1000MW二次再热机组取消启动电动给水泵的分析研究

张黎音

摘要： 按照传统设计，300MW 以上机组一般每台机组都配有电动给水泵或几台机组共用1 台电动给水泵作为启动给水泵。本文论证利用2 台50t/h 启动锅炉的富裕容量，取消启动用电动给水泵的可行性研究。经研究，取消启动用电动给水泵是可行的。综合比较，可节约工程造价约598.36 万元人民币。

Abstract： According to the traditional design， units more than 300MW are generally equipped with electric water pump or a few units share one set of electric water pump as the start-up of the feed water pump. This paper demonstrates the feasibility of using 2 50t/h start-up boilers to abolish the start-up feed pump. Through the research， it is feasible to cancel the electric water pump. Through the comprehensive comparison， it can save the project cost of about 5.9836 million Yuan.

关键词： 百万千瓦二次再热机组；启动给水泵；启动锅炉

Key words： million kilowatts double-reheat unit；start-up water feed pump；start-up boiler

中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）06-0167-02

0 引言

截至目前，我国投产的1000MW 机组已经有77 台。其中所有1000MW 的湿冷机组、间接空冷机组（宁夏灵武）均采用汽动给水泵，只有新疆农六师2×1100MW 直接空冷机组的给水泵采用3×35%容量的电动给水泵。在投产的采用汽动给水泵的1000MW 机组中，半数以上机组都设置了25～35%容量的启动电动给水泵。

根据《大中型火力发电厂设计规范》（GB50660-2011）中，第12.3.3 条中第3 款的规定：300MW 级及以上机组宜配置1 台容量为最大给水消耗量25%～30%的定速电动给水泵作为启动给水泵；第4 款同时规定：当机组启动汽源满足给水泵汽轮机启动要求时，也可取消启动用电动泵。因此，当启动汽源可满足要求时，启动用电动给水泵并不是电厂中必不可少的设备。

对于新建工程，在廠外汽源尚未最终落实的情况下，启动锅炉是新建大型火力发电厂不可缺少的，是电厂第1 台机组启动时向辅助蒸汽系统供汽的唯一汽源，它直接影响机组的安全启动。由于启动锅炉在电厂第1 台和第2 台机组投入商业运行后，即停止使用，全部运行时间只有3～5 年，且为间断运行。因此，合理地选择启动锅炉的容量和蒸汽参数以满足机组启动，使其既能满足机组安全启动的要求，又能取消启动用电动给水泵，对于节约建厂投资是十分重要的。

本文主要结合某新建工程设计特点，通过对机组启动过程各阶段用汽量深入分析和细致计算，对取消启动用电动给水泵的可行性及对启动锅炉的容量设计展开论证。

1 启动锅炉形式的选择

启动锅炉一般在新建电厂中配置，主要功能是在机组启动时为锅炉热态清洗、除氧器预暖及低负荷加热、汽机轴封、给水泵汽轮机、暖风器（该工程采用等离子点火）、灰斗加热、空预器吹灰、暖通采暖用汽等各用汽点提供满足压力、温度及流量等参数要求的辅助蒸汽。值得指出的是，以上各用汽并不是同时存在，即可以错峰使用辅助蒸汽；针对该工程设计特点，启动阶段必须的辅助蒸汽有：除氧器低负荷时加热蒸汽、汽轮机轴封用汽、等离子点火暖风器用汽、给水泵汽轮机启动用汽以及灰斗加热蒸汽。另外，直流锅炉启动清洗时的辅助蒸汽耗汽量很大，对启动锅炉的容量选择也至关重要。该工程暂按设置2 台50t/h 容量，1.27MPa（g），350℃参数的燃油快装启动锅炉来供应启动汽源。

2 取消启动电动泵可行性研究

能否取消电动给水泵的关键点是，2 台50t/h 的启动锅炉总产汽量能否满足取消电动泵后的汽动给水泵用汽量与其他各用户用汽量之和。

2.1 锅炉冷态清洗工况所需蒸汽量

对于超超临界直流炉来说，由于锅炉点火前对给水品质有着比较严格的要求。为此，通常机组在初次启动或长期停炉后再次启动前，需对锅炉进行清洗。锅炉清洗包括冷态清洗和热态清洗两个阶段，其中冷态清洗分为冷态开式冲洗和冷态循环清洗，其清洗水量和水温要求一致。锅炉厂推荐冷态清洗时，清洗流量为25%～30%BMCR，清洗水温为105～120℃，该工程按清洗流量687t/h（25% BMCR 流量），清洗水温度105℃，计算锅炉冷态清洗所需加热蒸汽量为79t/h，冷态清洗水也要由汽动给水泵送至锅炉，汽动给水泵此时所需蒸汽量为20t/h。首炉启动时冷态清洗所需蒸汽量需由启动锅炉提供，所以启动锅炉的容量首先需满足锅炉冷态清洗蒸汽量与汽动给水泵所需汽量之和，因此启动锅炉容量需不小于99t/h。2 台50t/h 的启动锅炉刚好可满足冷态清洗工况对蒸汽量的要求，实际清洗时给水温度可略低于105℃。

2.2 锅炉热态清洗工况所需蒸汽量

清洗完毕后，还需热态清洗，热态清洗分为热态开式冲洗和热态循环清洗。锅炉厂推荐的热态清洗流量和水温与冷态清洗一致，热态清洗时，锅炉点火，将水冷壁出口水温控制在150～190℃进行清洗。锅炉厂认为热态开式冲洗可根据凝结水精处理等设备的要求和能力不同相应增加或取消，即热态开式冲洗并非必要的。该工程热态开式清洗时，可采用适当减小流量，增加冲洗时间或者减小进入锅炉的清洗水温（例如80～90℃）的方法进行。

热态循环清洗时，需要给水系统的补水量为BMCR 工况下的7%给水量，约200t/h，水温105～120℃，即使热态清洗水在除氧器内由20℃加热至150℃，经计算热态清洗水所需辅助蒸汽量最多为45t/h。此时给水泵汽轮机所需蒸汽量为20t/h，热态冲洗时锅炉暖风器已投入，暖风器所需蒸汽量为15t/h。总计80t/h，2 台50t/h 启动锅炉也可完全满足要求。

2.3 30%THA 工况

设有启动用电动给水泵的系统，电动给水泵与汽动给水泵的切换点为机组30%THA工况点，此时启动电泵停止工作。因此取消电动给水泵后，30%THA 工况及以下时给水泵汽轮机的用汽量也需由启动锅炉承担。

根据汽轮机厂热平衡图，经计算在 30%THA 工况，给水泵汽轮机最大用汽为30t/h，主汽轮机与给水泵汽轮机轴封用汽量约为8t/h，除氧器加热蒸汽量为30t/h，等离子点火暖风器蒸汽用量8t/h，灰斗加热用汽4t/h，总计需求辅助蒸汽量为80t/h。2 台50t/h 启动锅炉也可满足要求。

综上所述，取消启动用电动给水泵是可行的。2 台50t/h的启动锅炉可满足机组启动的用汽要求和给水泵汽轮机的用汽要求。

3 初投资对比

3.1 设备初投资对比

参考《火电工程限额设计参考造价指标》（2015年水平），启动用电动给水泵组本体价格为620 万元，如果考虑与电动给水泵组相连接的管道、管件、支吊架、阀门等，电动给水泵组的总造价约850 万元。

两台50t/h 的燃油启动锅炉，初投资约715 万元。由第3节可以看出，无论是否设置启动用电动给水泵，在锅炉冷态清洗工况、锅炉热态清洗工况或30%THA 工况时，单台50t/h 的启动锅炉也是不满足要求的，依然要设置2台50t/h 的启动锅炉。因此取消启动电动给水泵后可节约设备初投资约850 万元左右。

3.2 首次启动初投资对比

取消电动给水泵后，机组首次启动时的锅炉冲洗、吹管及冷态启动时所需的给水，要由汽动给水泵供给，有必要对取消电泵和不取消电泵在此阶段的运行费用进行比较，由于机组尚未投运，此阶段的运行费用尚属于初投资范畴。

按照锅炉厂提供的资料，冷态开式清洗1 天，3 小时，冷态循环清洗4～5 天，每天12 小时；热态开式清洗 1 天，约5 小时，热态循环清洗6～7 天，每天12 小时。

锅炉吹管暂按30%BMCR 给水量，吹管时间3～4 天，每天10～12 小时。根据机炉联合启动曲线，机组每次冷态启动到达30%THA 工况的时间约5 小时。表1给出了首次启动时汽动给水泵的运行费用。

电动给水泵一般按照 25～30%容量配置，在以上各工况时，电动机的轴功率约为3000kW，按照运行时间205 小时计算，总耗电量为615000kWh，当地工业电价按647.4 元/MWh计算，如设置电动给水泵，首次启动阶段的运行费用约为39.8 万元。

取消电动给水泵后，机组首次启动时的锅炉冲洗、吹管及冷态启动的运行费用增加约241.44万元。

电厂多台机组运行期间，其中一台机组发生非计划停运后，可通过其他机组供应辅助蒸汽实现机组重新启动，不需要启动锅炉投运。利用全年单台机组运行时间（2862 小时）和年均非计划停运次数（0.69 次），折算到该工程年均需要启动锅炉的机组启动次数为0.23 次，寿期内为6.9 次，机组平均单次非计划停运时间为48.78 小时，根据锅炉厂资料，停机时间在150 小时以内，不必进行冷热态清洗。这种情况下机组冷态启动时，由表1 可知，每次汽动给水泵的费用约为7.2 万元，整个寿期内的费用约为50 万元。

3.3 小结

综上所述，取消电动给水泵后，考虑到机组首次启动时的锅炉冲洗、吹管、冷态启动以及非计划停机的工况，共可节省初期投资850-（241.44-39.8）-50=598.36 万元。

4 取消电动给水泵优缺点对比

4.1 取消电动给水泵的缺点

①如遇两台机组非计划停机情况，机组重新启动，需投2 台启动锅炉，因此，2 台启动锅炉不能拆除，应全部保留或至少保留1 台；②对调试的灵活性不利；③由于厂内未设置油区，业主方还需联系油源，可能拖延机组启动时间。

4.2 取消电动给水泵的优点

①可节约工程造价约 598.36 万元；②減少日后维护、检修工作量；③可使给水系统更加简单，减少故障点；④由于没有了电动给水泵组的检修起吊设施，此处的管道布置更加整洁，主厂房零米更加宽敞。

5 结论

综上所述，在该工程不设电动启动给水泵情况下，分别对首台机组启动时的各个工况下机组耗汽量进行分析和计算，最终确定选用2台50t/h燃油快装启动锅炉（1.27MPa，350℃），可以满足机组的启动用汽要求并可取消启动用电动给水泵，并可节约工程造价约598.36 万元。

参考文献：

[1]DL5000-2000，火力发电厂设计技术规程[S].北京：中国电力出版社，2001.

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[3]于海江.高效超超和二次再热成主流[N].中国电力报， 2016-01-21（006）.