循环水泵房比较剖析.docx
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循环水泵房比较剖析
神华神东电力河曲电厂2×350MW工程
EPC总承包招标文件
循环水泵选型优化专题报告
目录
内容摘要
1概述
1.1工程概况
1.2气象条件
2间接空冷系统
2.1概述
3循环水泵配置方案的选择
3.1循环水泵配置方案的比较
3.2技术比较
3.3综合经济比较
4结论与建议
【内容摘要】根据本工程实际情况以及业主要求，对间冷系统的循环水泵配置进行了如下两种方案的技术经济比较，方案一：
每台机配3台定速卧式双吸循环水泵，可通过调整水泵的运行台数，适应不同季节或机组负荷时对水量的不同要求；方案二：
每台机配2台卧式双吸循环水泵，且每台水泵所配电机均为变频电机，在系统运行过程中通过变频调节来满足不同季节或机组负荷时对循环水量的不同需要。
经过综合技术经济比较，推荐采用方案一。
1.概述
1.1工程概况
神华神东电力河曲2×350MW煤矸石发电工程位于山西省西北部，忻州地区河曲县境内。
河曲县东与偏关、五寨县紧连，南与保德、岢岚县毗邻，西邻黄河与陕西省府谷县、与内蒙古自治区准格尔旗隔河相望。
本工程属新建性质，建设规模为2×350MW超临界表面式间接空冷纯凝机组，锅炉为超临界循环流化床锅炉。
锅炉为超临界直流燃煤锅炉、循环流化床燃烧方式，一次中间再热、单炉膛紧身封闭布置、平衡通风、固态排渣、全钢架结构锅炉。
汽轮机型式为超临界、一次中间再热、表凝式间接空冷、凝汽式汽轮机。
1.2气象条件
1.2.1气候概况
河曲地处内陆深处的黄土高原东北部，属于温带季风大陆性气候，冬季受蒙古冷高压控制，气候寒冷干燥，雨雪稀少多风沙，夏季西太平洋副热带高压增强，暖湿的海洋气流从东南或西南进入本区，冷、暖气流交绥形成降水，故大陆性气候明显，冬季时间长，夏秋时间短，四季分明。
1.2.2基本气象要素统计值
根据河曲气象站建站以来的多年观测资料统计，河曲气象站基本气象要素年值和月值统计如下：
累年平均气压为918.4hPa；
累年平均水汽压为7.9hPa；
累年平均相对湿度58％；
累年最小相对湿度0％。
累年平均气温7.9℃；
累年极端最高气温38.6℃，发生于1999.7.24；
累年极端最低气温为-32.8℃，发生于1998.1.18.。
累年平均风速1.2m/s。
累年全年主导风向S，频率6％（1974～2000）；
累年冬季主导风向S，频率4％（1974～2000）；
累年夏季主导风向S，频率7％（1974～2000）；
累年平均降水量387.9mm。
累年最大一日降水量为：
100.2mm，发生于1994.7.7；
累年平均蒸发量为1725.1mm；
累年最大冻土深度134cm，发生1984.2；
累年最大积雪深度12cm，发生于1979.2.23。
河曲气象站逐月气象要素统计表
月份
项目
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
气温（℃）
-11.0
-6.0
1.8
10.7
17.7
21.8
23.5
21.3
15.4
8.3
-0.6
-8.3
风速（m/s）
0.7
1.0
1.5
2.1
1.8
1.5
1.1
0.9
0.9
1.0
1.2
0.8
相对湿度（%）
57
52
48
42
45
54
68
74
71
65
60
60
气压（hPa）
925.4
923.2
919.8
915.8
913.4
910.2
908.9
912.3
918.0
922.5
925.0
926.2
降雨量（mm）
1.7
3.6
11.8
14.5
27.5
55.5
104.0
95.3
45.2
20.6
64
1.8
蒸发量（mm）
25.7
44.5
111.6
225.8
293.3
274.3
235.2
183.3
146.2
105.2
53.5
26.5
2.间接空冷系统
2.1概述
1）间接空冷系统采用带表面式凝汽器、垂直布置散热器的自然通风间接空冷系统的方案。
每台机组配一座自然通风间冷塔（一机一塔），2台机组设1座独立的间接空冷循环水泵房，布置在空冷塔附近。
供水系统采用单元制，每台机组设置1根供水管、1根回水管。
循环水主管道采用DN2400焊接钢管，支管道采用DN1800焊接钢管，自凝汽器至循环水泵，由循环水泵出口至冷却塔，经散热器后回送至主厂房。
循环水管道采用直埋敷设。
对间冷系统热水泵的质量等级提高，间冷系统冷却倍率为对应TRL工况确定的55倍。
主机、小汽机排汽全部进入表凝式间接空冷系统冷却，汽轮机的主要热力数据见表2-1。
表2-1间接空冷汽轮机主要热力数据
项目
单位
THA
工况
TRL
工况
TMCR
工况
VWO
工况
机组出力
MW
350
350
384
399
背压
kPa
10
28
10
10
低压缸排汽焓
kJ/kg
2408.8
2560.6
2398.3
2394.2
低压缸排汽流量
t/h
616.420
674.177
673.537
699.879
小机排汽参数参考数据见表2-2。
表2-2小机排汽参数参考数据
项目
单位
THA
工况
TRL
工况
TMCR
工况
VWO
工况
背压
kPa
10
28
10
10
排汽焓
kJ/kg
2501.6
2597.5
2488.2
2482.1
排汽流量
t/h
59.923
84.432
66.923
71.399
2）间接空冷机组主要设计参数如下：
根据与主机供应商所签协议，间接空冷机组的主要设计参数如下：
设计气温：
14℃
设计背压（汽轮机排汽口处）：
10kPa
设计循环冷却水进口水温：
33.5℃
夏季满发温度：
32℃
主机TRL工况设计背压（汽轮机排气口处）：
28kPa
设计最高循环冷却水进口水温：
54℃
凝汽器面积：
23000m2
循环水量至少为41300m3/h
3.循环水泵配置方案的选择
3.1循环水泵配置方案的比较
根据本工程实际情况以及业主要求，循环水泵配置采用以下两种方案：
方案一：
每台机配3台定速卧式双吸循环水泵，可通过调整水泵的运行台数，适应不同季节或机组负荷时对水量的不同要求。
方案二：
每台机配2台卧式双吸循环水泵，且每台水泵所配电机均为变频电机，在系统运行过程中通过变频调节来满足不同季节或机组负荷时对循环水量的不同需要。
带表面式凝汽器的间接空冷系统的冷却水量一般较湿冷系统低。
国外已运行的该空冷系统冷却倍数在40～50，根据其它工程的经验和本工程的实际情况，冷却倍率取45~55。
根据对间接空冷方案的初步优化，本工程冷却倍数夏季按55倍，春秋季按41.25,冬季按22倍。
3.1.1方案一：
每台机配三台定速循环水泵方案
此种配置方案，循环水泵运行工况可见表:
3.1-1
表3.1-1运行工况表（每台机组）
序号
项目
单
位
夏季工况
春秋季工况
冬季工况
1
循环水总水量
m3/s
11.47
8.61
4.59
2
水泵开启台数及状态
台
三台水泵并联运行
两台水泵
并联运行
1台水泵
3
单泵流量
m3/s
3.82
4.31
4.59
4
循环水所需压力
m
20
19
18
5
电机额定功率
kW
1200
1200
1200
6
电机电压
kV
6
6
6
该方案夏季每台机3台循环水泵并联运行，春秋季2台循环水泵并联运行，冬季1台循环水泵运行。
每台水泵参数为：
Q=3.82~4.59m3/s，H=20~18m，N=1200kW
3.1.2方案二：
每台机配2台带变频电机卧式双吸循环水泵方案
表3.1-2运行工况表（每台机）
序号
项目
单
位
夏季工况
春秋季工况
冬季工况
1
循环水总水量
m3/s
11.47
8.61
4.59
2
水泵开启台数及状态
台
两台水泵
全速
并联运行
两台水泵
变频
并联运行
1台水泵
变频运行
3
单泵流量
m3/s
5.735
4.31
4.59
4
循环水所需压力
m
22
19
18
5
电机额定功率
kW
1700
1100
1100
6
电机电压
kV
6
6
6
考虑到循环水泵的运行季节性比较明显，故此处暂按季节配置水泵进行比较，夏季和春秋季每台机两台水泵根据流量变频运行，冬季工况一台水泵变频运行，参数见上表。
3.2技术比较
上述两个方案在本工程上都是可行的，各有优缺点。
方案一：
循环水泵配定速电机，调节方式相对粗糙，特别是在低负荷运行时，定速控制造成阀门两端压差较大，大量能量消耗在阀门上，降低水泵的运行效率，可以通过增加水泵的台数，提高可调性以及整体水泵效率；
方案二：
变频水泵会随着流量的变化进行电机配置，故其运行方式较定速水泵灵活，运行效率高、高效区宽，但是安装变频器的循环水泵来说，循环水泵的转速有一个范围，只有在这个范围内，变频器的效率才最佳，一般来说变频水泵的转速不能低于自身转速的60%。
3.3综合经济比较
方案一与方案二的综合经济比较详见表3.3-1。
表3.3-12×350MW机组间冷定速循环水泵与变频循环水泵相对经济比较表（2台机组）
序
号
项目
单位
方案一
（每台机配三台定速电机循环水泵）
方案二
（每台机配两台变频电机循环水泵）
一
投资比较
1
循环水泵设备费用
万元
660
（每台泵110万）
1120
每台泵150万，每台泵配变频器130万（进口产品）
2
循环水泵房内
管道管件费用
万元
323
269
2
循环水泵房费用
万元
830
800
3
系统静态投资
万元
1813
2189
4
系统静态投资
相对差值
万元
基准
376
5
年固定投资费用
万元
437.5
528.2
6
年固定投资费用
相对差值
万元
基准
90.7
二
年运行成本比较
1
循泵年耗电量
104kW.h
2640
2447.5
2
循泵年耗电量
相对差值
104kW.h
基准
-192.5
3
年费用
万元
1039.4
963.6
4
相对差值
万元
基准
-75.8
（0.3937元/kW·h）
万元
-90.7
（0.4712元/kW·h）
万元
-154
（0.8元/kW·h）
万元
-192.5
（1.0元/kW·h）
三
年运行费用
1
年运行费用
万元
基准
14.9
（0.3937元/kW·h）
万元
0
（0.4712元/kW·h）
万元
-63.3
（0.8元/kW·h）
万元
-101.8
（1.0元/kW·h）
注：
经济分析参数
上网电价
0.3937元/kW·h
经济运行年限：
6年，按业主要求仅比较循环水泵组一个大修周期6年
年利用小时数：
5500
投资利润率：
8%
大修费用率：
2.5%
年固定分摊率：
24.13%
由表3.4-1可以看出，目前条件下所做的初步经济比较，在固定投资方面，方案二（每台机配两台变频循环水泵）比方案一（每台机配三台定速电机循环水泵）高376万元；在年运行费用方面，方案一优于方案二，在上网电价为0.3937元/kW·h时，方案一相对于方案二年运行费用低14.9万元，当上网电价为0.4712元/kW·h时，方案一与方案二年运行费用相当。
4.结论与建议
经过上述综合比较，本工程循环水泵推荐采用方案一：
每台机配3台定速卧式双吸循环水泵，可通过调整水泵的运行台数，适应不同季节或机组负荷时对水量的不同要求。
夏季三台水泵同时运行，春秋季两台循环水泵并联运行，冬季为一台机1台泵循环水泵运行。
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