曹博（中國(guó)機(jī)械設(shè)備工程股份有限公司　北京市　100055）

江西大唐國(guó)際撫州發(fā)電廠循環(huán)水泵選型優(yōu)化方案研究

曹博
（中國(guó)機(jī)械設(shè)備工程股份有限公司北京市100055）

本文根據(jù)“以高質(zhì)量、低造價(jià)、低運(yùn)行成本”為原則，結(jié)合本工程供水系統(tǒng)的特點(diǎn)，從循環(huán)水泵的臺(tái)數(shù)、國(guó)產(chǎn)泵與進(jìn)口泵及布置等方面入手，對(duì)循環(huán)水泵的選型進(jìn)行了全面優(yōu)化，推薦出合理、安全并經(jīng)濟(jì)適用的循環(huán)水泵選型方案。

循環(huán)水泵；火電廠；選型優(yōu)化

1　工程概況

江西大唐國(guó)際撫州發(fā)電廠（以下簡(jiǎn)稱撫州電廠）位于撫州市東南方向27.0km的臨川區(qū)青泥鎮(zhèn)周家村西南，北距南昌市約100km。廠址地貌主要為丘陵崗地，夾少量沖溝水田及水塘。地形起伏不大，自然地形標(biāo)高在75.7～95.50m（黃海高程，下同）之間。廠址北面和南面均有沖溝通過(guò)，廠址地勢(shì)較周邊地形高，場(chǎng)地自然排水通暢。

工程總規(guī)劃容量為4×1000MW超超臨界燃煤機(jī)組，本期建設(shè)2×1000MW超超臨界燃煤機(jī)組，補(bǔ)給水源為撫河，最大需水量3246m3/h。

2　循環(huán)水泵選型優(yōu)化的必要性

循環(huán)水泵是火力發(fā)電廠重要的輔機(jī)設(shè)備，是汽輪機(jī)冷端優(yōu)化的重要組成部分，不僅關(guān)系到汽輪發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行，而且對(duì)整個(gè)機(jī)組一次性投資及相應(yīng)的運(yùn)行費(fèi)用起著重要的影響作用，因此循環(huán)水泵型式的選擇、每臺(tái)汽輪機(jī)配置循環(huán)水泵的臺(tái)數(shù)以及循環(huán)水泵主要工作參數(shù)的確定，在火電廠設(shè)計(jì)中至關(guān)重要，有必要作專門研究進(jìn)行優(yōu)化選型。

3　循環(huán)水泵型式和臺(tái)數(shù)的確定原則

我國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》（DL5000-2000）14.3.6條規(guī)定：對(duì)單元制供水系統(tǒng)，每臺(tái)汽輪機(jī)宜裝設(shè)兩臺(tái)循環(huán)水泵，其總出力等于該機(jī)組的最大計(jì)算用水量。當(dāng)設(shè)備條件許可，并經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證合理時(shí)，水泵可采用動(dòng)葉可調(diào)或采用變速電機(jī)驅(qū)動(dòng)。鑒于循環(huán)水泵在火電廠運(yùn)行中的重要性，對(duì)循環(huán)水泵泵型和單機(jī)配置循環(huán)水泵臺(tái)數(shù)的確定原則是：

（1）設(shè)備可靠性高，運(yùn)行安全。

（2）泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，便于安裝和檢修。

（3）便于隨主機(jī)負(fù)荷的變化調(diào)節(jié)循環(huán)水量，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)。

（4）國(guó)內(nèi)有成熟的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，同類泵運(yùn)行業(yè)績(jī)豐富，生產(chǎn)廠家落實(shí)，價(jià)格合理。

對(duì)于本工程而言，由于單機(jī)容量1000MW，當(dāng)循環(huán)水冷卻倍率采用60倍時(shí)，單機(jī)所需的循環(huán)水量約106177m3/h，當(dāng)單機(jī)配2臺(tái)或3臺(tái)循環(huán)水泵時(shí)，單泵流量可達(dá)35392～53088m3/h。

根據(jù)以上所述，目前國(guó)內(nèi)外大型機(jī)組（600MW及以上）所配的循環(huán)水泵多為立式可抽芯式混流泵，特別是國(guó)內(nèi)各泵廠為600MW機(jī)組所配的循環(huán)水泵基本都是這種型式，該泵型結(jié)構(gòu)合理，水力特性好，效率高，占地少，安裝、檢修方便。經(jīng)過(guò)向國(guó)內(nèi)長(zhǎng)沙、上海KSB等大型制泵企業(yè)咨詢，同時(shí)參照國(guó)內(nèi)百萬(wàn)機(jī)組的火電和核電廠的引進(jìn)循環(huán)水泵的泵型，本項(xiàng)目循環(huán)水泵推薦采用立式混流泵。

4　循環(huán)水泵的調(diào)節(jié)模式

電廠要求循環(huán)水系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)，水量隨機(jī)組負(fù)荷、循環(huán)水溫的變化而變化，所以應(yīng)適時(shí)對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)水量進(jìn)行調(diào)節(jié)，循環(huán)水系統(tǒng)水量調(diào)節(jié)主要有以下幾種模式：

4.1調(diào)節(jié)開泵臺(tái)數(shù)

根據(jù)對(duì)不同類型的火電廠循環(huán)水系統(tǒng)中循環(huán)水泵和管路并聯(lián)運(yùn)行的水力計(jì)算結(jié)果分析，《火力發(fā)電廠水工設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL/ T5339-2006）給出循環(huán)水系統(tǒng)中不同循環(huán)水泵臺(tái)數(shù)的出水流量見表1。

表1　《火力發(fā)電廠水工設(shè)計(jì)規(guī)范》中循環(huán)水泵的配制原則

4.2循環(huán)水泵葉片的可調(diào)性

為適應(yīng)不同用水量的要求，保持泵組的高效經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，可采用調(diào)整葉片角度的方式得以實(shí)現(xiàn)，即采用可調(diào)葉片角度的水泵。水泵葉片的調(diào)節(jié)模式可分為對(duì)泵轉(zhuǎn)子動(dòng)葉調(diào)整和泵進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)整，又可按葉片調(diào)整的范圍分為在不停泵情況下可調(diào)任意角度的全程調(diào)節(jié)和停泵人工調(diào)節(jié)固定角度的半調(diào)節(jié)。調(diào)整葉片角度需一套輔助的調(diào)控裝置，多采用液壓調(diào)速，該裝置較為復(fù)雜，需要一套完整的油壓系統(tǒng)，與固定葉片泵相比，系統(tǒng)復(fù)雜、運(yùn)行可靠性降低、維護(hù)量大、占地大、泵價(jià)格較固定葉片泵高約30%，在少數(shù)電廠的循環(huán)水泵中也有采用可調(diào)葉片水泵，一般調(diào)整角度為-20～+20，調(diào)整水泵葉片角度的泵多用于水源水位變幅大，揚(yáng)程變幅大，流量變幅小的場(chǎng)合。本工程為帶冷卻塔的二次循環(huán)系統(tǒng)，供水靜揚(yáng)程穩(wěn)定，動(dòng)揚(yáng)程變化較小，再增加葉片角度調(diào)整功能實(shí)際意義不大，由于目前葉片的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)較復(fù)雜，一般采用進(jìn)口，費(fèi)用較高。各泵廠從主泵的安全性考慮，力爭(zhēng)簡(jiǎn)化附屬系統(tǒng)，也不主張可調(diào)葉片在大泵上應(yīng)用，故本工程推薦采用固定葉片型。

4.3循環(huán)水泵變速

水泵的性能與轉(zhuǎn)速有密切關(guān)系，如流量與轉(zhuǎn)速成一次關(guān)系、揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速是平方關(guān)系、功率與轉(zhuǎn)速是三次方關(guān)系，即：

由此可見，水泵轉(zhuǎn)速直接影響泵的性能。

水泵轉(zhuǎn)速有三種型式，即單速、雙速和變頻調(diào)速，在火電廠的循環(huán)水泵中多為單速泵，少數(shù)電廠的循環(huán)水泵采用雙速電機(jī)，一般降一級(jí)速度，在中小泵組上已有較多的應(yīng)用；采用無(wú)極變頻裝置來(lái)調(diào)速實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)供水，主要用在供水變化明顯的小流量、低壓電機(jī)的供水系統(tǒng)，而且變頻裝置較復(fù)雜，在電站循環(huán)水系統(tǒng)中較少應(yīng)用。對(duì)于本項(xiàng)目的循環(huán)水泵所配電機(jī)容量達(dá)3000kW以上，容量比較大，水位變幅小，并且采用了一機(jī)三泵的擴(kuò)大單元制系統(tǒng)，即使負(fù)荷變化時(shí)，兩臺(tái)機(jī)組可以運(yùn)行5臺(tái)水泵，也可以運(yùn)行3臺(tái)水泵，水泵的臺(tái)數(shù)調(diào)節(jié)也完全能夠滿足流量調(diào)節(jié)要求，而且雙速調(diào)速時(shí)，需要停泵才能調(diào)節(jié)，影響機(jī)組的運(yùn)行，故本階段推薦定速泵。

5　循環(huán)水泵方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

根據(jù)循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化結(jié)果，循環(huán)水系統(tǒng)以變倍率運(yùn)行（熱季60倍，冷季45倍）最為經(jīng)濟(jì)。

年固定費(fèi)率為18.57%；成本電價(jià)：0.29元/kWh；年運(yùn)行小時(shí)數(shù)：5000h。

一機(jī)兩泵進(jìn)口單泵功率：6100kW；一機(jī)三泵單泵功率：3800kW?？紤]國(guó)產(chǎn)泵效率較進(jìn)口泵低的因素，國(guó)產(chǎn)單泵功率暫按進(jìn)口泵功率的1.05倍考慮。

運(yùn)行方式：一機(jī)兩泵，熱季兩臺(tái)泵運(yùn)行，冷季一臺(tái)泵運(yùn)行，春秋季兩機(jī)三泵運(yùn)行；一機(jī)三泵，熱季三臺(tái)泵運(yùn)行，冷季兩臺(tái)泵運(yùn)行，春秋季兩機(jī)五泵運(yùn)行或根據(jù)負(fù)荷的變化兩機(jī)三泵運(yùn)行。運(yùn)行費(fèi)用暫不細(xì)化計(jì)算擴(kuò)大單元兩機(jī)三泵或兩機(jī)五泵運(yùn)行的功率變化。熱冷季比為7：5。在考慮設(shè)備價(jià)、泵房土建和運(yùn)行費(fèi)用的情況下，一機(jī)二泵和一機(jī)三泵方案的經(jīng)濟(jì)比較見表2。

表2　不同泵臺(tái)數(shù)的經(jīng)濟(jì)比較（兩臺(tái)機(jī)組）

通過(guò)表2可以看出，一機(jī)三泵國(guó)產(chǎn)型方案年費(fèi)用最省。同時(shí)，一機(jī)二泵國(guó)產(chǎn)型方案固定投資最省，一機(jī)三泵國(guó)產(chǎn)型方案次之，一機(jī)二泵進(jìn)口型方案固定投資最高，考慮到一機(jī)二泵方案中水泵容量較大，國(guó)產(chǎn)泵型在電力系統(tǒng)同容量機(jī)組中還沒(méi)有應(yīng)用業(yè)績(jī)，制造技術(shù)還未成熟，因此本設(shè)計(jì)不推薦一機(jī)二泵國(guó)產(chǎn)型方案。

一機(jī)二泵進(jìn)口型方案和一機(jī)三泵國(guó)產(chǎn)型方案各有利弊：前者初期投資較高，但泵房及進(jìn)水間占地面積稍小，進(jìn)口泵在運(yùn)行可靠性、水力性能、水泵效率、抗汽蝕條件、材料耐腐蝕性等方面確實(shí)比國(guó)產(chǎn)泵有優(yōu)勢(shì)，但一機(jī)兩泵對(duì)負(fù)荷變化的調(diào)節(jié)性較差。目前在建的單機(jī)600MW機(jī)組采用一機(jī)二泵的循環(huán)水泵已全部采用國(guó)產(chǎn)循環(huán)水泵，而本工程一機(jī)三泵擴(kuò)大單元制配置的循泵參數(shù)與之類似。該類參數(shù)的國(guó)產(chǎn)循泵是成熟可靠的、完全能滿足本工程的要求。從經(jīng)濟(jì)適用、安全可靠、調(diào)節(jié)性能、國(guó)產(chǎn)化要求的角度來(lái)講，本工程2×1000MW等級(jí)機(jī)組選用國(guó)產(chǎn)泵是可行的，因此本工程摧薦一機(jī)三泵擴(kuò)大單元制國(guó)產(chǎn)循泵的配置方案。

如果進(jìn)一步考慮廠用電指標(biāo)的優(yōu)化，在國(guó)產(chǎn)一機(jī)三泵的配置上，對(duì)泵所配置電機(jī)按雙速電機(jī)考慮。經(jīng)與電機(jī)廠咨詢，國(guó)產(chǎn)雙速電機(jī)與變頻電機(jī)價(jià)格相當(dāng)，按800元/kW的差額造價(jià)進(jìn)行一次投資估算。雙速電機(jī)功率考慮熱季和冷季變化，單泵功率分別為：3800kW（夏季）/3700kW（冷季）。詳細(xì)比較見表3。

表3　定速泵和雙速泵的經(jīng)濟(jì)比較（兩臺(tái)機(jī)組）

從表3可知，國(guó)產(chǎn)一機(jī)三泵方案中如電機(jī)配置為雙速或變頻電機(jī)雖然兩臺(tái)機(jī)循環(huán)水泵的年運(yùn)行費(fèi)用能降低24.1萬(wàn)或更多，但是由于更換電機(jī)增加的一次費(fèi)用增加1824萬(wàn)，導(dǎo)致年費(fèi)用比定速泵方案大314.6萬(wàn)元。

廠用電指標(biāo)的影響：以配置雙速電機(jī)進(jìn)行計(jì)算，能比單臺(tái)機(jī)定速泵節(jié)約功率625kW，能降低廠用電約0.06%。

盡管采用雙速電機(jī)或變頻電機(jī)能降低廠用電，但雙速電機(jī)也存在一些如必須停泵進(jìn)行高低速切換等弊端，不利于機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。

因此推薦采用國(guó)產(chǎn)一機(jī)三泵配置定速電機(jī)的方案。

6　結(jié)論

根據(jù)以上比較，本工程擬推薦一機(jī)三泵擴(kuò)大單元制國(guó)產(chǎn)循泵的配置方案。以機(jī)組設(shè)計(jì)工況進(jìn)行循環(huán)水泵參數(shù)的確定，初步確定循環(huán)水泵組的設(shè)計(jì)參數(shù)為：

流量：Q=11.174～9.867m3/s

揚(yáng)程：H=25～29m

泵效率：η=86%

電機(jī)功率：N=3800kW

電壓：U=10000V

水泵型式：?jiǎn)沃ё?、固定轉(zhuǎn)速、固定葉片、可抽芯、立式斜流泵。

[1]《火力發(fā)電廠水工設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL/T5339-2006）[S].北京：中國(guó)電力出版社，2006.

[2]《火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》（DL5000-2000）[S].北京：中國(guó)電力出版社，2000.

TM621

A

1673-0038（2015）06-0145-02

2015-1-16

曹博（1982-），男，漢族，陜西商洛人，水利水電工程師，大學(xué)本科，從事項(xiàng)目管理、發(fā)電廠設(shè)計(jì)工作。