F1449CJ0141 给水泵选型与配置专题报告.docx
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F1449CJ0141给水泵选型与配置专题报告
F1449C-J01-41
神华福建罗源湾储煤发电一体化项目发电厂工程
初步设计阶段
第四册热机部分
给水泵选型与配置专题报告
中国电力工程顾问集团
华北电力设计院工程有限公司
2012年12月北京
批准：
任晓东
审核：
李军
校核：
刘利谈琪英
编写：
袁雄俊李少华
目录
1前言1
2给水泵的配置方案1
3汽动给水泵容量的选择1
4汽动给水泵前置泵与主泵同轴布置探讨4
5电动给水泵的功能及容量选择5
6结论7
1前言
随着火力电厂机组蒸汽初参数的提高，电网整体规模的扩大，技术日趋成熟的1000MW等级的超超临界机组在国内将逐渐增多。
为了最大限度的降低工程造价和运行费用，并在电力市场竞争中处于有利地位。
做为电厂主要辅助设施的关键设备，锅炉给水泵的选型不仅直接影响其自身的安全性和经济性，对整个电厂长期安全、稳定和经济运行也起着非常重要的作用。
1000MW等级超超临界电厂中，考虑运行的经济性，一般均配有汽动给水泵。
同时，为了满足机组启动灵活的要求，多数电厂均配有电动给水泵。
百万等级电厂给水泵组配置方案的优化大多集中在两个方面，汽动给水泵容量、电动给水泵设置的必要性及其功能，即电动给水泵的参数和容量，对不同的启动及运行要求，有不同的配置。
本报告针对本工程1000MW超超临界燃煤机组的设计运行条件，对给水系统的配置进行了技术经济分析，并提出本工程给水泵配置方式的建议。
2给水泵的配置方案
目前国内在建和已投运的1000MW超超临界机组工程中，玉环、邹县四期、泰州电厂、天津北疆电厂给水泵均按2×50%容量的汽动给水泵+1×30%容量的启动/备用电动调速给水泵设置；北仑电厂和海门一期按2×50%容量容量的汽动给水泵+1×30%容量的启动电动定速给水泵设置；外高桥三期和宁海二期则分别按1×100%容量的汽动给水泵和2×50%容量的汽动给水泵设置，均未设启动/备用电动给水泵。
国际上已运行的1000MW等级机组中，日本电厂多采用2×50%容量汽动给水泵，美国及欧洲电厂多采用1×100%容量汽动给水泵。
下文针对本工程的情况，就2×50%容量汽泵、1×100%容量汽泵两个方案，及其派生出来的汽泵前置泵同轴布置方案，以及电动给水泵的功能及容量进行了技术经济比较。
3汽动给水泵容量的选择
汽动给水泵的台数和容量的选择，取决于机组的容量、设备的可靠性、机组在电网中的作用、设备的初投资等多方面因素。
3.1运行可靠性的比较
根据2011年5月中国电力联合会电力可靠性管理中心发布的“2010年电力可靠性指标发布”报告中2010年给水泵组按主机容量分类的运行可靠性指标为：
主机容量
（MW）
统计台数
（台）
运行系数
（%容量）
可用系数
（%容量）
计划停运系数
（%容量）
非计划停运系数
（%容量）
非计划停运率
（%容量）
200-299
426
41.43
95.54
4.38
0.07
0.17
300-399
1450
54.57
93.78
6.13
0.09
0.17
500
21
52.03
95.28
4.72
0
0
600-699
786
58.26
94.18
5.74
0.09
0.15
700
12
57.73
89.87
9.73
0.39
0.68
800
8
27.46
88.42
4.72
6.85
19.98
900
6
56.01
90.92
9.08
0
0
1000
41
62.51
95.19
4.81
0
0
由上表可以看出，给水泵组的运行可靠性与机组容量无关，也就是说与给水泵设备的容量大小无关。
从给水泵运行的统计数据来看，本工程无论是配置2×50%容量的汽动给水泵还是配置1×100%容量的汽动给水泵，其可靠性均能够保证机组长期安全稳定运行，大修的间隔完全能做到与主机相同或更长。
3.2年运行维护检修费用的比较
3.2.1年维护检修费用
采用单台100%容量的汽动给水泵，由于设备数量少，系统简单，易于控制、维护，年维护检修费用较2×50%容量的汽动给水泵相对要低。
3.2.2年运行费用
据有关资料介绍：
100%容量汽动给水泵效率较50%容量汽动给水泵高2%。
对于1台1000MW机组，正常运行时给水泵耗功约为37000kW，如采用100%容量汽动给水泵，泵组耗功将减少740kW。
100%容量小汽轮机汽耗较50%容量小汽轮机约低4%。
对于1台1000MW机组，由于主机抽汽量减少，热耗、煤耗略有降低，经过核算发电标煤耗降低约0.69g/kWh，按设备年利用5000小时计算，对于本工程两台机组每年节约标煤约6900t，折合人民币约628万元（煤价按可研报告中数据910元/t）。
3.3运行灵活性
从运行角度考虑，由于我国电网调度的特性，采用2×50%容量汽动给水泵灵活性更高些，当一台給水泵故障时，仍可以带50%容量的负荷，有益于维持电网的稳定。
同时在机组调试、启动过程中也更加灵活方便。
由于国内大多数百万机组均采用2×50容量汽动给水泵，积累了很多的运行检修经验，便于工程日后的运行、管理。
本工程目前负荷率偏低，机组在低于75%THA工况下运行几率较多，从系统运行的灵活性考虑，本工程采用2×50%容量汽动给水泵方案更具有优越性。
3.4初投资的比较
经咨询目前国内能生产百万机组1×100%容量汽动给水泵的厂家只有苏尔寿在苏州的独资企业--苏州苏尔寿泵业有限公司，但没有生产业绩。
对于国产1×100%容量给水泵汽轮机，目前国内没有订货业绩。
通过与杭汽和东汽厂两个汽轮机厂进行咨询：
杭汽厂现已完成百万机组1×100%容量给水泵汽轮机的技术研发和方案设计，具备了生产1×100%容量给水泵汽轮机的条件；东汽厂已经完成了百万机组1×100%给容量水泵汽轮机的通流部分的研发，预计明年年底可以完成产品的研发设计工作。
目前国际上能生产百万机组1×100%容量给水泵汽轮机主要有ALSTOM、ABB、SIEMENS等。
从国内的实际运行情况来看，只有外高桥三期采用的是1×100%容量的汽动给水泵，并且给水泵和小汽机整体进口。
针对本工程，从配套设备可靠性角度考虑，若采用1×100%容量给水泵方案，整套给水泵组设备建议进口。
一台机组的100%容量汽动给水泵方案与2×50%容量汽动给水泵方案的主要设备的初投资比较见下表。
设备（一台机组）
1×100%汽动给水泵
2×50%汽动给水泵
主给水泵价格（含电动前置泵）
850万元（国产苏尔寿）
2000万元（整套进口）
1470万元
给水泵汽轮机价格
7000～9000万元（进口）
2500万元
整套价格
9000～11000万元（进口）
～3970万元
*上表中100%容量的给水泵汽轮机和给水泵的价格为咨询厂家的大致报价，鉴于影响价格的因素是多方面的，故上述的价格比较可能存在一定的不确定性。
50%容量的给水泵汽轮机和给水泵是参考2011年限额指标。
从初投资方面比较，进口1×100%容量的汽动给水泵投资比国产2×50%容量的汽动给水泵投资高5030～7030万元。
按1×100%容量汽动给水泵年运行收益314万元，银行贷款利率按7.05%计，采用1×100%容量的汽动给水泵方案回收年限约需20多年，因此本工程不建议采用1×100%容量汽动给水泵方案。
3.5综合比较
从上面的分析可以看出，无论是1×100%容量汽动给水泵和2×50%容量汽动给水泵，其可靠性都是能够满足机组的运行要求，1×100%容量汽动给水泵较2×50%容量汽动给水泵具有较好的运行经济性，设备少，运行维护的工作量少，系统简单，但国内目前没有订货业绩。
采用1×100%容量的进口汽动给水泵较2×50%容量的国产汽动给水泵初投资增加较多，设备费用回收年限较长。
从系统运行的灵活性和设备初投资考虑，本工程推荐采用2×50%容量汽动给水泵方案。
4汽动给水泵前置泵与主泵同轴设置的探讨
国内外很多电厂取消独立的电动前置泵，将前置泵与主泵同轴布置，即汽动给水泵前置泵不考虑用电动机驱动，而是由小汽机驱动。
经粗略计算，小机带动前置泵比单独设置电动前置泵可减少厂用电率约0.14%容量，按设备年利用5000小时计算，两台机组年节约厂用电约1400万度，按本工程可研报告中的上网电价445.9元/MWh计算，两台机组节约厂用电每年带来的收益为约624万元。
同时小汽机的进汽量要增加～7t/h，机组的发电标煤耗将增加约0.2g/kWh，每年两台机组增加发电标煤耗约2000吨，每吨标煤按910元，每年增加的费用为182万元，综合比较，采用同轴布置可以节约442万元。
采用汽动给水泵与前置泵同轴布置可以使系统简化，运行维修方便，效率和经济性较前置泵单独布置要高。
汽动给水泵同轴布置时，从设备布置上还需考虑以下问题：
汽动给水泵一般布置在汽机房运转层上，与主汽轮机平行放置。
若采用前置泵与给水泵同轴布置，为防止前置泵汽蚀，除氧器标高要高于运转层。
根据本工程主厂房推荐方案，主厂房采用单排架两列式布置（汽机房+锅炉房），即取消除氧间又同时采用侧煤仓间结构。
汽动给水泵前置泵单独设置时，除氧器大多布置在运转层。
如果汽动给水泵和前置泵同轴布置在运转层上，势必要抬高除氧器布置标高。
除氧器高位布置有以下几种方案：
（1）除氧器高位布置在炉前平台上，在锅炉第一排钢柱与汽机房B列混凝土柱子之间需设置支撑平台，除氧器的荷载将由锅炉构架和汽机房B列柱共同承担，将引起锅炉荷载的变化，引起锅炉价格的增加，另外，锅炉构架将与汽机房混凝土结构相连，两个不同的体系将互相牵扯，锅炉钢构架和汽机房结构需联合计算，设计难度增加，同时影响设备的安全性和稳定性。
一般汽机房B列柱至锅炉前排柱的距离为6.00m，若除氧器布置在炉前，该距离需进一步加大，造成主厂房占地面积的增加。
（2）两台机组的除氧器布置在侧煤仓顶部，该方案不与锅炉发生关系，但布置位置太高，因除氧器荷载较大，每台除氧器运行重量在550t左右，两台除氧器共1100t，作用在煤仓间顶部，引起煤仓间荷载增加，土建梁柱断面尺寸增大，初投资费用增高，稳定性降低。
（3）除氧器布置在侧煤仓间与锅炉之间的平台上，在锅炉侧排柱与煤仓间混凝土柱子之间设置支撑平台。
由于侧煤仓间与锅炉之间布置有送粉管道，最上层送粉管道中心线标高约为36.50m，考虑除氧器支撑平台的梁高，若采用同轴前置泵，布置高度需在40.0m以上。
该方案由于部分荷载同样需要锅炉承担，并需锅炉厂的确认，并引起锅炉厂价格的增加和设计难度的增加，同时，由于布置位置较高，煤仓间土建费用相应增加。
（4）除氧器布置在锅炉钢架内，这样结构体系相互不影响，由于锅炉框架都是多排架钢结构体系，除氧器的荷载增加对于锅炉框架结构的影响小。
根据在技术协议阶段与锅炉厂的配合，考虑除氧器布置在锅炉框架K0-K1柱内41.5m层平台，这样可以满足给水泵前置泵的必须汽蚀裕量要求。
汽动给水泵和前置泵同轴布置也可布置在汽机房中间层，或汽机房0米，但小汽机需采用上排汽布置。
目前国内沁北三期1000MW机组的小汽机即采用的上排汽结构。
该项目的汽动给水泵布置在汽机房零米，因此除氧器可不必再抬高，但小汽机的检修将受到一定的影响，且汽机房将为此有较大的空间被占用。
汽动泵采用同轴前置泵的优点是，可减少厂用电消耗。
特别是目前国内大部分电网的调度特点是按发电机端的输出功率（铭牌功率）进行调度。
减少厂用电耗能，可增加机组的净供电量。
鉴于目前厂用电率已成为衡量机组先进性的重要指标，且采用前置泵和主泵同轴后经济效益较好，本阶段推荐采用前置泵与主泵同轴布置的方式。
5电动给水泵组的功能及容量选择
近年来，我国给水泵及小汽轮机的质量已有很大进步，运行可靠性有较大提高，根据运行经验，在辅助汽源保证的条件下，可以考虑不设启动和备用的电动给水泵。
5.1取消电动给水泵备用功能的可行性
随着电力市场竞争的日趋加剧，降低工程初投资，能够降低上网电价，以提高市场竞争力。
为此，很多项目将目标瞄准了电动给水泵。
有的项目取消了电动给水泵的备用功能，有的甚至完全取消了电动给水泵，其原因是：
汽动给水泵的可靠性高，因给水泵或小汽机的原因而导致整个机组强迫停机的事故为数不多，对机组的运行经济性影响不大。
目前国内外投产的1000MW级大容量机组，给水泵的运行情况良好，给水泵的备用功能投入的极少。
系统设置备用泵时，为保证备用泵快速投入，泵将长期处于热备用状态，且要考虑并泵的给水调节，设置泵的自动投入功能等很多不利因素。
如果取消电动泵的备用功能，在仪表和电气方面可减少很多控制环节，可简化系统的配置，减少运行费用。
因此，对于常规给水泵配置方案，取消电动泵备用功能，从技术上是可行的，对机组的正常启动、稳定运行没有影响。
5.2取消电动给水泵的启动功能的可行性
电动给水泵启动运行灵活、方便。
从接受启动指令到泵带满负荷，电动给水泵组需所时间较短（一般小于30秒）。
而小汽轮机的启动必须经过暖机等缓慢过程，到满负荷运行大约需要15分钟。
若是新建机组的启动调试初期阶段，特别是在锅炉吹管过程中，机组的起、停比较频繁，电动给水泵启停灵活有一定的优势。
若不设启动电动泵的情况下，直接由汽泵启动，小汽轮机在机组启动和停机过程中必须依赖于厂用蒸汽系统的稳定运行，电厂须具备参数稳定、可靠保证的启动汽源。
本工程为新建机组，需再增设一台35t/h的燃油启动锅炉。
据了解1台35t/h的启动燃油锅炉的成套价格约为260万元人民币，锅炉的油耗约3t/h，在启动期间机组的启动调试时间按1个月考虑，启动锅炉每天按5小时满负荷运行，1台35t/h燃煤锅炉的油耗约450t，油价按8700元/t，1台35t/h的启动燃油锅炉启动调试期间，将消耗约392万元的燃油费。
另外，如不设置电动泵，汽动给水泵汽轮机宜自带凝汽器。
如果小机不自带凝汽器，小机排汽需直接进入主机凝汽器，一定程度上会影响机组的安装调试工期或机组停机后的启动时间。
须在主机盘车，凝汽器真空建立后才能启动汽动给水泵，给水泵汽轮机排汽才能够排入凝汽器。
如果为了不影响机组调试工期，保证大修期间汽动给水泵能够提早投入运行，汽动给水泵汽轮机宜自带凝汽器。
这样一来，又增加了设备的初投资及系统的复杂性，且给布置造成一定困难。
考虑到本工程为新建工程，为缩短调试阶段启动时间，减少初投资，推荐两台机组合用一台启动定速电动泵。
如果从满足锅炉最低稳燃负荷和主泵最小流量要求考虑，启动电动泵取30%BMCR容量。
本工程要求锅炉稳压吹管，根据过热器、再热器及其管道各段的吹管系数大于1的原则，锅炉厂计算后建议稳压吹管参数为流量在1300t/h，蒸汽压力在4.5～5.5MPa，主汽温度在420～450℃范围，折合额定工况时启动给水泵的容量需达到45%BMCR。
因此本工程推荐两台机组合用一台45%BMCR容量的启动定速电动泵。
6结论
综上所述，考虑到设备的初投资、设备的可靠性，及系统运行的经济性与灵活性，本工程推荐采用2X50%容量的汽动给水泵（前置泵与主泵同轴布置）方案。
本工程为新建工程，为缩短调试阶段启动时间，满足锅炉稳压吹管要求，推荐两台机组合用一台45%BMCR容量的启动电动泵。
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