽。一、二、三级抽汽分别向三台高压加热器供汽，四级抽汽除供除氧器外，还向两台给水泵汽轮机、辅助蒸汽系统供汽，五级抽

12、汽除向锅炉暖风器供汽外，还为主厂房采暖及空调供热。二级抽汽来自于再热（冷）蒸汽管道。五、六、七、八级抽汽供至五、六、七、八号低压加热器。 2.3 辅助蒸汽系统本工程辅助蒸汽系统为母管制，设一个0.8-1.3MPa（a）辅汽联箱，与老厂辅汽联箱之间设有联络管，通过325x7.5管道连接，之间设电动隔离门，以便实现各机之间的辅汽互用。本期工程的启动汽源来自老厂辅汽母管，蒸汽参数为：1.2MPa(a)，250。机组启动后，当再热冷段蒸汽参数达到一定值后，切换成由汽机再热冷段向辅汽系统供汽；当四级抽汽参数上升至一定值后，辅汽系统的供汽切换成由汽机四级抽汽提供。辅汽系统在机组正常运行期间，汽源由汽机四级

13、抽汽提供，其工作压力随汽轮机四级抽汽压力变化而变化，当四段抽汽压力低于0.8 MPa（a）或机组甩负荷时，可由汽机再热冷段蒸汽通过压力调节阀减压后向辅助联箱供汽。辅汽用户分别为除氧器、汽机及小机轴封用汽、小机调试用汽、磨煤机等消防用汽、锅炉暖风器用汽，5段抽汽为生水加热器和换热机组供汽。2.4 给水系统给水系统设置两台50容量的汽动给水泵。系统设3台全容量、卧式、单流程高压加热器，并采用大旁路系统。当任一台高加故障时，三台高加同时从系统中退出，给水能快速切换到给水旁路。给水泵出口设有最小流量再循环管道并配有相应的控制阀门等。给水总管上装设不小于15BMCR容量的调节阀，以增加机组在低负荷时的流

14、量调节的灵敏度。机组正常运行时，给水流量由控制给水泵汽轮机的转速进行调节。给水系统还为锅炉过热器减温器、事故情况下的再热器减温器提供减温喷水。锅炉再热器减温喷水从给水泵的中间抽头引出，过热器减温器的减温水从给水泵的出口母管中引出。2.5 凝结水系统凝结水系统设两台100%容量立式凝结水泵，四台低压加热器，一台轴封冷却器，一台内置式除氧器，一台凝结水输送水泵，凝结水精处理采用中压系统。轴封冷却器出口凝结水管道上设有最小流量再循环系统至凝汽器。2.6 高、低压加热器疏水、放气系统高压加热器疏水采用逐级串联疏水方式，最后一级高加疏水至除氧器。每台高加设有单独至高加事故疏水扩容器的疏水管路，单独接至置

15、于凝汽器壳体侧的疏水扩容器内。高加水侧、汽侧均设有放气管道。高压加热器连续运行排汽至除氧器。低压加热器疏水采用逐级串联疏水方式，最后一级疏水至凝汽器壳体两侧的疏水扩容器。每台低加均设有单独的事故放水管道，分别接至凝汽器壳体两侧的疏水扩容器。3 凝结水泵选型分析3.1 凝结水泵优化凝结水泵容量选择方案，对机组运行可靠性和运行经济性以及设备的投资有很大的影响。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。根据火力发电厂设计技术规程 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%。” 最大

16、凝结水量按VWO和THA工况热平衡数据计算在容量上相差186吨，考虑到VWO工况已是机组能出现的最大运行工况，流量系数取为100%更适宜。此时电机功率分别为2140KW和1900KW。如果凝结水泵设置一拖二变频装置，运行费用两者相差无几，对同容量等级凝泵而言，设备招标价格也不会有较明显差距。通过了解几个已运行几年的机组的实际情况，由于叶轮汽蚀的影响，出力已达不到设计值。考虑到电厂的运行寿命为30年，为使凝泵在较长的时期里能满足机组运行要求，容量仍按VWO工况参数选择，即2台100%容量立式凝结水泵。下面对2X100%容量凝泵定速运行、2X100%容量凝泵加变频器的配置方案，从运行经济性和设备投

17、资费用等方面，进行技术经济综合比较分析，最终确定2X100容量凝结水泵是否采用变频器。3.2 凝结水泵运行工况的偏离分析随着电网负荷峰谷差的逐渐加大，大容量机组都要参与调峰，以适应电网负荷的变化，目前调峰能力一般都要达到40额定负荷。但是配置辅机的最佳运行工况是在额定负荷状况，当机组参与调节时，辅机运行将偏离设计工况，电机效率就会急剧变化，同时节流损失很大，定速电动机将会浪费大量的电能。泵容量和扬程的选择根据设计规程要求要考虑以下适度的裕量：l 凝结水泵容量为机组最大凝结水量的100；凝结水泵的扬程要考虑从凝汽器热井到除氧器入口(包括喷雾头)的介质流动阻力（按最大凝结水量计算）另加1020裕量

18、，以及除氧器的最大工作压力另加15裕量。以上裕量主要是考虑运行时一些不可预见因数的影响和机组老化的情况。l 在阻力计算时，设备的阻力选取设备考核值（最大值），主要设备有低压加热器、轴封冷却器、除氧器喷嘴、化学精处理装置等。另外，凝结水调节阀根据要求要考虑一定的压降。在实际运行中机组经常带部分负荷运行，此时凝结水流量减少，凝结水泵扬程升高，凝结水系统阻力变小，使凝结水调节阀受的压降将更大。根据以上分析，凝结水泵经常不在经济工况运行点工作，效率低，节流损失大，电耗大，只有采用调速凝结水泵，通过改变转速而改变特性曲线，来进行调节才能解决此问题。4 凝结水泵变频控制方案图4-1H4.1 出口调节门调节

19、方式的缺点Q-HQ QM QABIAMhjHBHAI汽机凝结水泵的运行特点是在保持汽机凝汽器水位一定的条件下，随汽机负荷大小进行调节。其主要调节机构是凝结水泵出口调节门，利用改变调节门开度来进行调节的方法称为出口端节流调节，其实质是凝结水泵特性曲线不变的条件下，改变出口管路上的流动损失，从而改变管路的特性曲线，来改变工作点。如图4-1所示，调节门全开时工作点为M，当调节门关小时，流量减小，损失增大管路特性曲线由I变为I工作点移到A点，若调节门再关小，流量亦相应再减小，损失增加就更大。工作点为M时，流量为QM，扬程为HM，调节门关小后工作点为A时，流量为QA，扬程为HA，由图看出减小流量后附加的

20、节流损失为hj=HA-HB.相应多消耗的功率为2nN=rQAhj/1000A kW.即图中阴影部份。可见这种调节方1式是很不经济的。4.2 变频调节方式的主要优点变频调节是凝结水泵出口门全开条件下，即管路特性曲线不变的条件下，通过改变电源频率改变凝结水泵转数，相应改变凝结水泵特性曲线，从而改变凝结水泵的工作点，如图4-2。12 在凝结水泵特性曲线Q-H为已知的情况下，由比例定律Q1/Q2=N1/N2，H1/H2=（N1/N2）2可得H1/H2=（Q1/Q2）2 H1/Q1 2=H2/Q2 2=H/Q2=K=常数。于是可得抛物线公式：H=KQ2 即任何与工况点相似的工况点均在相似抛物线上如图H2

21、Q2Q1图42QHH1n2n112Q1Q2Q3图43QMH3-2，改变转速后的水泵特性曲线可通过相似抛物线和比例定律得出。见图3-3。n为额定转速，n2n1n变频调速的主要优点是大大的减少附加的节流损失，经济性很高。电机的能耗和转速的关系为： 上述各式中，脚标“0”均表示额定工况参数。当转速减小时，电机的能耗将以其三次方的速率下降，因此变频调速的节电效果是非常显著的。由3-3图可以看出从额定流量工作点M，越往小调其耗电量越小（见图4-3阴影部分）。 可见变频调节的主要优点就是节能。4.3 对一运一备两台凝结水泵，变频调节方案的比较一运一备两台凝结水泵的配备特点是：每台泵都是按100%额定容量选

22、择的，即每台泵都能满足汽轮机带额定负荷时所产生凝结水量的需要。一台运行一台备用的目的是确保凝结水泵运行的可靠性，即一组运行中的凝结水泵故障，可联锁启动备用泵，投入运行，以确保机组安全满发。工频运行是这样，变频运行也应该满足上述要求。4.3.1 一拖一方案这里所谓一拖一方案，就是每台凝结水泵选用一台变频器，变频器随凝结水泵一台运行一台备用，其优点是任何一台凝结水泵运行都能进行变频调节，达到了节能的目的，其缺点是初投资较高，是一拖二的近两倍，机组越大，凝结水泵电动机容量越大，初投资越高。为节省投资，考虑优化变频器配置方案，采用一拖二配置方式。4.3.2刀闸切换的一拖二方案有些国内工程采用了这种配置

23、方案，这里所谓刀闸切换的一拖二方案，是应用一台变频器通过刀闸手动切换，不能实现运行泵的变频与工频切换，更不能实现变频泵与工频备用泵的变频切换，只能在两台凝结水泵停止状态下进行变频切换。如图3-4 （k1、k2 为刀闸）这一方案的优点是可实现一台变频器，通过切换分别带#1或#2凝结水泵，节省了一台变频器；其缺点是只能带一台凝结水泵变频运行，运行中无法进行本台泵变频与工频的切换，更不能进行#1泵与#2泵之间的变频切换。 这一方案在变频运行的凝结水泵或电动机出现故障时，可联锁启动备用泵，投入工频运行，确保机组满发。故障泵停止运行，变频器（尽管没有故障）也停止了运行，变频器虽然没有故障，也无法切换到工

24、频运行的凝结水泵上，这样在故障泵或电动机消除故障的过程中，只能工频运行，靠出口调节门进行调节，变频器没有得到充分利用，节能自然受到了影响。 此外，一般电厂为确保备用泵处于良好备用状态，均实行定期轮换制度，这一方案也无法实现运行泵与备用泵的变频轮换方式。 综上所述，这一方案无法实现运行中工变频切换，和两泵间的变频切换，满足不了日常定期轮换要求，因此是有缺陷的，是不可取的。4.3.3开关切换的一拖二方案 这里所谓开关切换的一拖二方案，是真正意义上的一拖二，如图3-5。 图3-5 即应用一台变频器既能实现单台泵的工变频切换，又能实现两台泵间的变频切换，任何时候都能实现变频调节运行。其特点是：既节省投

25、资又方便运行，既安全可靠又经济实用。要实现这一方案的关键是要求变频器具有飞车启动功能和配有工变频自动互相切换软件的控制系统，以解决了切换过程中的相位问题，能够实现工频变频自动互相切换和手动切换。为实现图3-5所示的一拖二变频调速方案，具体的切换、控制方案如图3-6所示。这一方案的运行方式是一台泵变频运行，另一台泵工频备用。其切换方式是灵活的，既可以做到运行中的变频泵切换到工频，然后以变频器启动备用泵后，停止工频泵；也可以先启动工频备用泵投入运行后，将原变频运行泵切换到工频运行后，再将变频器切换到备用工频泵后，停止原变频运行泵。其切换方式及步骤是：4.3.3.1变频切工频，变频启动备用泵。（1）

26、#1泵变频运行，#2泵工频备用。（2）断#1泵变频运行开关（KM1），合#1泵工频开关，将#1泵由变频运行切换到工频运行。断路器变频器6kVMQS3QS4KM2KM1断路器断路器M6kV6kV1号泵 图3-62号泵（3）合#2泵变频开关(KM2)，变频启动#2备用泵。（4）#2泵运行正常后，断开#1泵工频开关停止#1泵。4.3.3.2工频启动备用泵，变频切换备用泵。（1）#1泵变频运行，#2泵工频备用。（2）合#2泵工频开关，启动#2泵运行正常后。（3）断开#1泵变频运行开关(KM1)，合#1泵工频开关,将#1泵由变频运行切换到工频运行。（4）断开#2泵工频开关，合#2泵变频开关（KM2）正常

27、后，将#2泵由工频运行切换到变频运行。（5）断#1泵工频开关停止#1泵运行。5 凝结水泵采用变频后节能分析 对于定速凝结水泵而言，可以根据凝结水泵的曲线，查得各工况凝结水流量对应的凝结水泵扬程、效率、轴功率,根据电动机效率和机械传动 ，再计算电功率。对于变频调速凝结水泵，可以根据不同工况的流量计算出管道的阻力（不考虑调节阀，不考虑除氧器压力裕量），变频泵的效率参考类似泵的曲线，电动机效率、传动效率合计估取95，变频器效率按96%考虑。按以上原则计算出下表：项目单位100%75%50%30%发电功率MW600450300180凝结水流量t/h1279.227961.216660.978422.178定速泵扬程MPa3.22