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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.........................................................12给水泵的配置方案...............................................13汽动给水泵容量的选择...........................................14汽动给水泵前置泵与主泵同轴布置探讨.............................45电动给水泵的功能及容量选择.....................................56结论.........................................................7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第1页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：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第2页主机容量(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)200-29942641.4395.544.380.070.17300-399145054.5793.786.130.090.175002152.0395.284.7200600-69978658.2694.185.740.090.157001257.7389.879.730.390.68800827.4688.424.726.8519.98900656.0190.929.080010004162.5195.194.8100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。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第3页同时在机组调试、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第4页多年，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第5页计难度增加，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