江西大唐国际抚州发电厂循环水泵选型优化方案研究

2015-11-01曹博中国机械设备工程股份有限公司北京市100055

建材与装饰 2015年6期

关键词：双速水泵调节

曹博（中国机械设备工程股份有限公司　北京市　100055）

曹博
（中国机械设备工程股份有限公司北京市100055）

本文根据“以高质量、低造价、低运行成本”为原则，结合本工程供水系统的特点，从循环水泵的台数、国产泵与进口泵及布置等方面入手，对循环水泵的选型进行了全面优化，推荐出合理、安全并经济适用的循环水泵选型方案。

循环水泵；火电厂；选型优化

1　工程概况

江西大唐国际抚州发电厂（以下简称抚州电厂）位于抚州市东南方向27.0km的临川区青泥镇周家村西南，北距南昌市约100km。厂址地貌主要为丘陵岗地，夹少量冲沟水田及水塘。地形起伏不大，自然地形标高在75.7～95.50m（黄海高程，下同）之间。厂址北面和南面均有冲沟通过，厂址地势较周边地形高，场地自然排水通畅。

工程总规划容量为4×1000MW超超临界燃煤机组，本期建设2×1000MW超超临界燃煤机组，补给水源为抚河，最大需水量3246m3/h。

2　循环水泵选型优化的必要性

循环水泵是火力发电厂重要的辅机设备，是汽轮机冷端优化的重要组成部分，不仅关系到汽轮发电机组的安全运行，而且对整个机组一次性投资及相应的运行费用起着重要的影响作用，因此循环水泵型式的选择、每台汽轮机配置循环水泵的台数以及循环水泵主要工作参数的确定，在火电厂设计中至关重要，有必要作专门研究进行优化选型。

3　循环水泵型式和台数的确定原则

我国电力行业标准《火力发电厂设计技术规程》（DL5000-2000）14.3.6条规定：对单元制供水系统，每台汽轮机宜装设两台循环水泵，其总出力等于该机组的最大计算用水量。当设备条件许可，并经技术经济论证合理时，水泵可采用动叶可调或采用变速电机驱动。鉴于循环水泵在火电厂运行中的重要性，对循环水泵泵型和单机配置循环水泵台数的确定原则是：

（1）设备可靠性高，运行安全。

（2）泵结构简单合理，便于安装和检修。

（3）便于随主机负荷的变化调节循环水量，运行经济。

（4）国内有成熟的生产经验，同类泵运行业绩丰富，生产厂家落实，价格合理。

对于本工程而言，由于单机容量1000MW，当循环水冷却倍率采用60倍时，单机所需的循环水量约106177m3/h，当单机配2台或3台循环水泵时，单泵流量可达35392～53088m3/h。

根据以上所述，目前国内外大型机组（600MW及以上）所配的循环水泵多为立式可抽芯式混流泵，特别是国内各泵厂为600MW机组所配的循环水泵基本都是这种型式，该泵型结构合理，水力特性好，效率高，占地少，安装、检修方便。经过向国内长沙、上海KSB等大型制泵企业咨询，同时参照国内百万机组的火电和核电厂的引进循环水泵的泵型，本项目循环水泵推荐采用立式混流泵。

4　循环水泵的调节模式

电厂要求循环水系统经济，水量随机组负荷、循环水温的变化而变化，所以应适时对循环水系统水量进行调节，循环水系统水量调节主要有以下几种模式：

4.1调节开泵台数

根据对不同类型的火电厂循环水系统中循环水泵和管路并联运行的水力计算结果分析，《火力发电厂水工设计规范》（DL/ T5339-2006）给出循环水系统中不同循环水泵台数的出水流量见表1。

表1　《火力发电厂水工设计规范》中循环水泵的配制原则

4.2循环水泵叶片的可调性

为适应不同用水量的要求，保持泵组的高效经济运行，可采用调整叶片角度的方式得以实现，即采用可调叶片角度的水泵。水泵叶片的调节模式可分为对泵转子动叶调整和泵进口导叶调整，又可按叶片调整的范围分为在不停泵情况下可调任意角度的全程调节和停泵人工调节固定角度的半调节。调整叶片角度需一套辅助的调控装置，多采用液压调速，该装置较为复杂，需要一套完整的油压系统，与固定叶片泵相比，系统复杂、运行可靠性降低、维护量大、占地大、泵价格较固定叶片泵高约30%，在少数电厂的循环水泵中也有采用可调叶片水泵，一般调整角度为-20～+20，调整水泵叶片角度的泵多用于水源水位变幅大，扬程变幅大，流量变幅小的场合。本工程为带冷却塔的二次循环系统，供水静扬程稳定，动扬程变化较小，再增加叶片角度调整功能实际意义不大，由于目前叶片的调节机构较复杂，一般采用进口，费用较高。各泵厂从主泵的安全性考虑，力争简化附属系统，也不主张可调叶片在大泵上应用，故本工程推荐采用固定叶片型。

4.3循环水泵变速

水泵的性能与转速有密切关系，如流量与转速成一次关系、扬程与转速是平方关系、功率与转速是三次方关系，即：

由此可见，水泵转速直接影响泵的性能。

水泵转速有三种型式，即单速、双速和变频调速，在火电厂的循环水泵中多为单速泵，少数电厂的循环水泵采用双速电机，一般降一级速度，在中小泵组上已有较多的应用；采用无极变频装置来调速实现经济供水，主要用在供水变化明显的小流量、低压电机的供水系统，而且变频装置较复杂，在电站循环水系统中较少应用。对于本项目的循环水泵所配电机容量达3000kW以上，容量比较大，水位变幅小，并且采用了一机三泵的扩大单元制系统，即使负荷变化时，两台机组可以运行5台水泵，也可以运行3台水泵，水泵的台数调节也完全能够满足流量调节要求，而且双速调速时，需要停泵才能调节，影响机组的运行，故本阶段推荐定速泵。

5　循环水泵方案技术经济比较

根据循环水系统优化结果，循环水系统以变倍率运行（热季60倍，冷季45倍）最为经济。

年固定费率为18.57%；成本电价：0.29元/kWh；年运行小时数：5000h。

一机两泵进口单泵功率：6100kW；一机三泵单泵功率：3800kW。考虑国产泵效率较进口泵低的因素，国产单泵功率暂按进口泵功率的1.05倍考虑。

运行方式：一机两泵，热季两台泵运行，冷季一台泵运行，春秋季两机三泵运行；一机三泵，热季三台泵运行，冷季两台泵运行，春秋季两机五泵运行或根据负荷的变化两机三泵运行。运行费用暂不细化计算扩大单元两机三泵或两机五泵运行的功率变化。热冷季比为7：5。在考虑设备价、泵房土建和运行费用的情况下，一机二泵和一机三泵方案的经济比较见表2。

表2　不同泵台数的经济比较（两台机组）

通过表2可以看出，一机三泵国产型方案年费用最省。同时，一机二泵国产型方案固定投资最省，一机三泵国产型方案次之，一机二泵进口型方案固定投资最高，考虑到一机二泵方案中水泵容量较大，国产泵型在电力系统同容量机组中还没有应用业绩，制造技术还未成熟，因此本设计不推荐一机二泵国产型方案。

一机二泵进口型方案和一机三泵国产型方案各有利弊：前者初期投资较高，但泵房及进水间占地面积稍小，进口泵在运行可靠性、水力性能、水泵效率、抗汽蚀条件、材料耐腐蚀性等方面确实比国产泵有优势，但一机两泵对负荷变化的调节性较差。目前在建的单机600MW机组采用一机二泵的循环水泵已全部采用国产循环水泵，而本工程一机三泵扩大单元制配置的循泵参数与之类似。该类参数的国产循泵是成熟可靠的、完全能满足本工程的要求。从经济适用、安全可靠、调节性能、国产化要求的角度来讲，本工程2×1000MW等级机组选用国产泵是可行的，因此本工程摧荐一机三泵扩大单元制国产循泵的配置方案。

如果进一步考虑厂用电指标的优化，在国产一机三泵的配置上，对泵所配置电机按双速电机考虑。经与电机厂咨询，国产双速电机与变频电机价格相当，按800元/kW的差额造价进行一次投资估算。双速电机功率考虑热季和冷季变化，单泵功率分别为：3800kW（夏季）/3700kW（冷季）。详细比较见表3。