华能巢湖电厂电动给水泵的设置

2010-06-07宋坤林

电力建设 2010年3期

关键词：汽动给水泵超临界

宋坤林，王斌

(江苏省电力设计院，南京市，211102)

1 工程概况

华能巢湖电厂一期建设2×600 MW超临界燃煤机组，规划容量4×600 MW，留有扩建余地。

工程选用哈尔滨锅炉厂有限责任公司制造的超临界压力燃煤直流锅炉，锅炉为单炉膛，一次中间再热、平衡通风、固态排渣、露天布置、全钢架悬吊结构；锅炉最大连续出力为1900 t/h，额定工况过热器出口压力为25.4 MPa(g)。

工程选用哈尔滨汽轮机厂有限责任公司制造的超临界汽轮机，型号为CLN600-24.2/566/566。

2 电动给水泵配置方案

近年来，对大型机组是否必须设置电动备用泵的讨论日见增多。电动泵的功能确定为备用泵的最大优点是不因汽动泵的故障而影响汽轮机组的满发，但缺点是大大增加了初投资。电动泵的配置如何达到技术、经济等方面的最优化，需要根据工程特点进行综合分析。本项目的电动给水泵配置方案如下。

2.1 电动给水泵容量

2.1.1 设计规范要求

根据DL5000—2000《火力发电厂设计技术规定》第10.3.6条要求，对600 MW及以上机组，宜设置1台容量为最大给水量25%～35%的调速电动给水泵作为启动和备用给水泵。

2.1.2 锅炉启动要求

锅炉最小直流负荷与锅炉炉型有关，一般设计值约为25%经济连续出力（economic continuum rate，ECR），实际运行高的到35%ECR，低的到15%ECR。对于没有启动循环泵的锅炉，电动给水泵的容量须满足锅炉最小直流负荷的要求；对于有启动循环泵的锅炉，电动给水泵的容量须满足在启动过程中和锅炉本体配置的启动循环泵同时达到锅炉最小直流负荷的要求，同时也可考虑启动循环泵事故退出后，完全利用电动给水泵进行机组启动。

2.1.3 汽动给水泵组切换要求

由于小汽机转速可调，其高压进汽的参数不高，并且汽动给水泵的最小流量一般为其容量的20%～25%，因此从电动给水泵和汽动给水泵切换的角度来看，即使对100%容量汽动给水泵，电动给水泵容量选择30%BMCR也可以满足要求。

2.2 配套电动机

600 MW等级超临界机组给水流量大、压力高。如果电动给水泵具有备用功能，电动泵与汽动泵可并联运行，两者的扬程必须接近，其轴功率相应较大。在华能巢湖电厂2×600 MW新建工程设计中，对电动给水泵的轴功率及配套电机进行了计算分析。

2.2.1 电动备用给水泵轴功率计算

电动给水泵作为30%容量备用泵时，其扬程约为3340 mH2O，功率计算如下：

式（1）～（4）中：Hq为前置泵扬程，Hq=130 mH2O；Q入为前置泵轴入口流量，Q入=0.19395 m3/s；ρ为给水密度，ρ=880 kg/m3；ηq为前置泵的效率，ηq≈80%；Q出为主泵出口流量，Q出=0.1889 m3/s;Hz为主泵扬程，Hz=3210 mH2O；Q抽为主泵中间抽头流量，Q抽=0.00505 m3/s；ηz为主泵的效率，ηz≈85%；ηfc为液力耦合器效率，ηfc≈93%；fd为电机裕量，fd=15%。

由式（1）得Nq=272 kW；由式（2）得Nz=6237 kW；由式（3）得Nm=6979 kW；由式（4）得Nd≈8000 kW。

当电动给水泵备用容量为50%时，泵组的电机功率将达到13 MW。

2.2.2 电动启动给水泵轴功率计算

电动给水泵仅作为启动用泵时，其扬程必须满足各种启动工况下锅炉建立直流循环所需的压头，如图1所示。从图1可以看出，锅炉启动时为定压运行，电动给水泵可以选用定速泵。

式（5）、（6）中：Q为启动泵入口流量，Q=0.1939 m3/s；H为启动泵扬程，H＝1390 mH2O；η为启动泵效率，η≈80%。

由式（5）、（6）得N启=2907 kW，Nd启≈3400 kW。

2.3 系统分析

当电动给水泵仅考虑作为启动泵时，为节约投资，本工程2台机组配1套启动泵。由于受到辅助蒸汽等外围系统容量的限制，本工程2台机组不会出现同时启动的情况。当2台机组配1套启动泵时，启动给水系统将按扩大单元制设计，如图2所示。

与启动给水系统按单元制相比较，扩大单元制方案节约1台启动给水泵，但系统相对比较复杂，电气方面须增加1面隔离开关切换柜，从每台机组的6 kV分别设置1个断路器柜，经电缆分别引接至隔离开关切换柜（设置2台隔离开关），再由隔离开关切换柜引接至电动给水泵。隔离开关切换柜与相应的6 kV柜进行电气闭锁，确保与运行机组的对应，避免电气回路的合环运行。扩大单元制方案可确保运行的可靠性，但与单元制接线相比，增加了1台隔离开关切换柜，使相应控制回路更复杂。控制方面将给水泵及阀门直接纳入单元机组DCS公用网络，实现在2台机组DCS系统中均可监控，并确保任何时候仅有1台机组能发出有效操作指令。从电气、控制方面都能确保该系统的安全可靠性，从设计上避免将来可能出现的问题。

按机组每年冷态启动2次、热态启动5次考虑，锅炉启动给水泵每年的使用频率非常低，采用2机合用1台电动启动泵，可有效提高设备的利用率。电厂应能保证给水泵的正常维护，保证其可靠性。

2.4 投资比较

全压运行的电动备用泵与低压运行的启动泵相比，电动备用泵投资主要增加在以下方面：（1）给水泵组及管路系统因承压不同的设备价差；（2）为适应与汽动泵并列运行，电动备用泵须配置价格昂贵的进口液力耦合器；（3）电动机功率，600 MW机组1台电动起动泵的电动机功率约为3400 kW，30%容量电动备用泵为8000 kW（50%容量电动备用泵将达到13 MW）；（4）厂用电系统，电动启动泵仅在低负荷运行可不计入厂用电负荷，由于厂用电总负荷和最大电机容量都大大降低，变压器容量也可相应减小，6 kV开关柜也可采用40 kA的开断水平。

电动备用泵与电动启动泵的投资比较如表1。

表1 电动备用泵与电动启动泵的投资比较Tab.1 Investment comparison of elelctric standby and electric start-up pumps 104yuan

3 600 MW超临界机组设置备用泵的探讨

通过对给水泵生产厂家和有关电厂的调研可知，给水泵汽轮机的可靠性可以与主汽轮机相比，而且给水泵采用进口芯包，事故率也很低。目前国内投产的汽动给水泵运行情况良好，石洞口二厂的600 MW超临界机组，外方设计的电动给水泵就没有备用功能，其汽泵运行稳定；邯峰电厂、西柏坡电厂和衡水电厂的汽泵事故率很低，备用功能极少投用。GE公司2×50%汽动泵和1×100%汽动泵这2种方案一般不设备用泵，这也是基于给水泵组的高可靠性和对其的快速修复能力，该公司1979—1993年对给水泵组的统计表明，强迫停机率仅为0.16%。

从实际情况看，超临界机组电动备用泵也较难完成紧急备用的目的：如果要具有紧急备用功能，备用条件比较复杂，电泵的油系统须经常运行，泵始终处于热备用状态；泵出口电动闸阀常开，逆止门长期承压（32 MPa）；热控应考虑电泵并入的给水调节；电气需要设置电泵的自动投入等；诸多条件中有一项不能满足就不能实现备用功能。而且，在600 MW超临界机组中，由于电动给水泵的功率很大，约为8000 kW，当给水泵紧急启动时，由于电气电源电压波动、液力耦合器和最小流量阀响应速度等原因，电动给水泵很难实现作为汽动给水泵的紧急备用，往往当其中1台汽动给水泵故障时，只能依靠快速减负荷（run back，RB）功能先保证机组降负荷运行，然后再启动电动给水泵；当2台汽动给水泵故障时，应立即使机组主燃料跳闸（main fuel trip，MFT）。

从目前我国实际情况看，汽动给水泵组的运行可靠性已达到很高水平，其快速修复能力也很高，而超临界600 MW机组30%容量电动变速备用泵和30%容量电动定速启动泵的初投资价差高达1772万元。此外，为降低电厂初投资，增加电厂上网电价的竞争优势，不设备用泵的意向也日见明显。