350MW直接空冷機(jī)組給水泵配置分析

馬　強(qiáng)，王光林，于　濤（山東電力工程咨詢?cè)河邢薰?，?jì)南　250013）

350MW直接空冷機(jī)組給水泵配置分析

馬強(qiáng)，王光林，于濤
（山東電力工程咨詢?cè)河邢薰?，?jì)南250013）

根據(jù)某電解鋁企業(yè)自備電廠的設(shè)計(jì)條件，通過(guò)技術(shù)分析和經(jīng)濟(jì)性比較，結(jié)合自備電廠的特殊性，提出了給水泵配置的推薦意見(jiàn)。

空冷；給水泵；配置分析

1　概述

近年來(lái)，隨著國(guó)際鋁價(jià)的持續(xù)走低，電解鋁企業(yè)的盈利能力不斷下滑，其中用電成本是對(duì)鋁企業(yè)最大的挑戰(zhàn)。不少電解鋁企業(yè)開(kāi)始考慮建設(shè)自備電廠，來(lái)應(yīng)對(duì)這一危機(jī)。350MW機(jī)組因技術(shù)成熟，國(guó)內(nèi)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)豐富，造價(jià)較低等因素，成為鋁企的首選。國(guó)內(nèi)某內(nèi)陸電解鋁企業(yè)計(jì)劃建設(shè)4臺(tái)350MW直接空冷機(jī)組，給水泵作為電廠的用電主要設(shè)備，對(duì)電廠長(zhǎng)期安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。

按照GB 50660-2011《大中型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范》［1］，300MW級(jí)直接空冷機(jī)組的給水泵的配置不宜少于2臺(tái)，單臺(tái)容量應(yīng)為最大給水消耗量50%的調(diào)速電動(dòng)給水泵。隨著汽動(dòng)給水泵技術(shù)的發(fā)展和運(yùn)行水平的提高，為了降低廠用電率，部分電廠在空冷機(jī)組中也采用汽動(dòng)給水泵。本文根據(jù)某工程的設(shè)計(jì)條件，通過(guò)對(duì)不同給水泵配置方案進(jìn)行對(duì)比分析和經(jīng)濟(jì)性比較，提出合理配置方案。

2　空冷機(jī)組給水泵配置方案

對(duì)于電解鋁企業(yè)，機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要，一旦停機(jī)將會(huì)帶來(lái)極大損失，因此，配置一臺(tái)50%容量備用電動(dòng)給水泵是有必要的。針對(duì)給水泵的不同驅(qū)動(dòng)方式，有如下三種配置形式：

（1）3臺(tái)50%電動(dòng)給水泵；

（2）1臺(tái)100%汽動(dòng)給水泵（排汽至主機(jī)空冷系統(tǒng)）+1臺(tái)50%電動(dòng)給水泵；

（3）1臺(tái)100%汽動(dòng)給水泵（設(shè)置獨(dú)立間冷系統(tǒng)）+1臺(tái)50%電動(dòng)給水泵。

2.13臺(tái)50%電動(dòng)給水泵

空冷機(jī)組采用電動(dòng)給水泵，運(yùn)行靈活、簡(jiǎn)單可靠、檢修維護(hù)工作量小、整體壽命長(zhǎng)，且給水系統(tǒng)與主機(jī)排汽系統(tǒng)是兩個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，不受主機(jī)背壓變化的影響，電動(dòng)給水泵由液力偶合器進(jìn)行調(diào)速，以滿足機(jī)組啟動(dòng)和各種工況的需要。但是該方案廠用電率較高。

2.21臺(tái)100%汽動(dòng)給水泵（排汽至主機(jī)空冷系統(tǒng)）+1臺(tái)50%電動(dòng)給水泵

直接空冷機(jī)組采用汽泵，如果小汽機(jī)排汽直接進(jìn)入主機(jī)空冷系統(tǒng)，則小汽機(jī)也必須是高背壓、變背壓的汽輪機(jī)。由于空冷系統(tǒng)對(duì)氣溫和風(fēng)速的敏感性增強(qiáng)，主機(jī)正常運(yùn)行背壓變化范圍大，要求小汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)具有較寬的調(diào)速范圍，穩(wěn)定靈活的調(diào)速特性。

在夏季，由于主機(jī)背壓高，要維持一定的功率，則主汽輪機(jī)需加大進(jìn)汽量，而小汽輪機(jī)為維持給水泵所需的功率，也必須加大進(jìn)汽量，出現(xiàn)了小機(jī)與大機(jī)爭(zhēng)奪汽量的問(wèn)題［2］，并且加大對(duì)空冷裝置容量的要求，在非正常工況，不利風(fēng)向的風(fēng)速引起背壓突升的瞬變過(guò)程中，小機(jī)調(diào)速系統(tǒng)很難維持給水泵所需的功率變化要求，擴(kuò)大了整機(jī)瞬態(tài)過(guò)程的不安全性。

1.2 治療方法 A組患者給予單純CABG治療：首先行左乳內(nèi)動(dòng)脈和前降支吻合，隨后行大隱靜脈和冠狀動(dòng)脈遠(yuǎn)端序貫橋吻合，最后于升主動(dòng)脈側(cè)壁鉗下行近端吻合。B組患者給予CABG聯(lián)合MVR治療：首先經(jīng)由主動(dòng)脈以及上、下腔靜脈插管建立體外循環(huán)，待升主動(dòng)脈阻斷以及心臟停搏后，給予大隱靜脈和冠狀動(dòng)脈遠(yuǎn)端序貫橋吻合處理，隨后行MVR，并行大隱靜脈和主動(dòng)脈的端側(cè)吻合，最后完成乳內(nèi)動(dòng)脈和冠狀動(dòng)脈前降支吻合。

鍋爐給水泵要求給水泵汽輪機(jī)運(yùn)行在高轉(zhuǎn)速、大范圍的變轉(zhuǎn)速、雙汽源、變進(jìn)汽參數(shù)等不利條件下。如果給水泵汽輪機(jī)采用直接空冷，則背壓將更高，末級(jí)變工況范圍更大，尾部運(yùn)行條件更加惡劣，使得給水泵汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)難度加大。

目前國(guó)內(nèi)小機(jī)直排主機(jī)直接空冷系統(tǒng)只在山西大唐國(guó)際臨汾熱電公司2×300MW空冷供熱機(jī)組工程中投產(chǎn)應(yīng)用。

對(duì)直接空冷方案汽動(dòng)給水泵汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)充分考慮以下幾點(diǎn)：（1）給水泵汽輪機(jī)有足夠的通流能力，以確保給水泵汽輪機(jī)在高背壓下仍能滿足出力要求。

（2）轉(zhuǎn)速變化率足夠大，以適應(yīng)給水泵轉(zhuǎn)速變化率大的特點(diǎn)。（3）允許足夠高的排汽溫度，使之與主汽輪機(jī)較高的報(bào)警背壓及停機(jī)值相匹配。

（4）調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，重點(diǎn)考慮其快速響應(yīng)能力以及由于頻繁動(dòng)作而引起的系統(tǒng)安全可靠性問(wèn)題。

通過(guò)對(duì)直接空冷機(jī)組給水泵汽輪機(jī)排汽直接進(jìn)入主機(jī)排汽系統(tǒng)進(jìn)行的研究分析，在定功率和定主汽流量下給水泵汽輪機(jī)及鍋爐相關(guān)系統(tǒng)可以適應(yīng)汽輪機(jī)背壓的變化帶來(lái)的影響，但不應(yīng)過(guò)分強(qiáng)調(diào)空冷機(jī)組夏季滿發(fā)。同時(shí)，加強(qiáng)空冷機(jī)組運(yùn)行特點(diǎn)的研究，按照空冷機(jī)組的特點(diǎn)進(jìn)行負(fù)荷調(diào)度。

總之，該方案運(yùn)行業(yè)績(jī)少，運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較高，對(duì)運(yùn)行人員的經(jīng)驗(yàn)水平提出了更高的要求。

2.31臺(tái)100%汽動(dòng)給水泵（設(shè)置獨(dú)立間冷系統(tǒng)）+1臺(tái)50%電動(dòng)給水泵

該方案需要單獨(dú)為給水泵汽輪機(jī)設(shè)置一套冷卻系統(tǒng)，小機(jī)運(yùn)行較為安全，但是需要增加投資，系統(tǒng)復(fù)雜，同一臺(tái)機(jī)組存在大機(jī)直冷、小機(jī)間冷和輔機(jī)冷卻水濕冷三套冷卻系統(tǒng)，增加電廠運(yùn)行難度。

國(guó)內(nèi)小機(jī)采用單獨(dú)間接空冷系統(tǒng)也有投入商業(yè)運(yùn)行的業(yè)績(jī)，華能銅川一期2x660MW機(jī)組工程以及靈武二期2x1000MW機(jī)組均采用小機(jī)單獨(dú)自然通風(fēng)間接空冷系統(tǒng)，目前均已投入商業(yè)運(yùn)行。

3　經(jīng)濟(jì)性比較

3.1運(yùn)行費(fèi)用對(duì)比

通過(guò)對(duì)以上三種方案的熱耗指標(biāo)進(jìn)行分析，估算出每種方案的煤耗，進(jìn)而進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性比較。（年利用小時(shí)數(shù)按7200h，標(biāo)煤價(jià)按320元/噸）。

表1

3.2初投資對(duì)比（萬(wàn)元）

表2

（含前置泵）　1275　425　425汽動(dòng)給水泵（含前置泵）　0　450　450給水泵汽輪機(jī)　0　580　580小機(jī)凝汽器及抽真空系統(tǒng)　0　0　200直冷設(shè)備費(fèi)　0　750　0間冷設(shè)備費(fèi)　0　0　600土建費(fèi)用　基準(zhǔn)　0　400循環(huán)水系統(tǒng)　0　0　180循環(huán)水管道　0　0　220電氣系統(tǒng)　基準(zhǔn)　-30　-30合計(jì)　1275　2175　3025基準(zhǔn)　900　1750

3.3經(jīng)濟(jì)性分析

投資回收年限為n為：

n=1-log（1+i）（1-ΔU×i×（1+i）/（ΔB×Cc）

式中：ΔU為工程投資增加的費(fèi)用（萬(wàn)元）；（ΔB×Cc）為年運(yùn)行費(fèi)用差值（按標(biāo)煤價(jià)格320元/噸計(jì)算，年利用小時(shí)數(shù)7200計(jì)算）；i為年利率（%），本工程i=4.9%

在當(dāng)前的年利率條件下，以電泵方案作為基準(zhǔn)，小機(jī)直排方案增加初投資回收年限為12年，間冷小機(jī)方案增加初投資30年內(nèi)無(wú)法回收。也就是說(shuō)小機(jī)直排方案經(jīng)濟(jì)性最好。但是，該對(duì)比結(jié)果是受電泵的耗電量影響較大的，當(dāng)把電泵方案的廠用電率調(diào)低0.9%，小機(jī)直排方案的初投資回收年限增加到了18年，不再具有優(yōu)勢(shì)。

4　結(jié)論

通過(guò)前面的對(duì)比分析，從經(jīng)濟(jì)性角度來(lái)說(shuō)，間冷小機(jī)方案因初投資過(guò)高，而運(yùn)行費(fèi)用節(jié)省不明顯，經(jīng)濟(jì)性最差，不建議采用。

電泵方案和小機(jī)直接排汽至大機(jī)排汽裝置方案之間的經(jīng)濟(jì)性差異不明顯，電泵方案廠用電率減少0.9%（350kW）就能引起投資回收年限增加6年，如果年運(yùn)行小時(shí)數(shù)降低，或者煤價(jià)下降，這個(gè)數(shù)字還將提高?？紤]到后期訂貨設(shè)備的運(yùn)行效率及煤價(jià)持續(xù)走低等因素，采用小機(jī)直排方案并不能確保其經(jīng)濟(jì)性高于電泵方案。

各方案的特點(diǎn)見(jiàn)表3。

表3

另外，我國(guó)現(xiàn)有電網(wǎng)的調(diào)度模式是網(wǎng)調(diào)直接控制到入網(wǎng)機(jī)組的發(fā)電功率，這種電網(wǎng)調(diào)度模式下，對(duì)于發(fā)電集團(tuán)來(lái)說(shuō)，高廠用電率則意味著供電量的降低，從而降低機(jī)組運(yùn)行收益。而本工程屬于自備電廠，廠用電率這個(gè)指標(biāo)對(duì)本工程并無(wú)實(shí)際意義。

綜上所述，本工程推薦采用電泵方案，運(yùn)行簡(jiǎn)單可靠，經(jīng)濟(jì)性較好，可以保證機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。

［1］大中型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.（GB 50660-2011），2011（02）.

［2］王智杰等.超臨界直接空冷機(jī)組給水泵汽輪機(jī)排汽進(jìn)主機(jī)排汽裝置可行性探討［J］.北方環(huán)境，2012（12）.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.10.243