1 000MW机组汽动给水泵系统优化设计分析

李伯奎

（江苏华电句容发电有限公司，镇江212413）

近年来，随着我国经济快速发展，对能源的需求不断增加，我国的火电机组建设已跨上了百万千瓦级超超临界机组的台阶。随着机组蒸汽参数的提高，给水泵的耗功与机组额定功率的比值相应增大，尤其对于初压25.4MPa及以上的1 000MW 超超临界机组，可达到3.5%～4.0%。锅炉给水泵又处于电厂热力系统中的关键地位，特别是对于超超临界机组，给水泵系统的可靠性与经济性显得更为重要，其地位可与三大主机相提并论；因此合理地设计锅炉给水泵系统，对降低电厂初投资，改善机组的运行经济性，确保机组的长期安全运行有重要意义。

1 机组概况

某电厂新建2台1 000MW超超临界、凝汽式燃煤机组，锅炉为超超临界变压运行直流锅炉，最大连续蒸发量为3 025t／h，额定工况过热器出口压力为28.35MPa。锅炉本体系统配20%BMCR容量的启动循环泵，最低稳燃负荷为30%BMCR，最低直流负荷不低于25%BMCR。汽轮机进汽初参数为27.00MPa、600℃，采用带有补汽阀的定-滑压运行方式。

在配置给水泵时应参考国内外已有机组的情况，以达到技术上可行、经济上合理的目标。

2 给水泵系统优化设计

2.1 汽动给水泵

汽动给水泵的台数和容量取决于机组容量、设备质量、机组在电网中的作用、设备投资等多种因素。DL 5000—2000《火力发电厂设计技术规定》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。

国外已运行的百万千瓦等级机组中，日本电厂都采用2台50%容量汽动给水泵方案，德国和美国电厂都采用1台100%容量汽动给水泵（见表1）。

表1 国外部分800MW以上机组给水泵系统

国内电厂绝大多数采用2台50%容量汽动给水泵方案，也有个别采用1台100%容量汽动给水泵方案（见表2）。

表2 国内典型1 000MW等级火电机组的给水泵配置

配2台50%容量汽动泵，可以在一台汽动泵组故障时，另一台汽动泵仍能带65%左右额定负荷运行，对机组负荷影响不大。正是基于可靠性高、运行灵活的优点，日本百万千瓦等级电厂的汽动泵全部采用2台50%容量，这种配置在国内百万千瓦等级电厂以及其他各类大容量机组广泛采用，已经成为国内的标准配置，且50%容量的给水泵及配套的驱动汽轮机能够实现国产化。

配1台100%容量汽动泵，单泵在机组40%～100%负荷，泵与主机的负荷相匹配，系统简单、操作和调节比较方便［12］。低于40%负荷，则切换至备用汽源，也能保证机组正常运行。此外，给水泵主泵、前置泵、给水泵汽轮机在额定负荷下效率较高，也是100%容量方案的一项优势。一般来讲，百万千瓦等级电厂100%容量给水泵组较50%容量给水泵组效率高2%左右，发电煤耗降低约为0.36g／（kW·h）［3］，按年利用小时5 500h计算，全厂2台机组共节约燃煤4 079t，折合人民币270万（660元／t）。但是目前世界上能为1 000MW机组配套生产100%容量给水泵，并具有运行实绩的厂家仅有Sulzer和KSB两家，难以形成竞争态势，价格无法控制；同时由于100%给水泵配套的给水泵汽轮机目前需要进口，如在不配置电动启动泵情况下，为加快调试进度，100%给水泵汽轮机还需要配套单独的凝汽器、真空泵、凝结水泵等辅助设备；因此进口100%容量汽动泵投资明显比国产2台50%容量汽动泵方案高了许多。2台50%和1台100%汽动泵方案经济比较见表3。

表3 2台50%和1台100%汽动泵方案经济比较（按2台机组，考虑自带凝汽器）

由表3可见：2台50%汽动泵（国产）方案比1台100%汽动泵方案总投资低8 760万元，若按年投资回报率8%，20年收回周期计，8 760万元投资要求每年产生892万元的收益，高于降低煤耗的收益。

上述数据表明：由于给水泵汽轮机价格太高，所以呼吁国内厂家开发研制这种汽轮机，实现国产化，为大型火电机组降低煤耗、提高热效率作出贡献。

2.2 汽动前置泵布置方式（同轴和不同轴）

汽动给水泵组前置泵布置方式有两种：一种是不同轴汽动给水泵，即汽动给水泵组的前置泵布置在零米层，用单独的电动机驱动；另一种是同轴汽动给水泵组，即汽动给水泵组的前置泵和主泵同层布置，都利用给水泵汽轮机驱动。驱动方式也有两种：一种是汽轮机两端分别带主泵与前置泵，另一种是汽轮机同一端依次带主泵和前置泵。

汽动给水泵前置泵的两种不同布置方式主要有以下区别：

（1）除氧器的布置高度不同，主厂房、除氧间的结构也就不同。

除氧器的布置首先必须满足前置泵的有效汽蚀余量要求。一般来讲，给水前置泵布置在零米层，除氧器至少需要布置在26m以上；而给水前置泵布置在运转层，除氧器相应需要布置在40m以上，相应的汽轮机房容积要增加30 000m3。按每立方米容积250元计算，2台机组总投资增加750万元。

（2）设备、管道等投资不同。

前置泵布置在零米层，单独设置电动机驱动，相比前置泵同轴布置在运转层，利用给水泵汽轮机驱动，多了电动机及其相关配置，且中、低压给水管道长度要增加等；但据从给水泵设备厂家了解，两种布置方式的汽动给水泵价格基本相当。两者投资差异主要在于与之配套的给水泵汽轮机：不同轴布置方式中给水泵汽轮机和同轴布置方式中的给水泵汽轮机一端依次带主泵和前置泵中的汽轮机都能国产，价格差别不大；而两端分别带主泵与前置泵同轴布置方式中配套的汽轮机需要进口，同轴布置方式反而增加投资，因此同轴布置方式给水泵在投资上无明显优势。

（3）运行经济性不同。

相比电动机驱动，利用给水泵汽轮机驱动前置泵效率较低。这是由于采用电动机驱动可以减少给水泵汽轮机进汽量，而增加进入主汽轮机低压缸进汽量，显然主汽轮机低压缸的效率要远远大于给水泵汽轮机的效率。虽然给水泵汽轮机省略了电动机，厂用电可减少，但总体而言同轴布置方式的全厂效率要比不同轴布置方式全厂效率要低。

（4）检修、维护条件不同。

前置泵布置在零米层，需要设专用单轨吊，前置泵由于压力低，结构简单，检修工作量少，而且电动机的维护检修工作量与给水泵汽轮机相比少得多。前置泵布置在运转层，可利用汽轮机房行车进行检修维护，较为方便；但若是给水泵汽轮机一端带主泵和前置泵布置方式，则在检修主泵（例如抽芯包）时，需要拆卸前置泵，这样大大增加检修维护工作量。

根据上述理由，1 000MW机组推荐采用1台100%BMCR容量汽动给水泵，且主泵和前置泵不同轴布置方案。

3 结语

通过分析、比较，从经济性、机组运行可靠性等方面考虑，可以得到下面结论：

（1）对于2台1 000MW等级大型火电机组新建工程，锅炉给水泵系统的两种布置方式（1台100%汽动给水泵和2台50%汽动给水泵）在国内外都有成熟的经验和业绩，运行可靠性高。

（2）百万千瓦等级电厂1台100%汽动给水泵系统较2台50%汽动给水泵系统效率高2%左右，发电煤耗降低约0.36g／（kW·h）。但是目前世界上能为1 000MW机组配套生产100%容量汽动给水泵并具有运行实绩的仅有Sulzer和KSB两家，给水泵汽轮机投资高达2倍以上。

（3）鉴于给水泵汽轮机只能进口而且价格昂贵的现状，国内厂家应开发研制百万千瓦等级电厂1台100%汽动给水泵的给水泵汽轮机，为大型火电机组锅炉给水泵系统优化设计开辟途径，为降低机组供电煤耗、降低造价作出贡献。

［1］沈士一，庄贺庆，康松，等.汽轮机原理 ［M］.北京：中国电力出版社 ，1998.

［2］郑体宽.热力发电厂［M］.北京：中国电力出版社 ，2003.

［3］林万超.火电厂热系统节能理论［M］.西安：西安交通大学出版社，1994.