600MW机组给水泵节能改造技术探讨

张树生 赵瑞平 王海林（中国能源建设集团山西省电力勘测设计院有限公司，山西 太原 030001）

600MW机组给水泵节能改造技术探讨

张树生 赵瑞平 王海林（中国能源建设集团山西省电力勘测设计院有限公司，山西 太原 030001）

本文结合山西某电厂2×600MW机组具体项目的特点，通过对电动给水泵节能改造方案的比选，提出了适合项目条件的经济合理的方案及措施，达到节能降耗目的。

给水泵汽动电动节能；改造

对于300MW或600MW级大型发电机组，其给水泵驱动有汽动和电动两种方式。这两种方式各有优劣，采用不同的驱动方式会影响到机组的净出力，并且电厂投资、运行、维护费用等都存在较大的差异，由此引起的争论比较多，结论各不相同。

为响应国家超低排放、节能降耗等产业政策的要求，如何对已有发电机组高耗能电动给水泵进行升级改造，是每个相关企业或设计科研单位近期所应该关注的课题，也是本文所论述的重点。

山西是能源重化工基地，煤炭资源丰富，建设的大中型电厂较多，为国民经济建设做出了巨大的贡献，同时由于技术方面原因，也造成了能源浪费。本文根据山西某电厂600MW机组给水泵运行情况，提出了节能降耗改造方案，希望促进大型火力发电厂给水泵节能改造技术进步的作用。

1 拟改造电厂设备及给水系统情况

1.1 设备情况

该厂装有两台铭牌功率为600MW直接空冷机组，锅炉为2080t/h亚临界控制循环汽包锅炉；汽轮机为600MW亚临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽直接空冷凝汽式汽轮机；发电机为600MW水-氢-氢冷却式汽轮发电机。该工程是国内首批投入运行的600MW直接空冷机组之一。设计背压15kPa.a，夏季满发背压34 kPa.a，每台机组配置三台容量各为50%的电动调速给水泵和五台双进双出磨煤机。

与主机设备配套的主给水泵及前置泵为KSB产品，液力偶合器为VOITH产品，电动机为国内某电机厂产品。

1.2 给水系统简介

该厂给水系统采用的是单元制。每台机组配三台50%容量的电动调速给水泵，高压加热器采用大旁路系统，装有快速电动三通大旁路阀（进口TYCO DEWRANCE阀门）；每台机组配一台2110 t/h无头除氧器，采用定——滑压运行，水箱有效容积为235m3。

该厂电动给水泵配置为前置泵+电动机+偶合器+主给水泵，由电动机同轴驱动，液力耦合器调速，可以满足机组启动和各种工况的需要，但是偶合器存在较大的能耗。

2 改造方案的比选

为了对电动给水泵节能改造提供更好的实施方案，结合电厂实际运行情况，提出了两种方案，方案一为电动调速给水泵改为汽动给水泵，方案一为电动调速给水泵改为变频调节给水泵。

2.1 电动调速给水泵改为汽动给水泵

根据现场场地情况，本方案采用1×100%汽动给水泵+1× 50%电动调速给水泵，50%电动调速给水泵作为启动/备用泵。给水泵汽轮机采用上排汽，排汽直接进入主机排汽装置。采用100%全容量汽动给水泵，可简化系统，而且机组热耗要比采用2×50%容量配置方式低，有利于提高机组运行的经济性。结合原汽机房布置情况，利用汽机房0m拆除1、2号电动调速给水泵组的位置，布置给水泵汽轮机组和给水泵前置泵，给水泵汽轮机与给水泵采用同轴布置。

由于除氧器布置在汽机房运转层13.7m，除氧器中心标高为16.4m，经过对除氧器进行滑压暂态计算，在目前除氧器的布置标高下，不能满足100%容量给水泵前置泵的汽蚀余量要求，故本次改造按新配置两台50%容量的电驱前置泵考虑，同样布置在主厂房0m。

本方案特点是设备少，系统简单，节省管道及场地空间。

2.2 电动调速给水泵改为变频调节给水泵

液力偶合器调节是以油做工质，由电动机驱动泵轮（主动轮）将机械功率传递给工质油，带动涡轮（从动轮）旋转，液力偶合器接受给水调节系统的流量、汽压、水位信号，通过勺管控制机构改变液力偶合器充油量来调节给水泵转速；变频器接受给水调节系统流量、汽压、水位信号，通过改变电源频率和电压调节电动机转速。所以给水泵进行变频改造的关键是如何改造液力偶合器，以满足输入轴变速运行时，输出轴能够按增速齿轮箱功能变速输出。其改造方式一般有以下三种：

（1）将液力偶合器更换成增速齿轮箱

将原液力偶合器拆除，按原液力偶合器安装尺寸订购一台非标准增速齿轮箱，配套增设给水泵组润滑油供油站。此改造后给水泵只能变频运行，变频故障时，无法切换成工频调速方式运行。

（2）将液力偶合器改造成增速齿轮箱

拆除原液力偶合器的泵轮和涡轮，改由齿形联轴器或对轮联轴器连接，拆除输入轴驱动的润滑油与工作油泵，配套增设给水泵组润滑油站。此方案将具有增速与调速的液力偶合器改造成只具有增速功能。改变了液力偶合器整体上结构和性能，原液力偶合器厂家一般会持否定态度，将对以后的维修工作带来相应困难。此改造后只能变频运行，变频故障时，无法切换成工频调速方式运行。

（3）将液力偶合器改造成多功能液力偶合器

多功能液力偶合器就是在保留液力偶合器调速功能的基础上，对其内部结构和油系统（增加稳压系统）进行改造，增加液力偶合器增速齿轮箱输出功能。这样改造后的液力偶合器具备了工频运行时液力偶合器的调速功能（这是原来就有的），和变频运行时（将勺管固定在最大转速位置）增速齿轮箱输出功能（这是改造后新增的），且两种功能可以通过勺管进行切换。

通过以上技术比较，增速齿轮箱方案和改造成增速齿轮箱两种方案，其造价高、供货周期长，工变频无法切换运行，是不可取的。将液力偶合器改造成多功能液力偶合器方案可以在保持原设备及连接管道不变的情况下，同一台液力偶合器具有工频和变频两种运行方式，且可以切换运行、方便灵活、安全可靠。其改造工作量小，改造工期短，费用相对较低。

变频改造后，在额定工况下，与液偶调速差异较小，但在中低负荷时，变频的节能效果要优于液偶，根据有关文献资料和复核计算显示，变频改造后，火电厂锅炉给水泵组年节电率在20%左右，可降低厂用电率约0.5%左右。

3 改造方案经济性比较

电动调速给水泵改为汽动给水泵（方案一）和电动调速给水泵改为变频调节给水泵（方案二）改造后年运行经济性比较见下表一。

表4-1 两方案年运行经济性比较表

由表4-1可以看出，方案一与改造前相比，厂用电率由9.9%降低至7.33%，供电标煤耗下降347.6-346.6=1.0 g/kWh。方案二与改造前相比，厂用电率及供电煤耗变化不大，但其变频运行方式可节省电量。

3.1 电动调速给水泵改为汽动给水泵（方案一）经济效益估算

（1）增加供电量的收益根据表一可以计算出：

THA工况下，方案一的机组供电功率为：

机组铭牌功率×（1-厂用电率）＝600MW×（1-7.33%）＝556.02MW

THA工况下，改造前的机组供电功率为：

机组铭牌功率×（1-厂用电率）＝600MW×（1-9.9%）＝540.6MW

THA工况下，在年发电利用小时数3500小时的条件下，方案一比改造前的每年可供电量多出：

3500h×（556.02MW-540.6MW）＝5.397×107 kW·h

按售电利润0.1394元/kWh计算，单台机组每年增加供电收益752.34万元(税后)。

（2）降低供电煤耗的收益

单台机组全年节约标煤：

1.0 g/kW·h×60×104kW×3500h=2100t/a

单台机组全面节煤收益（标煤价暂按375元/t）：

2100t/a×375元/t=78.75万元

（3）合计收益

752.34 万元＋78.75万元＝831.09万元

3.2 电动调速给水泵改为变频调节给水泵（方案二）经济效益估算

变频改造后，火电厂锅炉给水泵组年节电率在20%左右，以现给电动调速给水泵功率为10000KW计算，单台机组两台电动给水泵每年能省电∶

3500×10000×2×20%=1.4×107 kW·h

按山西省最新的燃煤发电机组上网标杆电价0.3205元/ kWh计算，单台机组每年节电收益约383万元(税后)。

3.3 两方案比较结果

由以上比较，机组完成改造后，方案一比改造前增加经济收益约831.09万元/每年，节煤2100吨/年；方案二比改造前增加经济收益约383万元/每年。方案一增加收益多，同时可以降低厂用电率、降低供电煤耗，获得了更好的经济效益和环境效益，所以本项目改造拟采用汽动给水泵方案。

4 汽动给水泵改造要点

1）由于给水泵汽轮机的汽源取自四段抽汽，引起四段抽汽量的增加，需对抽汽口进行扩大，主机厂应核算并对抽汽口进行改造。

2）电动调速给水泵改为汽动给水泵时，需要主机厂重新核算并提供汽动给水泵方案各种工况的热平衡等资料；为确保厂用蒸汽的用汽量要求，应根据电厂多年实际运行积累的数据重新核算四段抽汽设计流量，以便电厂能更经济运行。

5 结语

通过对山西某电厂2×600MW机组电动给水泵改造方案的比选，可以得出一下结论：

（1）技术上电动调速给水泵改为汽动给水泵的方案是切实可行的；特别是已建工程的场地及原有系统的衔接是可以满足要求的。

（2）经济上改为汽动给水泵不仅可降低厂用电率和煤耗指标，能够达到节能降耗目的，而且具有较好的经济收益。

[1]电动给水泵改汽动给水泵的可行性分析 马绪胜何海燕（华能北京热电有限责任公司100023）.

[2]电动给水泵和汽动给水泵的经济性比较研究 张春发1，张燕1，董丽娟1，冷健2（1．华北电力大学动力系，河北保定071003；2．华能太仓发电有限公司，江苏太仓215400）.