本科毕业设计300mw燃煤机组锅炉给水泵配置方式的研究文档格式.docx
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完成日期:
2015年6月3日
300MW燃煤机组锅炉给水泵配置方式的研究
摘要
锅炉给水泵是火力发电厂的重要辅机，国内给水泵常用的驱动方式有小汽轮机驱动和液力耦合器调速电动机驱动两种。
本文以大机与小机均湿冷的大型燃煤火力发电机组为研究对象，通过对300MW火电机组汽动给水泵、电动给水泵配置标准的调研，提出全部为电动给水泵配置方式、全部为汽动给水泵配置方式、电动给水泵和汽动给水泵综合配置方式3种方案，采用定性分析和定量计算相结合的方法，对3种方案的经济性进行分析和计算得出结论。
关键词：
燃煤机组；
给水泵；
小汽轮机驱动；
电动机驱动；
经济性
STUDYONTHE300MWCOAL-FIREDUNITBOILERFEEDWATERPUMPCONFIGURATIONMODE
ABSTRACT
Boilerfeedpumpisoneofthemostimportantauxiliaryequipmentinthermalpowerplant,thetwomaindrivingmodesoffeedpumpsaremotor-drivenmodeandsteam-drivenmodeinChinapowerstations.Thispapertakeslargecoal-firedgeneratingunitwiththebigturbineandsmallturbinecancoolbywaterastheobjectofstudy,investigatedthetwodrivingmodesrunningsituationandcollocationstandard,allproposedforelectricfeedwaterpumpconfigurationmode,allforthesteamfeedpumpconfigurationmodeandsteamfeedwaterpump,electricpumpisintegratedconfigurationwaythreekindsofschemes，adoptsthemethodofcombiningqualitativeanalysisandquantitativecalculation,analysisandcalculationoftheeconomyofthreekindsofschemesfortheconclusion.
Keywords：
coal-firedunit;
feedwaterpump;
motor-driven;
steam-driven;
economy
1绪论………………………..……………………………….……………………..............1
1.1课题背景……………………………………………………………………..............1
1.2研究的目的和意义……………………………………………………….…............1
1.3国内外研究现状...........................................................................................................1
1.4课题研究内容…………………………………….....................................................4
2给水泵的配置方式……………………………………......................................................5
2.1给水泵组的配置原则…………………………………….........................................5
2.2国内300MW机组给水泵组的配置情况调研分析…………………….......................5
2.2.1国内给水泵配置情况……………………………………..............................5
2.2.2国内300MW机组给水泵组的配置方式分析………………………..............6
2.2.3备用给水泵的容量配置分析……………………………………................7
2.2.4给水泵运行情况统计…………………..........................................................7
2.3给水泵组的驱动方案……………………………………..........................................8
3热经济性比较………………………………………………………................................10
3.1火力发电厂的热经济性指标…………………........................................................10
3.2锅炉给水泵热经济性比较方法介绍…………………............................................13
3.2.1比较两种方式的相对效率…………………..............................................13
3.2.2比较各自的输出净功率…………………..................................................14
4300MW机组不同配置方式经济性比较实例…………………..........................................16
4.1给水泵组驱动方案及配置情况…………………....................................................16
4.2主要热力参数…………………................................................................................16
4.2.1主机的主要技术规范…………………........................................................16
4.2.2不同工况下的数据…………………............................................................16
4.3热力计算公式…………………................................................................................18
4.3.1给水泵组的轴功率…………………............................................................18
4.3.2电动调速方式时主机的发电量…………………........................................18
4.3.3汽动方式时主机的发电量………………………………………................18
4.3.4泵组耗电量以及因泵组耗功而使主机少供电量………………................19
4.3.5机组净热耗………………………………………………………................19
4.4计算结果………………………………………………………................................20
4.5技术经济比较……………………………………………….....................................20
4.5.1投资费用比较……………………………………........................................20
4.5.2热力系统比较………………………………………………........................21
4.5.3可靠性比较………………………………....................................................21
4.5.4运行方式的比较…………………................................................................21
5结论与展望………………………………………………………....................................22
5.1结论………………………………………………………........................................22
5.2展望……………………………………………………….........................................22
参考文献…………………………………………………………………………..................23
致谢…………………………………………………………………………………..............25
1绪论
1.1课题背景
改革开放30年来，电力工业有了天翻地覆的变化。
在1978年，中国的电力装机容量还只有5712万kW，年发电量仅2566亿kW·
h。
但到了2013年底，全国发电装机容量已达到12.5亿kW，首次超越了美国成为世界第一的电力生产大国。
火力发电在电力生产中占据着主导的地位，由2015年国家能源局发布的数据显示，2014年底全国火电装机容量为9.2亿千瓦。
据统计，我国发电燃煤占煤总产量比例的50%以上，这一状况预计还要持续相当长的一段时间。
在2013年底，火电机组供电标准煤耗率为321g/（kW·
h），使我国煤电机组继续达到世界先进水平，提前达到了国家节能减排“十二五”规划的标准。
根据国家发改委、环保部和国家能源局联合印发的《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020）》，将计划到2020年，现役燃煤发电机组改造后平均供电煤耗率低于310g/（kW·
h）。
但是由于雾霾等环境问题的日益突出，环保标准日益严苛，水电、核电、风电等清洁能源迅猛发展，倒逼电厂在保证发电量的情况下降低能耗。
1.2研究的目的和意义
在发电厂中，给水泵的作用是向锅炉供给一定压力和温度的给水，因此它是电厂中最重要的辅助设备，同时又是电厂辅机设备中耗能最大的设备，其安全而经济地运行对火电机组关系重大。
对于单机容量为300MW的火电机组给水泵组功率大约在7000kW，约可占主机功率的3%。
如果能把给水泵的耗功降低，不但对提高机组运行经济性的贡献巨大，而且符合国家节能降耗政策。
给水泵的配置方式不但影响到热力系统的安全性及经济性，而且不同的配置方式对电厂的投资影响较大，不同配置所带来的布置上的变化会导致土建、管道材料、电缆等投资上的变化[1-3]。
因此，本论文是根据300MW燃煤机组的特点，通过对给水泵组的选择提出比选方案，定性和定量地分析和比较，从而达到使电厂能够安全与经济运行、实用以及降低设备投资的目的。
1.3国内外研究现状
国内常用的给水泵驱动方式主要有小汽轮机驱动（简称汽动）和电动机驱动（简称电动）两种：
凝汽式
小汽轮机驱动
背压式
给水泵驱动方式液力耦合器变速
变频调速
电动机驱动无转向器电机调速交流变频调速
串级调速
国内外的研究结果一般认为：
300MW以下容量机组采用电动调速泵，300MW以上容量机组采用汽动泵经济效益比较明显，对于300MW机组采用电动泵与汽动泵方式相比经济效益差别不大[4]。
给水泵驱动方式的选择主要取决于热经济性的高低。
从国际上看，以英、法、德、意等为代表的西欧国家，倾向于采用电动方式。
原因是：
他们生产的小汽机内效率几乎相等于电能传递效率和主机低压缸内效率的乘积，电动驱动方式的综合投资要比汽动驱动低得多。
而美、日、前苏联则认为他们生产的小汽机内效率高，并大于电能传递效率和主机低压缸内效率的乘积，故认为汽动驱动方式优于电动驱动方式。
我国由于引进美国技术而多采用小汽机驱动方案。
实际上，由于国产小汽机的内效率较主机低压缸内效率低得多，其经济性需作进一步论证[3]。
国内很大一部分人认为汽动方式优于电动方式，比如张春发等就认为汽动给水泵方案与电动方案相比增大了主机的出力，降低了发电净热耗率和综合成本煤耗率，小汽轮机驱动给水泵节约了厂用电，提高了机组运行效率，且运行稳定性较好，调节性能良好，故应该选取汽动方式[5]。
然而国内的另一些观点却认为从表面上看，汽动方式可增加供电量，电动方式能量转换的环节多，消耗电量多，厂用电率高。
但实际上由于国产小汽机的内效率较主机低压缸的效率低得多，导致汽动方式消耗的能量更多，由于其消耗的热能未计入厂用电，造成其厂用电率低、经济性好的假象，并对300MW机组给水泵电动和汽动驱动方式的经济性进行比较，指出电动驱动方式的运行费用低，投资省，经济性明显优于汽动方式[1][6]。
大型机组运行多年后，根据机组运行的实际情况，一种新的选型思路逐渐清晰：
采用100%全容量汽泵配置，新建电厂取消电泵备用功能，条件合适的扩建电厂直接取消电泵。
对300MW机组，采用全容量汽泵，不设电泵或只设满足机组启动功能要求的启动电动泵具有节约投资、节省占用空间和简化系统的优点[7][8]。
目前国内已有部分电厂成功实现了上述方案，而国外300MW及更大容量机组配置全容量汽泵已很普遍，从实际应用上也验证了这一方案的可行性。
全容量汽泵在机组低负荷时运行的经济性好于2台半容量汽泵。
从长远发展的观点出发，对300MW机组设置100%全容量汽泵，不设电动泵或只设满足机组启动功能要求的启动电动泵是给水泵配置的发展趋势。
随着现代先进变速驱动技术的发展，出现了新型锅炉给水泵驱动技术。
新出现的高效液力耦合器，其在50%负荷时还有高达92%左右的效率，比传统的液力耦合器高20%左右，对传统意义上汽泵方案热经济性占优的理论提出了挑战。
赵恩婵将调速之星与传统液力耦合器进行比较，年节电收益约405.8万元[9]。
因此，应用高效液力耦合器技术对提高电厂经济性无疑是一种好方法。
在交流变频调速技术中，无换向器电机调速技术是在大型机组锅炉给水泵驱动方面应用最广泛、经验最成熟的一种。
它具有热经济性好和热力系统简单的优点[10]。
随着电力电子技术的不断发展，从长远观点看，无换向器电机调速方式是比较经济而又有发展前途的驱动方案。
对于新型的主机同轴驱动给水泵，在减少厂用电消耗的同时，可简化工艺系统，减少设备工程投资并提高机组热经济性[11-12]。
虽然它在过去在美国应用中遇到困难而被淘汰，但是它减少了能量传递环节，提高了能量转换效率，所以它也是给水泵配置方式中重要的发展方向。
给水泵是发电厂最重要的辅机之一，国内对给水泵配置方式的研究早已不是新鲜话题[13]。
总结国内有关文献，归纳了前人在锅炉给水泵驱动方案热经济性研究上尚存在以下一些不足：
（1）片面强调降低厂用电率，忽视了发电机组的实际能耗指标；
（2）片面强调小汽轮机的额定工况下的高效率，忽视了小机变工况下的低效率；
（3）管道效率及汽动方案其他耗功没有充分考虑；
（4）国内大型火电机组锅炉给水泵容量及驱动设备容量偏大，没有充分分析容量偏大对热经济性的影响。
综上所述，国内外300MW燃煤机组给水泵配置方式多种多样，国际上，英、法、意、比利时等西欧国家倾向采用电动方式，美、日、前苏联等国家倾向采用汽动方式。
由于国外小汽机的内效率较高，达86%，故国外学者认为2种方式的经济性相差不大。
而国内却普遍认为汽动方式较电动方式供电量大、经济性好，所以300MW机组几乎都采用汽动给水泵。
但由于国产小汽轮机的内效率较主机低压缸内效率低得多，所以在实际中必须根据工程的具体情况，通过综合分析选择合理的给水泵配置方式，以提高电厂的经济效益。
1.4课题研究内容
本文对燃煤机组给水泵不同配置方式进行研究，主要以上海汽轮机有限公司生产的300MW机组为例，主要进行的工作如下：
（1）通过进图书馆查阅文献，上网查询资料，走访电厂获取第一手资料，尽可能多角度、全面地了解本课题的发展状况。
（2）对收集的资料进行研究和分析，总结300MW机组给水泵不同配置方式的特点。
（3）通过对上面的分析来确定比选方案，对国内300MW机组的不同给水泵配置方式进行计算，初始数据由某电厂给出的热平衡图给出。
2给水泵的配置方式
2.1给水泵组的配置原则
给水泵的配置方式，主要是指给水泵的类型、台数和容量的选择。
目前，在大型火电机组中，给水泵主要有汽动给水泵和电动给水泵两种类型，但是电动给水泵又有定速泵和调速泵两种，而汽动给水泵又可以配置不同容量和台数，因此给水泵的配置方式呈现出多样性。
给水泵配置方式的选择涉及到的因素很多，比如锅炉的型号，汽轮机机组和锅炉最低允许负荷；
汽动泵结构特点、质量水平，两种泵的价格及其运行经济性；
还要满足单元机组的不同运行方式要求等。
单元制给水泵的选择和配置原则应该是保证给水系统运行安全可靠、投资费用最低、运行经济、调节灵活、增加供电量。
这些原则相互之间不是孤立的，是有联系的。
通常来讲，我们主要适当注意某些设计细节，不论对于哪种配置方式，都能符合上面所要求的技术条件。
2.2国内300MW机组给水泵组的配置情况调研分析
2.2.1国内给水泵配置情况
根据国家发布的《大中型火力发电厂设计规范》中规定，对300MW机组的运行给水泵，宜配置1台容量为最大给水量100%或2台容量各为最大给水量50%的汽动给水泵。
经技术经济比较后认为合理时，也可设置3台容量各为最大给水量50%的调速电动给水泵[13]。
根据对国内外电厂的调查，300MW机组给水泵配置方式对国内部分电厂进行调查，得到配置情况如下表。
表2-1300MW电厂给水泵配置情况表
序号
工程名称
给水泵配置方式
备注
汽动给水泵
电动给水泵
1
珠江电厂
2×
50%
1×
—
2
湛江电厂一期
100%
3
沙岭子电厂一期
4
大唐鸡西Ｂ厂
续表2-1
5
沙角A电厂
30%
6
元宝山
3×
7
内蒙古达拉特电厂
8
太一五期
9
张家口电厂
10
大坝
电动泵为定速
11
吴泾电厂
12
偃师电厂
2.2.2国内300MW机组给水泵组的配置方式分析
总体来说，300MW机组给水泵配置方式主要有汽动加电动（启动和备用）和电动两种方式。
目前我国主要采用采用第一种方式，其中汽动泵作为主运行泵，电动泵作为启动或事故备用泵。
这是由于我国上网调度的特点决定的，而前一种方式比后一种方式的所消耗的厂用电量低，能输出更多的电量，故我国几乎全部采用第一种方式。
汽动加电动的配置按泵的容量又可以分2种配置：
100%容量汽动给水泵+1×
50%容量启动电动给水泵；
50%容量汽动给水泵+1×
50%容量汽动给水泵。
这两种方式相比，2×
50%容量汽动给水泵中如果有一台汽动给水泵出现问题，那么备用的50％容量电动泵能够自动投入运行，跟另外一台50％容量的汽动泵并联运行，这时候，机组能够正常满负荷运行。
但是如果是1×
100%容量汽动给水泵遇到这种情况，只能依赖50％容量的用于备用的电动给水泵，却不能满足机组在带60％负荷时的给水需要。
故2×
50%配置方式具有运行方式灵活，可靠性高的特点。
这也是影响我国以往喜欢采用2×
50%容量汽动给水泵这种配置的主要因素，比如我国的珠江电厂、青岛电厂等。
在国外300MW及更大容量机组采用1×
100%容量汽动给水泵已经很普遍，在国内使用1×
100%容量汽动给水泵的电厂虽然数量少，但也积累了足够多的运行经验，这得益于我国大量引进外国先进技术，使得1×
100%容量汽动给水泵质量上升，可靠性提高。
100%容量汽动泵比2×
50%汽动泵一般节省投资大约20%，而且1×
50%汽动泵的效率更高，降低了机组热耗大约8～16kJ/（kW·
h），故1×
100%容量汽动给水泵的经济性强于2×
50%汽动给水泵。
而且在机组40%~100%负荷范围内，给水泵能够与主机的负荷变化相对应，这就没有双泵并联运行的麻烦。
正是由于1×
100%容量汽动给水泵具有这么突出的优点，所以北美和欧洲大力推荐使用1×
100%容量汽动给水泵。
美国的汤姆斯电厂和盖文电厂B.B.C公司产130万千瓦机是100%容量汽动给水泵，甚至一些公司取消了电动备用泵，比如托马斯·
克里克厂60万千瓦的4号机、卡特尔厂61.5万千瓦的1、2号机。
欧洲的英国电气公司30万千瓦机组，英国的韦斯特·
伯顿电厂法国拉托公司25万千瓦机组为100%容量汽动给水泵加2×
50%电动给水泵，法国阿尔斯通60万千瓦机组和西德60万千瓦机组则为100%容量汽动给水泵加2×
25%电动给水泵，英国新66万千瓦机组则变成了为100%容量汽动给水泵加1×
50%电动给水泵，只有一半备用量，向美国靠近。
在我国，湛江发电厂一期1、2号机组和沙岭子电厂一期1、2号机组是国产300MW机组，采用了1×
但是运行了几年，成绩不理想。
原因是多次发生事故，即汽动给水泵故障跳闸引起锅炉汽包水位低，机组跳闸，甚至锅炉干锅，这样造成了电厂不能安全运行。
所以后面湛江发电厂二期工程2×
300MW机组及沙岭子电厂二期工程2×
300MW机组（已投产）的给水泵都采用2×
50%容量，提高了可靠性。
但是随着给水泵技术的进步，我国又有使用1×
100%容量给水泵的趋势，这与国际上给水泵配置方式现状相吻合。
2.2.3备用给水泵的容量配置分析
目前国内300MW机组电厂的备用泵大多为1×
50%容量的电动给水泵，但也有使用1×
30%容量的电动
升级会员 