張曉東（華電萊州發(fā)電有限公司，山東煙臺(tái)261400）

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1000MW超超臨界機(jī)組主機(jī)泵選型探討

張曉東
（華電萊州發(fā)電有限公司，山東煙臺(tái)261400）

摘要：通過(guò)國(guó)內(nèi)尚未成功應(yīng)用的主汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵與小汽輪機(jī)泵在國(guó)內(nèi)某1000MW新建工程上，進(jìn)行選型優(yōu)化比較。本文認(rèn)為：相對(duì)于小汽輪機(jī)泵主汽輪機(jī)泵提高火電機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性、系統(tǒng)更為簡(jiǎn)單、維護(hù)更為方便等優(yōu)勢(shì)，建議在國(guó)內(nèi)的1000MW新建機(jī)組得到進(jìn)一步的普及。

關(guān)鍵詞：1000MW；火電機(jī)組；給水泵；主汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)

0　引言

我國(guó)1000MW等級(jí)發(fā)電機(jī)組鍋爐的給水泵驅(qū)動(dòng)方式常規(guī)有兩種：電機(jī)驅(qū)動(dòng)和汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)的給水泵主要應(yīng)用于空冷機(jī)組，其廠用電率消耗特別大。汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵是濕冷1000MW等級(jí)機(jī)組的主流配置，目前國(guó)內(nèi)外的汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵方式主要為工業(yè)汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)（簡(jiǎn)稱(chēng)小機(jī)泵）和主汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)（簡(jiǎn)稱(chēng)主機(jī)泵）兩種。因主機(jī)泵在國(guó)內(nèi)尚無(wú)成功應(yīng)用的基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)國(guó)外成功應(yīng)用的主機(jī)泵的經(jīng)驗(yàn)，與目前小機(jī)泵進(jìn)行對(duì)比，為國(guó)內(nèi)新建1000MW等級(jí)濕冷機(jī)組給水泵選型提供參考。

1　主機(jī)泵主要技術(shù)特點(diǎn)

主機(jī)泵目前在國(guó)內(nèi)還沒(méi)有成功應(yīng)用的先例，現(xiàn)對(duì)主機(jī)泵的主要特點(diǎn)進(jìn)行介紹。主汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的給水泵指的是火電機(jī)組鍋爐給水泵由主汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，即于主汽輪機(jī)同軸拖動(dòng)，給水泵布置在主汽輪機(jī)頭側(cè)，由主汽輪機(jī)主軸通過(guò)聯(lián)軸器、齒輪箱、調(diào)速裝置等帶動(dòng)鍋爐給水泵運(yùn)行[1～3]。主機(jī)泵與小機(jī)泵兩種配置方案從直觀上判斷，主汽輪機(jī)的內(nèi)效率比工業(yè)汽輪機(jī)內(nèi)效率高，主機(jī)泵系統(tǒng)比小機(jī)泵系統(tǒng)更加簡(jiǎn)潔（無(wú)工業(yè)汽輪機(jī)的蒸汽系統(tǒng)、潤(rùn)滑油系統(tǒng)以及循環(huán)水冷卻系統(tǒng)等）。主機(jī)泵目前在國(guó)內(nèi)無(wú)成功應(yīng)用的實(shí)例，但在國(guó)外有多年成功運(yùn)行的業(yè)績(jī)。德國(guó)Scholven電廠主汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵從1975年投運(yùn)至今，已安全運(yùn)行四十多年。

2　主機(jī)泵技術(shù)方案分析

下面用某電廠擴(kuò)建機(jī)組為例，對(duì)主機(jī)泵的技術(shù)方案進(jìn)行論證分析。某電廠規(guī)劃6×1000MW超超臨界火電機(jī)組；一期工程2×1000MW超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組已建成投產(chǎn)，本期工程擴(kuò)建2×1000MW級(jí)超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，同步建設(shè)煙氣脫硫、脫硝裝置。該電廠二期工程擬采用1×100%BMCR容量汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵組配置方案，給水泵組設(shè)計(jì)參數(shù)為：

主給水泵流量：3105/2890t/h；

主給水泵揚(yáng)程：1650/4250m；

主給水泵軸功率：40500kW；

本工程主給水泵軸功率約為41MW，汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵方案按主給水泵和前置泵不同軸布置考慮?？紤]二期為擴(kuò)建工程，小機(jī)泵配置方案為1×100%BMCR容量汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵組；主機(jī)泵配置方案為1×100%BMCR容量汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵+1×30%BMCR容量電動(dòng)啟動(dòng)定速給水泵組。

2.1主機(jī)泵方案給水泵布置位置選擇

主機(jī)泵有兩種布置方案（如圖1所示），方案一：給水泵組同軸布置在汽輪機(jī)高壓缸側(cè)（或叫機(jī)頭側(cè)），方案二：給水泵組同軸布置在發(fā)電機(jī)側(cè)（或叫機(jī)尾側(cè)）。兩種方案均需要主機(jī)廠進(jìn)行核算，下面將對(duì)汽輪機(jī)的機(jī)頭和發(fā)電機(jī)的機(jī)尾進(jìn)行分析，判斷給水泵與主機(jī)連接方案的可行性。

2.2主機(jī)泵技術(shù)方案選擇

主機(jī)泵方案在國(guó)外電廠均采用方案一（即給水泵與主機(jī)同軸布置在汽輪機(jī)機(jī)頭側(cè)，由汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子直接拖動(dòng)，給水泵與主機(jī)之間通過(guò)齒輪箱和調(diào)速裝置連接），該主機(jī)泵方案配置的設(shè)備主要有：與主汽輪機(jī)同軸相連的聯(lián)軸器、分軸齒輪箱、調(diào)速裝置以及給水泵組等。本工程計(jì)劃用100%容量給水泵配置方案，其平面布置如圖2所示，與主汽輪機(jī)同軸相連的聯(lián)軸器、調(diào)速裝置以及給水泵組等。

2.3技術(shù)方案中需要注意和解決的問(wèn)題

2.3.1對(duì)汽輪機(jī)機(jī)頭側(cè)的影響

給水泵布置于汽輪機(jī)機(jī)頭側(cè)，針對(duì)上海機(jī)組，機(jī)頭側(cè)原布置為高速液壓盤(pán)車(chē)裝置（60rpm），現(xiàn)則需要改變現(xiàn)有的盤(pán)車(chē)方式或改變現(xiàn)有液壓盤(pán)車(chē)的位置[4]。

1）可將原液壓盤(pán)車(chē)方式改為傳統(tǒng)的電動(dòng)盤(pán)車(chē)，布置在機(jī)組某個(gè)軸承座側(cè)面實(shí)現(xiàn)連續(xù)盤(pán)動(dòng)轉(zhuǎn)子。超超臨界機(jī)組采轉(zhuǎn)子之間通過(guò)靠背輪直接連接無(wú)墊片，如改為電動(dòng)盤(pán)車(chē)，需要在靠背輪之間增設(shè)一個(gè)盤(pán)車(chē)齒輪盤(pán)，對(duì)軸系以及聯(lián)軸器的連接方式均將帶來(lái)不利影響，需要全部重新設(shè)計(jì)。同時(shí)現(xiàn)有機(jī)組為單軸承支撐方式，軸承座落地結(jié)構(gòu)，軸系短，汽缸之間結(jié)構(gòu)緊湊，根據(jù)現(xiàn)有的布置情況，沒(méi)有布置電動(dòng)盤(pán)車(chē)的空間，改為傳統(tǒng)的電動(dòng)盤(pán)車(chē)方式實(shí)現(xiàn)難度十分巨大。

2）可將現(xiàn)有的液壓盤(pán)車(chē)移至主發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁機(jī)側(cè)，保持原有的技術(shù)風(fēng)格，理論上是可行的。

2.3.2軸系的影響

給水泵與超高壓缸之間的膜盤(pán)聯(lián)軸器不但能傳遞巨大扭矩，同時(shí)可以在軸向、徑向、角向等任意方向拉伸、彎曲、扭轉(zhuǎn)。根據(jù)現(xiàn)有資料可以認(rèn)為給水泵軸系和主機(jī)軸系是相互獨(dú)立的，僅僅通過(guò)膜盤(pán)聯(lián)軸器進(jìn)行扭矩的傳遞。但膜盤(pán)聯(lián)軸器是否有作用力作用在主機(jī)軸系上還需要膜盤(pán)聯(lián)軸器廠家提供相關(guān)說(shuō)明及數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)配合及計(jì)算，經(jīng)汽輪機(jī)廠初步分析，如果采用撓性膜盤(pán)聯(lián)軸器（如BHSTwinTors膜盤(pán)聯(lián)軸器），則由于該聯(lián)軸器要具備一定的吸收中心線偏差能力，同時(shí)具備較強(qiáng)的吸收軸向膨脹的能力，因此，泵組軸系對(duì)主汽輪機(jī)軸系的影響可降至很小，可達(dá)到不計(jì)入汽輪機(jī)主軸穩(wěn)定性復(fù)核的程度。

2.3.3調(diào)速裝置方案確定

將主汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速?gòu)暮愣ǖ?000rpm通過(guò)齒輪箱轉(zhuǎn)接，是否降低到1500rpm左右。從調(diào)速裝置的選型經(jīng)驗(yàn)看，1500rpm左右的輸入轉(zhuǎn)速是調(diào)速機(jī)構(gòu)最適宜的輸入轉(zhuǎn)速。輸入轉(zhuǎn)速的增高將相應(yīng)增加調(diào)速設(shè)備轉(zhuǎn)子的葉尖速度，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)需要做相應(yīng)的設(shè)計(jì)以確保適應(yīng)更高的輸入轉(zhuǎn)速，隨之而來(lái)的是不必要的設(shè)備生產(chǎn)成本增加、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)提高和交貨周期的延長(zhǎng)等問(wèn)題需要進(jìn)一步與制造廠溝通。

調(diào)速裝置與汽輪機(jī)之間應(yīng)裝設(shè)離合器，實(shí)現(xiàn)沖轉(zhuǎn)、暖機(jī)、啟機(jī)以及甩負(fù)荷等各個(gè)工況下的解列功能。

3　主機(jī)泵與小機(jī)泵經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析

經(jīng)過(guò)上述初步分析，主機(jī)泵方案基本可行，下面針對(duì)主機(jī)泵與小機(jī)泵兩種方法的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析比較。

3.1主機(jī)泵與小機(jī)泵系統(tǒng)配置分析

主機(jī)泵方案為主汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，調(diào)速裝置調(diào)節(jié)；小機(jī)泵是工業(yè)汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，工業(yè)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)[2]。兩種方案的具體配置圖如圖3和圖4所示。

從配置方案可以看出，兩種方案的能效比較在于小機(jī)內(nèi)效率與主機(jī)內(nèi)效率的比較以及連接設(shè)備的能耗的比較。

3.2主機(jī)泵與小機(jī)泵經(jīng)濟(jì)性比較

本次能效分析的基礎(chǔ)是按照汽輪機(jī)廠家提供的小機(jī)泵方案熱平衡圖，因主機(jī)泵方案廠家未提供熱平衡圖，經(jīng)濟(jì)分析時(shí)暫按照小機(jī)泵方案熱平衡圖進(jìn)行延伸，其假設(shè)條件為：主機(jī)泵與小機(jī)泵方案中的汽輪機(jī)的主蒸汽進(jìn)氣量相同；超高壓缸、高壓缸、中壓缸的效率均相同；主機(jī)泵的低壓缸進(jìn)行增容（能接納原小機(jī)泵去工業(yè)汽輪機(jī)的蒸汽），并且效率與小機(jī)泵低壓缸效率相同[3]。

通過(guò)上述假定條件，可得出能效分析見(jiàn)表1。

表1　能效分析

通過(guò)表1可看出小機(jī)泵方案年熱耗=7079kJ/kWh；主機(jī)泵方案年平均熱耗=7063.6kJ/kWh；兩個(gè)方案全年平均熱耗相差15.4kJ/kWh，約節(jié)約標(biāo)煤0.56ceg/kWh，上述條件按設(shè)備利用小時(shí)5500h進(jìn)行分配。

綜上分析可得出主機(jī)泵方案在能效方面年平均熱耗低15.4kJ/kWh，主機(jī)泵每年將節(jié)約標(biāo)煤6160t，約493萬(wàn)元（按年利用小時(shí)數(shù)5500h，標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)800元/t計(jì)算）。

因系統(tǒng)簡(jiǎn)單，主機(jī)泵檢修工作量小，日常維護(hù)和大小修費(fèi)用也將每年節(jié)省近百萬(wàn)元。

由于主機(jī)同軸布置汽泵，在電網(wǎng)調(diào)度同樣負(fù)荷下，主機(jī)實(shí)際工況將相應(yīng)提高約35MW，由于負(fù)荷率提高，機(jī)組實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷點(diǎn)上移，主機(jī)熱耗將下降，根據(jù)主機(jī)廠提供的100%工況和75%工況熱平衡圖，熱耗將平均下降約15kJ/kWh，發(fā)電煤耗將下降0.55g/kWh，年節(jié)約標(biāo)煤約6050t，年節(jié)省燃料費(fèi)用約484萬(wàn)元。

綜上所述，主機(jī)泵較小機(jī)泵方案在不考慮維護(hù)費(fèi)用減少的情況下，年節(jié)約燃料費(fèi)用約977萬(wàn)元。

3.3主機(jī)泵與小機(jī)泵造價(jià)分析

主機(jī)泵方案和小機(jī)泵方案的設(shè)備造價(jià)分析見(jiàn)表2。

表2　設(shè)備造價(jià)分析

通過(guò)表2可知，主機(jī)泵比小機(jī)泵的設(shè)備費(fèi)用基本降低660萬(wàn)元；若考慮本工程使用一期的電動(dòng)啟動(dòng)給水泵，設(shè)備初投資可節(jié)約1280萬(wàn)元。

主機(jī)泵和小機(jī)泵方案的布置變化影響主廠房體積變化，主機(jī)泵方案的汽機(jī)房跨度將減小，但長(zhǎng)度將增加，主廠房的變化和方案的變化將影響設(shè)備的費(fèi)用、設(shè)備基礎(chǔ)和主廠房等土建費(fèi)用、四大管道的費(fèi)用等，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

主機(jī)泵與小機(jī)泵方案的投資基本相當(dāng)?？紤]利用一期電動(dòng)啟動(dòng)給水泵和不計(jì)汽輪機(jī)設(shè)計(jì)修改費(fèi)用，主機(jī)泵比小機(jī)泵方案節(jié)約初投資約960萬(wàn)元。

表3　方案費(fèi)用比較匯總

4　總結(jié)

4.1主機(jī)泵與小機(jī)泵在系統(tǒng)配置、運(yùn)行等方面各有優(yōu)勢(shì)

（1）采用主機(jī)泵系統(tǒng)簡(jiǎn)化，取消了工業(yè)汽輪機(jī)，減少了系統(tǒng)管路預(yù)暖，汽源切換、小機(jī)沖轉(zhuǎn)相關(guān)工作，提高設(shè)備響應(yīng)速度，同時(shí)整個(gè)控制調(diào)速系統(tǒng)的取消，減少了控制油管路泄漏風(fēng)險(xiǎn)與遮斷、閥門(mén)活動(dòng)試驗(yàn)時(shí)引發(fā)的設(shè)備隱患，正常運(yùn)行中減少了小機(jī)相關(guān)定期工作，大大減少了運(yùn)行工作量。

（2）主機(jī)泵取消小機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)，附屬油系統(tǒng)試驗(yàn)等相關(guān)工作，同時(shí)大大降低了因潤(rùn)滑油系統(tǒng)故障，如管路泄漏、油泵起壓慢等，造成的設(shè)備故障。

（3）采用主機(jī)泵，工業(yè)汽輪機(jī)的取消，減少了凝汽器系統(tǒng)真空的泄漏點(diǎn)，大大提高了主機(jī)真空運(yùn)行可靠性。減少了供汽管路暖管疏水、閥門(mén)內(nèi)漏造成的熱量損失以及大量的操作工作。

（4）設(shè)備檢修工作量和備品備件減少。

4.2主機(jī)泵的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)

（1）國(guó)外最近投運(yùn)機(jī)組已滿20年，最近國(guó)外無(wú)新建機(jī)組，主機(jī)泵方案的發(fā)展趨勢(shì)不掌控。建議國(guó)內(nèi)新建機(jī)組加強(qiáng)對(duì)國(guó)外已投運(yùn)機(jī)組調(diào)研，全面掌握其發(fā)展趨勢(shì)和運(yùn)行中存在的問(wèn)題。

（2）主機(jī)廠與給水泵同軸的軸系核算以及汽輪機(jī)盤(pán)車(chē)和危機(jī)遮斷器等設(shè)備維修存在的風(fēng)險(xiǎn)因素。

（3）調(diào)速裝置的輸入轉(zhuǎn)速若降為1500r/mim，其高負(fù)荷經(jīng)濟(jì)效率與小機(jī)泵方案略高，但低負(fù)荷（低于50%）將低于小機(jī)泵方案。國(guó)內(nèi)目前投產(chǎn)超超臨界機(jī)組要求的調(diào)峰能力是50%～100%，低于50%負(fù)荷的工況只出現(xiàn)在啟停機(jī)階段，此缺點(diǎn)可以不考慮。

（4）主機(jī)泵偶然工況對(duì)主機(jī)的影響以及控制需要進(jìn)一步研究。

5　結(jié)語(yǔ)

綜上所述在技術(shù)上目前1000MW等級(jí)的汽輪機(jī)組選擇主汽輪機(jī)給水泵方案是可行的，從國(guó)外的四十多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來(lái)看主機(jī)泵在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行來(lái)看是可靠的；對(duì)于目前國(guó)內(nèi)常用的小汽輪機(jī)給水泵相比較，主汽輪機(jī)給水泵的熱經(jīng)濟(jì)性要更好；考慮目前國(guó)內(nèi)節(jié)能環(huán)保的需求，在新建的1000MW等級(jí)的火電機(jī)組上選用主汽輪機(jī)泵的方案，可以提高火電機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性，且熱力系統(tǒng)更為簡(jiǎn)單，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用更低，建議在國(guó)內(nèi)1000MW新建機(jī)組進(jìn)行推廣。

參考文獻(xiàn)：

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修回日期：2016-01-25

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（6）煤炭清潔燃燒技術(shù)。

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Analysis on Type Selection of Turbine Drive Feed Water Pump for 1000MW Ultra-supercritical Unit

ZHANG Xiao-dong
（Huadian Laizhou Power Generation Co.，Ltd，Yantai 261400，China）

Abstract：Through domestic not yet successful application of the main steam turbine driven feed pump and small steam turbine pump in a domestic 1000MW new project，the selection and optimization of comparison. This paper argues that：compared to the small turbine pump turbine pump to improve the thermal power units thermal economy，system is more simple，maintenance is more convenient，and other advantages，it is recommended in domestic 1000MW new unit further popularization

Key words：1000MW；thermal power unit；feed water pump；main turbine drive

收稿日期：2015-12-29

作者簡(jiǎn)介：張曉東（1977-），男，福建仙游人，工程碩士，工程師，主要從事火力發(fā)電廠集控運(yùn)行值長(zhǎng)工作。

中圖分類(lèi)號(hào)：TM621

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：2095-3429（2016）01-0039-05

DOI：10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.01.009