50 MW抽汽背压式热电联产机组的给水泵驱动方式选择与优化

黄琪薇，林俊光，黄之成，周 斌

（中国能源建设集团浙江省电力设计院有限公司，杭州 310012）

50 MW抽汽背压式热电联产机组的给水泵驱动方式选择与优化

黄琪薇，林俊光，黄之成，周 斌

（中国能源建设集团浙江省电力设计院有限公司，杭州 310012）

针对50 MW抽汽背压式热电联产机组，讨论了给水泵的不同驱动方式。以浙江某新建机组为研究对象，将不同汽动给水泵和电动给水泵方案对机组的技术经济影响进行了分析比较，结果表明：采用汽动给水泵初投资高、年收益高。系统中设置一级除氧和表面式补水加热器是采用汽动给水泵的最佳方案。

抽汽背压式；热电联产；汽动给水泵；电动给水泵；补水加热器

随着社会经济的发展和节能减排压力的增加，工业园区的用汽需求增加、用汽参数提高，在工业热负荷需求量大的地区，不仅小型热电厂供热供不应求，大型发电厂也纷纷铺设供热管网进行供热[1]。与小型热电厂和大型发电厂相比，50 MW抽汽背压式供热机组具有供热量大且稳定、煤耗低等优点。

给水泵的驱动方式分为电动和汽动两大类。使用电动给水泵，占用了一部分厂用电，具有热力系统简单、占用厂房面积小、调节方便的优点；使用汽动给水泵，则增加了热力系统的复杂性，增加了厂房面积，但是降低了厂用电率[3]。一般中小热电厂的给水泵常用电动机驱动，也有发电厂将电动给水泵改为汽动给水泵[2]，以节省厂用电。以下选取浙江某新建发电厂为研究对象，对机组在不同给水泵驱动方式下作技术经济比较。

1 机组概况

某新建4×50 MW供热发电机组配置4台锅炉、4台汽轮机，采用高温高压燃煤锅炉，锅炉出口蒸汽参数为10.11 MPa/540℃；汽轮机采用高温高压抽汽背压式汽轮机，入口参数为9.1 MPa/535℃，二级加热器抽汽，对外供热蒸汽为3.3 MPa的可调整抽汽和0.981 MPa的汽轮机排汽，额定供热量分别为162.5 t/h和167.2 t/h。机组主要参数如表1所示。

2 给水泵驱动方案

2.1 给水泵方案

为兼顾经济性与可靠性，机组采用切换母管制给水系统[4]，因此单台给水泵出力与锅炉容量相匹配。每台给水泵的设计流量为锅炉容量的110%，即523 t/h，设计扬程约1 670 m，考虑给水泵效率和连接效率，给水泵的输入功率约为2 700 kW。给水泵可选方案分为两大类，每台机组配1台电动给水泵，或每台机组配1台汽动给水泵。另设备用电动给水泵。

表1 机组主要参数

2.2 汽动给水泵的驱动蒸汽来源选择

根据给水泵汽轮机的驱动蒸汽来源不同，驱动蒸汽可以分为高压蒸汽、中压蒸汽和低压蒸汽。高压蒸汽直接来自锅炉出口主蒸汽，中压蒸汽来自可调整抽汽，低压蒸汽来自主汽轮机排汽[5]。根据给水泵汽轮机做功乏汽的去向不同，又可以分为如表2所示的常规方案。

表2 汽动给水泵驱动蒸汽方案

将以上方案进行初步筛选。

采用锅炉主蒸汽为驱动蒸汽：高压蒸汽的蒸汽管道和给水泵汽轮机的缸体材质都必须为合金钢，投资大；尤其对于给水泵汽轮机排汽为3.3 MPa的方案，排汽压力高，存在焓降小、汽缸壁过厚的问题，制造困难，经济性明显不佳。

采用可调整抽汽为驱动蒸汽：排汽为0.98 MPa时，蒸汽的焓降过小，需要汽量大，经济性不佳；排汽为0.2 MPa时，虽然蒸汽焓降大，但是汽量小，不足以供除氧器的用汽。

初步计算以上5个汽动给水泵方案的汽轮机热耗，方案间的热耗差别小。为了满足机组的稳定运行，还应考虑给水泵汽轮机的备用汽源，该项目老厂的辅助蒸汽压力为1 MPa，可以作为启动汽源和备用汽源，提高了系统的安全性[6]。因此综合考虑，给水泵汽轮机的驱动蒸汽采用0.98 MPa的主汽轮机排汽。

3 方案比较

3.1 比较方法

对汽动给水泵方案和电动给水泵方案分别进行热平衡计算，再根据计算结果比较各方案的经济性。

3.2 比较条件

热电联产工程采用“以热定电”的运行模式[7]，所以无论采用汽动给水泵还是采用电动给水泵，热平衡计算时要求低压和中压供热量相同，在此基础上调整汽轮机进汽量和自用汽量的不同。

2种方案均采用两级高压加热器。当采用汽动给水泵时，给水泵汽轮机的排汽（0.2 MPa）可以作为补水的加热汽源，实现了能量的梯级利用；而采用电动给水泵时，补水直接进入高压除氧器，由主汽轮机的低压排汽（0.98 MPa）进行加热。

3.3 热平衡计算与分析

对2个方案进行热平衡计算，并计算热效率、标煤耗率等经济指标[8]，结果如表3所示。

由热平衡计算可以看到：由于需要低压排汽供给汽动给水泵，汽动给水泵方案比电动给水泵方案增加了5.7 t/h的进汽量，因此机组发电量比电动给水泵方案增加了740 kW。由于2个方案的供热量保持不变，电动给水泵方案的热电比和供热比均大于汽动给水泵方案，因此全厂热效率更高，从而发电标煤耗和供电标煤耗更优。在2个方案供热量相等的情况下，由于电动给水泵方案的厂用电率高，因此导致该方案的供热标煤耗率更高。

3.4 经济性比较

表3 各方案热平衡和经济指标计算结果

3.4.1 初投资估算

电动给水泵方案的配套设备和厂房布置相对简单，以电动给水泵为参照，与汽动给水泵方案进行设备及厂房初投资比较，见表4。

表4 各方案初投资比较万元

3.4.2 年运行费用比较

汽动给水泵方案的年发电量更高，因此供电量和耗煤量均大于电动给水泵方案。根据浙价资[2015]94号文《浙江省物价局关于电价调整有关事项的通知》，安装脱硫设施的非省统调公用热电联产发电机组上网电价为0.505 8元/kWh，标煤价格712元/t，计算各方案的年运行收益，比较结果如表5所示。

表5 各方案年运行费用比较

3.4.3 年净收益比较

按照机组运行年限20年、年利率8%计算，得到年净收益和回收年限，如表6所示。

表6 各方案年净收益和回收年限比较

3.4.4 小结

从上述比较可以看到，采用汽动给水泵具有以下优势：

（1）对于低压排汽，采用汽动给水泵实现了能量的梯级利用，而采用电动给水泵只能直接将低压排汽用于加热补水。

（2）在采用以热定电的运行模式下，采用汽动给水泵可以多供电，从而带来经济效益。

4 采用汽动给水泵的回热系统优化

从上述分析中可以看到，采用给水泵汽轮机的驱动蒸汽采用0.98 MPa的主汽轮机排汽，做功乏汽约为0.2 MPa。通常该乏汽会排入大气式除氧器，与高压除氧器联合运行，对补水进行两级除氧，热力系统如图1所示。

图1 两级除氧（大气式除氧器+高压除氧器）

虽然两级除氧有较好的除氧效果，对蒸汽的能级梯度利用较为合理，但是在变负荷运行时，大气式除氧器对蒸汽的需求与给水泵汽轮机的排汽之间匹配不理想，因此对该方案进行了优化，将大气式除氧器替换为表面式补水加热器，热力系统如图2所示。表面式补水加热器占地小，该方案的设备投资和主厂房投资均更加节省。

图2 一级除氧（高压除氧器），配表面式补水加热器

两级除氧方案与“高压除氧+表面式补水加热器”方案的热力性能参数和经济性指标几乎相同。在对相关制造厂家、实际运营发电厂进行调研后，认为采用一级高压除氧的除氧效果是可靠的，因此对原汽动给水泵的方案进行优化，即系统中设置高压除氧器和表面式补水加热器各1台。

5 结论

（1）50 MW机组宜采用汽动给水泵。采用汽动给水泵实现了能量的梯级利用，将低压排汽用于驱动给水泵汽轮机，而采用电动给水泵只能直接将低压排汽用于加热补水；在采用以热定电的运行模式下，采用汽动给水泵可以多供电，从而带来经济效益。

（2）汽动给水泵方案宜采用主汽轮机排汽为驱动蒸汽，做功乏汽排入表面式补水加热器，热力系统中配置1台高压除氧器。该方案兼顾了运行效果和除氧效果，为汽动给水泵的最佳方案。

[1]孙玮恒.300/330 MW机组供热改造方案的研究与实施[J].浙江电力，2012，31（7）∶41-44.

[2]张颖，夏豹，陈鹏.给水泵汽轮机排汽方式不同对机组性能的影响[J].东北电力技术，2010（10）∶15-17.

[3]李强，陈建军.汽动给水泵经济性分析[J].电站辅机，2010，31（2）∶21-24.

[4]叶涛.热力发电厂（第三版）[M].北京：中国电力出版社，2009.

[5]刘国培.中小热电厂改用汽动给水泵的经济效益分析[J].能源研究与利用，2006（6）∶42-44.

[6]樊印龙，李飞雁.给水泵汽轮机汽源配置浅析[J].浙江电力，2005，24（1）∶29-31.

[7]杨旭中.热电联产规划设计手册[M].北京：中国电力出版社，2009.

[8]DB 33642-2012热电联产能效能耗限额及计算方法[S].北京：中国电力出版社，2012.

[9]沈峰，朱鹏达，谭锐.200 MW机组三缸三排汽凝汽式汽轮机供热改造研究[J].浙江电力，2017，36（3）∶51-54.

[10]陈海鑫.纯凝机组高排抽汽供热安全性分析及对策[J].浙江电力，2017，36（1）∶35-38.

[11]李伍亮.超超临界660 MW空冷汽轮机给水泵驱动方式分析[J].机械工程师，2016（5）∶183-184.

[12]王为明.背压式机组给水泵选型分析[J].吉林电力，2015，43（6）∶42-43.

[13]尉万红，赵云凯.300 MW直接空冷机组给水泵驱动方式选择分析[J].应用能源技术，2015（11）∶27-29.

[14]沈洵.百万级空冷机组给水泵驱动方式研究[J].能源研究与管理，2014（3）∶46-48.

[15]刘伟，王建强，谢进安，等.215 MW机组供热改造后的控制策略及运行[J].浙江电力，2014，33（1）∶38-42.

Selection and Optimization of Feedwater Pump Driving Manners in 50 MW Steam-extraction back-pressure Combined Heat and Power Units

HUANG Qiwei， LIN Junguang， HUANG Zhicheng， ZHOU Bin

（CEEG Zhejiang Electric Power Design Institute Co.， Ltd.， Hangzhou 310012， China）

The paper elaborates on different driving manners for feedwater pump of 50 MW steam-extraction back-pressure combined heat and power units.Based on a new unit in Zhejiang province，this paper analyzes the technical and economic differences between steam feed pump and electric feedwater pump.The analysis shows that the steam feedwater pump had higher initial cost and higher annual revenue.It is an optimal scheme that the steam feedwater pump is equipped with a one-stage deoxygenator and a surface make-up water heater.

steam-extraction back-pressure； combined heat and power； steam feed-water pump； electric feed-water pump；make-up water heater

10.19585/j.zjdl.201709015

1007-1881（2017）09-0071-04

TM621.4

B

2017-05-15

黄琪薇（1986），女，工程师，主要从事火力发电厂机务专业设计。

（本文编辑：徐 晗）