300MW空冷机组锅炉给水泵配置方案分析

300MW空冷机组锅炉给水泵配置方案分析

陈丽杰于俊红

（山东电力工程咨询院有限公司山东省济南市250013）

锅炉给水泵是电厂辅机中重要设备之一，在发电系统中起着核心作用，因其功率很大，运行费用较高，所以给水泵配置方案的选择直接影响全厂的造价及安全运行水平。

锅炉给水泵有汽动和电动两种驱动方式。对于直接空冷机组常规条件下采用电动驱动，但近几年有部分直冷机组也采用了汽动驱动，因此给水泵配置及型式合理与否需通过分析对比才能确定。

1.空冷机组给水泵配置

根据《大中型火力发电厂设计规范》（GB50660-2011）第12.3.4条规定：300MW级直接空冷机组的给水泵的配置不宜少于2台，单台容量应为最大给水消耗量50%的调试电动给水泵。

其条文说明中提到：对于空冷机组，给水系统若采用湿冷汽动给水泵系统会造成机组耗水量增大，与主机采用空冷机组的节水宗旨不符；对于600MW及以下直接空冷机组，由于空冷机组汽机背压高，随气温变化频繁，若采用直接空冷汽动给水泵，排汽接入主排汽装置，存在给水泵汽轮机运行工况变化频繁和调节复杂等问题，在夏季大风时也易引起给水泵汽轮机跳机而影响锅炉给水安全性，暂不宜推荐使用；若采用间接空冷汽动给水泵，则存在主机采用直接空冷系统，给水泵汽轮机采用间接空冷系统，辅机冷却水采用湿冷系统，造成厂内冷却系统多样，系统复杂，一次性投资高；因此给水泵系统推荐采用电动调速给水泵组方案。

根据空冷机组机炉电匹配、铭牌功率标定原则，空冷机组的铭牌功率未扣除电动给水泵功率。目前我国电网的调度特点是按照发电机端的输出功率进行调度，当发电功率相同时，采用汽动泵比采用电动泵的对外输出功率大，因此汽动泵方案可增加上网电量、提高电厂经济效益。

350MW超临界直接空冷机组常见给水泵配置型式：

3×50%电动调速泵

2×50%汽动给水泵

1×100%汽动给水泵

启动、备用给水泵配置通常为：

1×30%电动定速启动泵

1×30%电动调速启动/备用泵

1×50%电动调速启动/备用泵

不设启动、备用泵

2.直接空冷机组汽动泵冷却方式

汽动泵湿冷方式下给水泵汽轮机（简称小机）的凝汽冷却系统：每台机组配置2台小机，各设一台凝汽器，凝汽器冷却水通过水工冷却水塔循环冷却。单台350MW超临界机组，其小机耗汽约75t/h，循环冷却水约4000t/h。另外还需配备凝汽器抽真空、凝结水、疏水、胶球清洗等系统。此方式下小机自成系统，可靠性高。但缺点是：

两台机组小机冷却水量8000t/h，耗水量大，电厂耗水指标增加0.06m³/s.GW，将使电厂水耗达0.14～0.16m³/s.GW，大于空冷机组的限制用水指标0.12m³/s.GW，不符合国家目前提倡的节水要求。

设备多，系统复杂，初投资较大，冷却水塔占地面积较大。

汽动泵间冷方式下：小机需设置一套独立凝汽器。与湿冷相比，用带散热器的空冷塔代替湿冷塔，用除盐水代替循环水，取消胶球清洗系统，用密闭式循环冷却水代替敞开式循环冷却水，没有循环水蒸发损失。但间冷塔占地面积大，且全厂会有主机直冷、小机间冷、辅机湿冷三种冷却方式，易造成地下管线布置复杂，施工维护困难。

汽动泵直冷方式下给水泵及小机系统与汽动泵湿冷方案相同，小机排汽直接接至主机排汽装置，同主机排汽混合后排至主机空冷散热器，不需设凝汽的冷却、抽真空、凝结水等系统，简称直冷、小机直排。本方案系统简单，节省初投资、节水。但小机为高背压机组，小机调试时，因蒸汽流量小，空冷岛存在防冻问题。在不利大风引起主机甩负荷后，小机也易一起停运，空冷面积增加10%，投资费用增加约6%。

比较汽动泵三种冷却方式

换热效率：湿冷最高，间冷最低，直冷介于二者之间。

综合比较

汽动泵湿冷－系统可靠性高，有运行业绩；但系统较复杂、初投资稍高；最主要是耗水量大，不满足空冷机组的限制用水指标。

汽动泵间冷－系统复杂、初投资高、占地大，非理想方案。

汽动泵直冷－系统简单、初投资少，总估算年费用最小，耗水指标满足0.12m³/s.GW，是理想方案。

3汽动泵直冷方式可行性

国内杭州汽轮机股份有限公司、东方汽轮机厂等厂家均能生产制造空冷小机，并有业绩。临汾河西电厂2×300MW亚临界直接空冷机组、宁夏大武口2×300MW亚临界间接空冷机组等均采用了汽动泵方案且运行良好。

空冷小机的调节系统迟缓率为0.1～0.5%，油动机全行程小于1秒，完全可以满足热力系统变化的要求。

一般空冷主机背压在8.5～48kPa.a之间变化，报警背压为43kPa.a，停机背压为65kPa.a。由于空冷小机排汽直排至主机排汽装置，因此其应为高背压机组，且对背压的适应能力必须大于主机的。另外从安全角度考虑，可相应要求小机跳闸背压高于主机跳闸背压5～10kPa。

据了解，一般大风影响机组背压为3～5kPa.a，极端大风一年可能有3～5次出现5～6分钟内背压变化10～15kPa.a。极个别情况下，在3～5分钟背压变化达到20kPa.a。而环境温度的变化是一个相对平稳过程。

超临界锅炉允许负荷变化率为：在50%～100%BMCR时，不低于±5%BMCR/分钟。某电厂600MW超临界机组运行规程中，要求“机组因背压高限制负荷时，应使用不低于25～30MW/min的降负荷速率，直至机组背压开始下降后，方可以将负荷稳定在当时的水平”。这说明，±5%BMCR/分钟的负荷调整，对电厂是安全的。

小机跳机背压应比主机跳机背压高5～10kPa。在变背压运行时，为了更快达到主机、小机平衡，应采用定流量而非定负荷的运行调节模式。

另外安装测风探头，在有不利大风出现先兆时，要进行降负荷的预调整，以避免主机甩负荷的出现。

当主机因不利大风或其他因素甩负荷后无四段抽汽时，小机可自动切换至再热冷段，维持给水泵轴功率约40%THA负荷。从四抽到再热冷段的切换在2秒钟内即可完成，切换过程平稳。

采用直冷时，大机和小机均为随环境温度、风向、风速频繁变化的高背压汽轮机，背压变化幅度较大。当环境温度突然升高，小机背压升高，此时若调节要求维持发电功率，则要求主机、小机均需增加进汽量以增加出力，两机抢汽问题不好协调。

针对直流锅炉，锅炉的调节主要靠煤水比，通过负荷的变化指令，来确定给水量、煤量、风量等数据；同时给煤量需要检测主给水量信号，即以水定煤。不论给水流量增大或减小，只要给煤量、风量跟着给水流量变化，那么这个过程就相当于一个正常的升、降负荷过程，此时锅炉是安全的。

为满足小机冬季调试，空冷排汽管加装隔离阀，减少空冷平台所需最小防冻流量；设置逆流空冷凝汽器，防止凝结水在空冷凝汽器下部因过冷而冻结，另外可使空气和不凝结气体顺畅排出，不形成“死区”使凝结水冻结；同时小机调试安排在中午较暖和的气温条件下进行。

4给水泵配置方案比较

采用汽动泵比电动泵有明显的经济优势。

可降低厂用电率约3个百分点；

增加对外供电量；按发电机端功率调度、年利用小时数5000小时测算，2×350MW机组采用汽泵方案年对外供电量可增加一亿度、耗标煤量增加4.68万吨；

随着负荷降低，小机效率变化较慢，但电泵液力耦合器效率下降较快；

可消除启动电流高的问题；

设备投资降低50～200万。

通过对比2×50%和1×100%汽动泵两个方案近期的设备投资、小机效率、给水泵效率、年发电标煤耗、年耗煤费用差等可知：1×100%汽动泵比2×50%汽动泵经济性略好。但出于可靠性考虑，供热机组推荐采用2×50%容量的汽动泵；非供热机组优先选用1×100%容量的汽动泵。

按近期电动泵的投资参考价格对比启动、备用给水泵各配置方案及启动、备用给水泵各方案特点可得优选配置：

供热机组采用1×100%汽动泵配置方案时，推荐配置1×50%电动调速备用给水泵；

扩建机组若汽源可靠，推荐不设启动、备用给水泵；

新建机组推荐设1×30%电动定速启动给水泵。

5结论

总之，综合考虑汽动泵湿冷、间冷、直冷各方案的耗水、初投资、系统复杂程度、占地、冬季防冻及大风对背压的影响等因素，对新建空冷机组给水泵配置方案推荐采用2×50%容量的汽动给水泵+1×30%容量电动定速启动泵方案。