1 000 MW直接空冷机组凝结水泵配置方案探讨

胡训栋，曲 宁，高振宝

（山东电力工程咨询院有限公司，山东 济南 250013）

0 引言

随着国家节能减排的要求，一批高参数、大容量发电机组陆续开展前期工作，一些汽机辅助设备选型的重要性也凸显出来，其经济性和可靠性是选择的主要依据。

凝结水泵（以下简称凝泵）作用是将汽轮机凝汽器（空冷机组为排汽装置）内的凝结水升压送至除氧器，并向汽机房内一些减温器提供减温水。作为凝结水系统的关键设备和电厂的重要辅机，在凝结水系统设计中，其合理配置是优化凝结水系统的关键。

1 国内外1 000 MW机组凝泵配置概况

目前，我国1 000 MW超超临界机组的建设正处于发展阶段，其中凝结水泵配置大体分为两种，2×100%容量和 3×50%容量。

由于凝结水系统的容量为2 100～2 400 t/h，凝泵的扬程为310～330 mH20，国内已经投运的机组中，按2×100%容量设置的凝泵，除华能金陵电厂采用国产沈阳透平机械股份有限公司（以下简称沈阳水泵）的4台凝泵外，其它均采用进口设备。目前火电项目中，沈阳水泵厂还拥有江苏常熟电厂4台泵的订货业绩，上海KSB泵有限公司（以下简称上海KSB）有辽宁红沿河核电厂、福建宁德核电厂、浙江方家山核电厂、华润电力湖北有限公司二期工程蒲圻电厂等38台泵订货业绩，荏原博泵有浙江嘉祥2台泵订货业绩，但是这些都还没有投运。

对于3×50%容量设置的凝泵，由于单泵容量低于600 MW机组2×100%容量设置的凝泵，扬程基本相当，选用的均是国产设备。国内凝结水泵厂商有沈阳水泵、上海KSB、长沙水泵厂等。这3家国内厂商均有600 MW机组100%容量凝结水泵的订货或运行业绩，而对1 000 MW机组50%容量的凝结水泵也有较多的订货或运行业绩。

国外1 000 MW等级的机组主要集中在欧洲和日本。配置除上述以外，增加2×50%容量配置，厂家主要有SULZER、KSB、EBARA（荏原制作所）等。外高桥电厂三期、华能玉环电厂等国内1 000 MW机组均采用SULZER的2×100%凝泵。国内外1 000 MW机组凝泵配置情况见表1。

2 凝泵配置方案比较

结合上述国内外已投运的1 000 MW机组的具体情况，对本工程凝泵的设置按以下三种方案进行讨论比较。

表1 国内外1 000 MW机组凝泵配置情况表

方案一：2×100%（带一台变频器）

方案二：3×50%（带两台变频器）

方案三：3×50%（不带变频器）

2.1 技术特点比较

方案一。每台机组配置2台100%流量的凝结水泵，配一套变频器，采用一拖二运行。正常运行时，1台泵运行，1台泵备用，当运行泵故障或检修时，变频器通过切换开关切换至备用泵。凝结水主管路上的调节阀不能取消，作为变频器故障或检修时的备用调节手段。此方案优点是系统调节灵活简单方便。缺点一是需要单独设置变频器房间，二是保留凝结水主管路的调节阀，意味着凝结水泵扬程计算时需要计入调节阀的节流损失，使得凝结水泵的扬程和电机容量选择偏大，影响到运行效率和电机价格。

方案二。每台机组配置3台50%流量的凝结水泵，配两套变频器，采用1号变频器与1、2号凝结水泵的电机设计为一拖二的运行模式；2号变频器与3号凝结水泵的电机设计为一拖一运行模式。正常运行时，1、3号泵或2、3号泵变频调节运行。负荷小于等于55%时，3台泵任何1台都可单独变频运行。当任何1台变频器故障时，不推荐1台泵工频运行1台泵变频运行，因为凝结水流量的调节难度大，易出现工频泵和变频泵无法并列运行的情况，且调速运行的范围很窄［1］。故推荐保留凝结水主管路上的调节阀，作为变频器故障或检修时的备用调节手段。此方案优点是系统调节比较灵活方便，运行的安全可靠性较高。缺点：需要单独设置变频器房间，且设备数量多，占地面积大；需要保留凝结水主管路的调节阀，凝结水泵扬程需计入调节阀的节流损失，使得凝结水泵的扬程和电机容量选择偏大，影响到运行效率和电机价格；初投资较大。

方案三。每台机组配置3台50%流量的凝结水泵，不配变频器，采用定速运行，通过主凝结水管路上的调节阀来调节流量。此方案的优点是：系统简单，运行维护方便，由于不设变频器，相对占地面积小、投资省；缺点是：通过传统的节流调节来调节流量，效率低、能耗高。

2.2 初投资比较

对于上述三种配置方案，初投资的主要差别在于凝泵组及变频器的价格差别。1台机组的初投资经济比较见表2。

表2 凝泵各方案初投资比较表（按1台机组）

从表2可以看出，三种配置方案中，方案二的初投资最高，方案三的初投资最省。

2.3 凝泵运行费用比较

考虑到凝泵不加变频器，在负荷大幅降低的情况下，泵的耗电量依然很多，表3为1组某330MW电厂的实测数据［2］。

表3 某330MW电厂的实测凝泵耗电数据（1台机组）

从表3可以看出，同为100%负荷，凝泵采用变频的耗电量是采用定速的85%，主要原因在于凝泵电机是按选型工况选择的，而选型工况流量和扬程分别约是100%额定负荷的1.1倍，因此凝泵选型工况与100%额定负荷轴功率又差21%，电机功率差约20%。

从表3还可看出，在采用变频泵时，与100%负荷相比，75%负荷时耗电量降低为50%，经咨询变频器厂家，此值修正为53%；50%负荷时耗电量降低为30%。在采用定速泵时，与100%负荷相比，75%负荷时耗电量降低为93%，50%负荷时因方案二和方案三取50%流量泵，可按照1台运行考虑。

根据以上得出的凝泵在不同负荷变化时电机消耗电量之间关系的规律，可计算1台机组的凝泵运行费用，见表4。

2.4 凝泵年费比较

根据年费用比较公式：

式中：A为年费用；P为初投资；S为系统费用，此处取0；R为年运行费；I为基准收益率，取0.08；n为经济生产年（国产变频器取15 a，进口变频器取20 a，泵及其它取 20 a）。

注：经咨询，国产变频器厂家的设计寿命为15 a，运行寿命可达20 a，经济生产年暂按15 a考虑；国外进口变频器（西门子）设计寿命20 a，运行寿命30 a，经济生产年暂按20 a考虑。1台机组的凝泵年费比较见表5。

3 结论

表4 凝泵运行费用比较表（按1台机组）

表5 凝泵年费比较表（按1台机组）

费用方面：尽管方案三的初投资较省，但是耗电量增大很多，年费最高；方案二的耗电量与方案一差不多，但是初投资较多，年费次之；方案一的年费最少。

另外方案一相对于方案二和方案三来说，占地面积小。

变频控制方面：方案一为一拖二控制，方案二为一拖一、一拖二组合控制，两个方案都能在不影响机组运行的前提下，实现变频泵与工频泵之间的安全切换，但方案一的控制较为简单。

综上所述，推荐1 000 MW机组凝结水泵配置方案为每台机组选用方案一（2×100%容量凝结水泵加一台变频器）。