350MW直接空冷机组给水泵配置分析

马　强，王光林，于　涛（山东电力工程咨询院有限公司，济南　250013）

350MW直接空冷机组给水泵配置分析

马强，王光林，于涛
（山东电力工程咨询院有限公司，济南250013）

根据某电解铝企业自备电厂的设计条件，通过技术分析和经济性比较，结合自备电厂的特殊性，提出了给水泵配置的推荐意见。

空冷；给水泵；配置分析

1　概述

近年来，随着国际铝价的持续走低，电解铝企业的盈利能力不断下滑，其中用电成本是对铝企业最大的挑战。不少电解铝企业开始考虑建设自备电厂，来应对这一危机。350MW机组因技术成熟，国内运行经验丰富，造价较低等因素，成为铝企的首选。国内某内陆电解铝企业计划建设4台350MW直接空冷机组，给水泵作为电厂的用电主要设备，对电厂长期安全、经济运行起着至关重要的作用。

按照GB 50660-2011《大中型火力发电厂设计规范》［1］，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%的调速电动给水泵。随着汽动给水泵技术的发展和运行水平的提高，为了降低厂用电率，部分电厂在空冷机组中也采用汽动给水泵。本文根据某工程的设计条件，通过对不同给水泵配置方案进行对比分析和经济性比较，提出合理配置方案。

2　空冷机组给水泵配置方案

对于电解铝企业，机组的稳定运行至关重要，一旦停机将会带来极大损失，因此，配置一台50%容量备用电动给水泵是有必要的。针对给水泵的不同驱动方式，有如下三种配置形式：

（1）3台50%电动给水泵；

（2）1台100%汽动给水泵（排汽至主机空冷系统）+1台50%电动给水泵；

（3）1台100%汽动给水泵（设置独立间冷系统）+1台50%电动给水泵。

2.13台50%电动给水泵

空冷机组采用电动给水泵，运行灵活、简单可靠、检修维护工作量小、整体寿命长，且给水系统与主机排汽系统是两个独立的系统，不受主机背压变化的影响，电动给水泵由液力偶合器进行调速，以满足机组启动和各种工况的需要。但是该方案厂用电率较高。

2.21台100%汽动给水泵（排汽至主机空冷系统）+1台50%电动给水泵

直接空冷机组采用汽泵，如果小汽机排汽直接进入主机空冷系统，则小汽机也必须是高背压、变背压的汽轮机。由于空冷系统对气温和风速的敏感性增强，主机正常运行背压变化范围大，要求小汽轮机调速系统具有较宽的调速范围，稳定灵活的调速特性。

在夏季，由于主机背压高，要维持一定的功率，则主汽轮机需加大进汽量，而小汽轮机为维持给水泵所需的功率，也必须加大进汽量，出现了小机与大机争夺汽量的问题［2］，并且加大对空冷装置容量的要求，在非正常工况，不利风向的风速引起背压突升的瞬变过程中，小机调速系统很难维持给水泵所需的功率变化要求，扩大了整机瞬态过程的不安全性。

1.2 治疗方法 A组患者给予单纯CABG治疗：首先行左乳内动脉和前降支吻合，随后行大隐静脉和冠状动脉远端序贯桥吻合，最后于升主动脉侧壁钳下行近端吻合。B组患者给予CABG联合MVR治疗：首先经由主动脉以及上、下腔静脉插管建立体外循环，待升主动脉阻断以及心脏停搏后，给予大隐静脉和冠状动脉远端序贯桥吻合处理，随后行MVR，并行大隐静脉和主动脉的端侧吻合，最后完成乳内动脉和冠状动脉前降支吻合。

锅炉给水泵要求给水泵汽轮机运行在高转速、大范围的变转速、双汽源、变进汽参数等不利条件下。如果给水泵汽轮机采用直接空冷，则背压将更高，末级变工况范围更大，尾部运行条件更加恶劣，使得给水泵汽轮机的设计难度加大。

目前国内小机直排主机直接空冷系统只在山西大唐国际临汾热电公司2×300MW空冷供热机组工程中投产应用。

对直接空冷方案汽动给水泵汽轮机的设计充分考虑以下几点：（1）给水泵汽轮机有足够的通流能力，以确保给水泵汽轮机在高背压下仍能满足出力要求。

（2）转速变化率足够大，以适应给水泵转速变化率大的特点。（3）允许足够高的排汽温度，使之与主汽轮机较高的报警背压及停机值相匹配。

（4）调节系统设计中，重点考虑其快速响应能力以及由于频繁动作而引起的系统安全可靠性问题。

通过对直接空冷机组给水泵汽轮机排汽直接进入主机排汽系统进行的研究分析，在定功率和定主汽流量下给水泵汽轮机及锅炉相关系统可以适应汽轮机背压的变化带来的影响，但不应过分强调空冷机组夏季满发。同时，加强空冷机组运行特点的研究，按照空冷机组的特点进行负荷调度。

总之，该方案运行业绩少，运行风险相对较高，对运行人员的经验水平提出了更高的要求。

2.31台100%汽动给水泵（设置独立间冷系统）+1台50%电动给水泵

该方案需要单独为给水泵汽轮机设置一套冷却系统，小机运行较为安全，但是需要增加投资，系统复杂，同一台机组存在大机直冷、小机间冷和辅机冷却水湿冷三套冷却系统，增加电厂运行难度。

国内小机采用单独间接空冷系统也有投入商业运行的业绩，华能铜川一期2x660MW机组工程以及灵武二期2x1000MW机组均采用小机单独自然通风间接空冷系统，目前均已投入商业运行。

3　经济性比较

3.1运行费用对比

通过对以上三种方案的热耗指标进行分析，估算出每种方案的煤耗，进而进行经济性比较。（年利用小时数按7200h，标煤价按320元/吨）。

表1

3.2初投资对比（万元）

表2

（含前置泵）　1275　425　425汽动给水泵（含前置泵）　0　450　450给水泵汽轮机　0　580　580小机凝汽器及抽真空系统　0　0　200直冷设备费　0　750　0间冷设备费　0　0　600土建费用　基准　0　400循环水系统　0　0　180循环水管道　0　0　220电气系统　基准　-30　-30合计　1275　2175　3025基准　900　1750

3.3经济性分析

投资回收年限为n为：

n=1-log（1+i）（1-ΔU×i×（1+i）/（ΔB×Cc）

式中：ΔU为工程投资增加的费用（万元）；（ΔB×Cc）为年运行费用差值（按标煤价格320元/吨计算，年利用小时数7200计算）；i为年利率（%），本工程i=4.9%

在当前的年利率条件下，以电泵方案作为基准，小机直排方案增加初投资回收年限为12年，间冷小机方案增加初投资30年内无法回收。也就是说小机直排方案经济性最好。但是，该对比结果是受电泵的耗电量影响较大的，当把电泵方案的厂用电率调低0.9%，小机直排方案的初投资回收年限增加到了18年，不再具有优势。

4　结论

通过前面的对比分析，从经济性角度来说，间冷小机方案因初投资过高，而运行费用节省不明显，经济性最差，不建议采用。

电泵方案和小机直接排汽至大机排汽装置方案之间的经济性差异不明显，电泵方案厂用电率减少0.9%（350kW）就能引起投资回收年限增加6年，如果年运行小时数降低，或者煤价下降，这个数字还将提高。考虑到后期订货设备的运行效率及煤价持续走低等因素，采用小机直排方案并不能确保其经济性高于电泵方案。

各方案的特点见表3。

表3

另外，我国现有电网的调度模式是网调直接控制到入网机组的发电功率，这种电网调度模式下，对于发电集团来说，高厂用电率则意味着供电量的降低，从而降低机组运行收益。而本工程属于自备电厂，厂用电率这个指标对本工程并无实际意义。

综上所述，本工程推荐采用电泵方案，运行简单可靠，经济性较好，可以保证机组稳定运行。

［1］大中型火力发电厂设计规范［S］.（GB 50660-2011），2011（02）.

［2］王智杰等.超临界直接空冷机组给水泵汽轮机排汽进主机排汽装置可行性探讨［J］.北方环境，2012（12）.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.10.243