張黎音

摘要： 按照傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，300MW 以上機(jī)組一般每臺(tái)機(jī)組都配有電動(dòng)給水泵或幾臺(tái)機(jī)組共用1 臺(tái)電動(dòng)給水泵作為啟動(dòng)給水泵。本文論證利用2 臺(tái)50t/h 啟動(dòng)鍋爐的富裕容量，取消啟動(dòng)用電動(dòng)給水泵的可行性研究。經(jīng)研究，取消啟動(dòng)用電動(dòng)給水泵是可行的。綜合比較，可節(jié)約工程造價(jià)約598.36 萬(wàn)元人民幣。

Abstract： According to the traditional design， units more than 300MW are generally equipped with electric water pump or a few units share one set of electric water pump as the start-up of the feed water pump. This paper demonstrates the feasibility of using 2 50t/h start-up boilers to abolish the start-up feed pump. Through the research， it is feasible to cancel the electric water pump. Through the comprehensive comparison， it can save the project cost of about 5.9836 million Yuan.

關(guān)鍵詞： 百萬(wàn)千瓦二次再熱機(jī)組；啟動(dòng)給水泵；啟動(dòng)鍋爐

Key words： million kilowatts double-reheat unit；start-up water feed pump；start-up boiler

中圖分類號(hào)：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）06-0167-02

0 引言

截至目前，我國(guó)投產(chǎn)的1000MW 機(jī)組已經(jīng)有77 臺(tái)。其中所有1000MW 的濕冷機(jī)組、間接空冷機(jī)組（寧夏靈武）均采用汽動(dòng)給水泵，只有新疆農(nóng)六師2×1100MW 直接空冷機(jī)組的給水泵采用3×35%容量的電動(dòng)給水泵。在投產(chǎn)的采用汽動(dòng)給水泵的1000MW 機(jī)組中，半數(shù)以上機(jī)組都設(shè)置了25～35%容量的啟動(dòng)電動(dòng)給水泵。

根據(jù)《大中型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50660-2011）中，第12.3.3 條中第3 款的規(guī)定：300MW 級(jí)及以上機(jī)組宜配置1 臺(tái)容量為最大給水消耗量25%～30%的定速電動(dòng)給水泵作為啟動(dòng)給水泵；第4 款同時(shí)規(guī)定：當(dāng)機(jī)組啟動(dòng)汽源滿足給水泵汽輪機(jī)啟動(dòng)要求時(shí)，也可取消啟動(dòng)用電動(dòng)泵。因此，當(dāng)啟動(dòng)汽源可滿足要求時(shí)，啟動(dòng)用電動(dòng)給水泵并不是電廠中必不可少的設(shè)備。

對(duì)于新建工程，在廠外汽源尚未最終落實(shí)的情況下，啟動(dòng)鍋爐是新建大型火力發(fā)電廠不可缺少的，是電廠第1 臺(tái)機(jī)組啟動(dòng)時(shí)向輔助蒸汽系統(tǒng)供汽的唯一汽源，它直接影響機(jī)組的安全啟動(dòng)。由于啟動(dòng)鍋爐在電廠第1 臺(tái)和第2 臺(tái)機(jī)組投入商業(yè)運(yùn)行后，即停止使用，全部運(yùn)行時(shí)間只有3～5 年，且為間斷運(yùn)行。因此，合理地選擇啟動(dòng)鍋爐的容量和蒸汽參數(shù)以滿足機(jī)組啟動(dòng)，使其既能滿足機(jī)組安全啟動(dòng)的要求，又能取消啟動(dòng)用電動(dòng)給水泵，對(duì)于節(jié)約建廠投資是十分重要的。

本文主要結(jié)合某新建工程設(shè)計(jì)特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程各階段用汽量深入分析和細(xì)致計(jì)算，對(duì)取消啟動(dòng)用電動(dòng)給水泵的可行性及對(duì)啟動(dòng)鍋爐的容量設(shè)計(jì)展開(kāi)論證。

1 啟動(dòng)鍋爐形式的選擇

啟動(dòng)鍋爐一般在新建電廠中配置，主要功能是在機(jī)組啟動(dòng)時(shí)為鍋爐熱態(tài)清洗、除氧器預(yù)暖及低負(fù)荷加熱、汽機(jī)軸封、給水泵汽輪機(jī)、暖風(fēng)器（該工程采用等離子點(diǎn)火）、灰斗加熱、空預(yù)器吹灰、暖通采暖用汽等各用汽點(diǎn)提供滿足壓力、溫度及流量等參數(shù)要求的輔助蒸汽。值得指出的是，以上各用汽并不是同時(shí)存在，即可以錯(cuò)峰使用輔助蒸汽；針對(duì)該工程設(shè)計(jì)特點(diǎn)，啟動(dòng)階段必須的輔助蒸汽有：除氧器低負(fù)荷時(shí)加熱蒸汽、汽輪機(jī)軸封用汽、等離子點(diǎn)火暖風(fēng)器用汽、給水泵汽輪機(jī)啟動(dòng)用汽以及灰斗加熱蒸汽。另外，直流鍋爐啟動(dòng)清洗時(shí)的輔助蒸汽耗汽量很大，對(duì)啟動(dòng)鍋爐的容量選擇也至關(guān)重要。該工程暫按設(shè)置2 臺(tái)50t/h 容量，1.27MPa（g），350℃參數(shù)的燃油快裝啟動(dòng)鍋爐來(lái)供應(yīng)啟動(dòng)汽源。

2 取消啟動(dòng)電動(dòng)泵可行性研究

能否取消電動(dòng)給水泵的關(guān)鍵點(diǎn)是，2 臺(tái)50t/h 的啟動(dòng)鍋爐總產(chǎn)汽量能否滿足取消電動(dòng)泵后的汽動(dòng)給水泵用汽量與其他各用戶用汽量之和。

2.1 鍋爐冷態(tài)清洗工況所需蒸汽量

對(duì)于超超臨界直流爐來(lái)說(shuō)，由于鍋爐點(diǎn)火前對(duì)給水品質(zhì)有著比較嚴(yán)格的要求。為此，通常機(jī)組在初次啟動(dòng)或長(zhǎng)期停爐后再次啟動(dòng)前，需對(duì)鍋爐進(jìn)行清洗。鍋爐清洗包括冷態(tài)清洗和熱態(tài)清洗兩個(gè)階段，其中冷態(tài)清洗分為冷態(tài)開(kāi)式?jīng)_洗和冷態(tài)循環(huán)清洗，其清洗水量和水溫要求一致。鍋爐廠推薦冷態(tài)清洗時(shí)，清洗流量為25%～30%BMCR，清洗水溫為105～120℃，該工程按清洗流量687t/h（25% BMCR 流量），清洗水溫度105℃，計(jì)算鍋爐冷態(tài)清洗所需加熱蒸汽量為79t/h，冷態(tài)清洗水也要由汽動(dòng)給水泵送至鍋爐，汽動(dòng)給水泵此時(shí)所需蒸汽量為20t/h。首爐啟動(dòng)時(shí)冷態(tài)清洗所需蒸汽量需由啟動(dòng)鍋爐提供，所以啟動(dòng)鍋爐的容量首先需滿足鍋爐冷態(tài)清洗蒸汽量與汽動(dòng)給水泵所需汽量之和，因此啟動(dòng)鍋爐容量需不小于99t/h。2 臺(tái)50t/h 的啟動(dòng)鍋爐剛好可滿足冷態(tài)清洗工況對(duì)蒸汽量的要求，實(shí)際清洗時(shí)給水溫度可略低于105℃。

2.2 鍋爐熱態(tài)清洗工況所需蒸汽量

清洗完畢后，還需熱態(tài)清洗，熱態(tài)清洗分為熱態(tài)開(kāi)式?jīng)_洗和熱態(tài)循環(huán)清洗。鍋爐廠推薦的熱態(tài)清洗流量和水溫與冷態(tài)清洗一致，熱態(tài)清洗時(shí)，鍋爐點(diǎn)火，將水冷壁出口水溫控制在150～190℃進(jìn)行清洗。鍋爐廠認(rèn)為熱態(tài)開(kāi)式?jīng)_洗可根據(jù)凝結(jié)水精處理等設(shè)備的要求和能力不同相應(yīng)增加或取消，即熱態(tài)開(kāi)式?jīng)_洗并非必要的。該工程熱態(tài)開(kāi)式清洗時(shí)，可采用適當(dāng)減小流量，增加沖洗時(shí)間或者減小進(jìn)入鍋爐的清洗水溫（例如80～90℃）的方法進(jìn)行。

熱態(tài)循環(huán)清洗時(shí)，需要給水系統(tǒng)的補(bǔ)水量為BMCR 工況下的7%給水量，約200t/h，水溫105～120℃，即使熱態(tài)清洗水在除氧器內(nèi)由20℃加熱至150℃，經(jīng)計(jì)算熱態(tài)清洗水所需輔助蒸汽量最多為45t/h。此時(shí)給水泵汽輪機(jī)所需蒸汽量為20t/h，熱態(tài)沖洗時(shí)鍋爐暖風(fēng)器已投入，暖風(fēng)器所需蒸汽量為15t/h?？傆?jì)80t/h，2 臺(tái)50t/h 啟動(dòng)鍋爐也可完全滿足要求。

2.3 30%THA 工況

設(shè)有啟動(dòng)用電動(dòng)給水泵的系統(tǒng)，電動(dòng)給水泵與汽動(dòng)給水泵的切換點(diǎn)為機(jī)組30%THA工況點(diǎn)，此時(shí)啟動(dòng)電泵停止工作。因此取消電動(dòng)給水泵后，30%THA 工況及以下時(shí)給水泵汽輪機(jī)的用汽量也需由啟動(dòng)鍋爐承擔(dān)。

根據(jù)汽輪機(jī)廠熱平衡圖，經(jīng)計(jì)算在 30%THA 工況，給水泵汽輪機(jī)最大用汽為30t/h，主汽輪機(jī)與給水泵汽輪機(jī)軸封用汽量約為8t/h，除氧器加熱蒸汽量為30t/h，等離子點(diǎn)火暖風(fēng)器蒸汽用量8t/h，灰斗加熱用汽4t/h，總計(jì)需求輔助蒸汽量為80t/h。2 臺(tái)50t/h 啟動(dòng)鍋爐也可滿足要求。

綜上所述，取消啟動(dòng)用電動(dòng)給水泵是可行的。2 臺(tái)50t/h的啟動(dòng)鍋爐可滿足機(jī)組啟動(dòng)的用汽要求和給水泵汽輪機(jī)的用汽要求。

3 初投資對(duì)比

3.1 設(shè)備初投資對(duì)比

參考《火電工程限額設(shè)計(jì)參考造價(jià)指標(biāo)》（2015年水平），啟動(dòng)用電動(dòng)給水泵組本體價(jià)格為620 萬(wàn)元，如果考慮與電動(dòng)給水泵組相連接的管道、管件、支吊架、閥門(mén)等，電動(dòng)給水泵組的總造價(jià)約850 萬(wàn)元。

兩臺(tái)50t/h 的燃油啟動(dòng)鍋爐，初投資約715 萬(wàn)元。由第3節(jié)可以看出，無(wú)論是否設(shè)置啟動(dòng)用電動(dòng)給水泵，在鍋爐冷態(tài)清洗工況、鍋爐熱態(tài)清洗工況或30%THA 工況時(shí)，單臺(tái)50t/h 的啟動(dòng)鍋爐也是不滿足要求的，依然要設(shè)置2臺(tái)50t/h 的啟動(dòng)鍋爐。因此取消啟動(dòng)電動(dòng)給水泵后可節(jié)約設(shè)備初投資約850 萬(wàn)元左右。

3.2 首次啟動(dòng)初投資對(duì)比

取消電動(dòng)給水泵后，機(jī)組首次啟動(dòng)時(shí)的鍋爐沖洗、吹管及冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)所需的給水，要由汽動(dòng)給水泵供給，有必要對(duì)取消電泵和不取消電泵在此階段的運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)行比較，由于機(jī)組尚未投運(yùn)，此階段的運(yùn)行費(fèi)用尚屬于初投資范疇。

按照鍋爐廠提供的資料，冷態(tài)開(kāi)式清洗1 天，3 小時(shí)，冷態(tài)循環(huán)清洗4～5 天，每天12 小時(shí)；熱態(tài)開(kāi)式清洗 1 天，約5 小時(shí)，熱態(tài)循環(huán)清洗6～7 天，每天12 小時(shí)。

鍋爐吹管暫按30%BMCR 給水量，吹管時(shí)間3～4 天，每天10～12 小時(shí)。根據(jù)機(jī)爐聯(lián)合啟動(dòng)曲線，機(jī)組每次冷態(tài)啟動(dòng)到達(dá)30%THA 工況的時(shí)間約5 小時(shí)。表1給出了首次啟動(dòng)時(shí)汽動(dòng)給水泵的運(yùn)行費(fèi)用。

電動(dòng)給水泵一般按照 25～30%容量配置，在以上各工況時(shí)，電動(dòng)機(jī)的軸功率約為3000kW，按照運(yùn)行時(shí)間205 小時(shí)計(jì)算，總耗電量為615000kWh，當(dāng)?shù)毓I(yè)電價(jià)按647.4 元/MWh計(jì)算，如設(shè)置電動(dòng)給水泵，首次啟動(dòng)階段的運(yùn)行費(fèi)用約為39.8 萬(wàn)元。

取消電動(dòng)給水泵后，機(jī)組首次啟動(dòng)時(shí)的鍋爐沖洗、吹管及冷態(tài)啟動(dòng)的運(yùn)行費(fèi)用增加約241.44萬(wàn)元。

電廠多臺(tái)機(jī)組運(yùn)行期間，其中一臺(tái)機(jī)組發(fā)生非計(jì)劃停運(yùn)后，可通過(guò)其他機(jī)組供應(yīng)輔助蒸汽實(shí)現(xiàn)機(jī)組重新啟動(dòng)，不需要啟動(dòng)鍋爐投運(yùn)。利用全年單臺(tái)機(jī)組運(yùn)行時(shí)間（2862 小時(shí)）和年均非計(jì)劃停運(yùn)次數(shù)（0.69 次），折算到該工程年均需要啟動(dòng)鍋爐的機(jī)組啟動(dòng)次數(shù)為0.23 次，壽期內(nèi)為6.9 次，機(jī)組平均單次非計(jì)劃停運(yùn)時(shí)間為48.78 小時(shí)，根據(jù)鍋爐廠資料，停機(jī)時(shí)間在150 小時(shí)以內(nèi)，不必進(jìn)行冷熱態(tài)清洗。這種情況下機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)，由表1 可知，每次汽動(dòng)給水泵的費(fèi)用約為7.2 萬(wàn)元，整個(gè)壽期內(nèi)的費(fèi)用約為50 萬(wàn)元。

3.3 小結(jié)

綜上所述，取消電動(dòng)給水泵后，考慮到機(jī)組首次啟動(dòng)時(shí)的鍋爐沖洗、吹管、冷態(tài)啟動(dòng)以及非計(jì)劃停機(jī)的工況，共可節(jié)省初期投資850-（241.44-39.8）-50=598.36 萬(wàn)元。

4 取消電動(dòng)給水泵優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

4.1 取消電動(dòng)給水泵的缺點(diǎn)

①如遇兩臺(tái)機(jī)組非計(jì)劃停機(jī)情況，機(jī)組重新啟動(dòng)，需投2 臺(tái)啟動(dòng)鍋爐，因此，2 臺(tái)啟動(dòng)鍋爐不能拆除，應(yīng)全部保留或至少保留1 臺(tái)；②對(duì)調(diào)試的靈活性不利；③由于廠內(nèi)未設(shè)置油區(qū)，業(yè)主方還需聯(lián)系油源，可能拖延機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間。

4.2 取消電動(dòng)給水泵的優(yōu)點(diǎn)

①可節(jié)約工程造價(jià)約 598.36 萬(wàn)元；②減少日后維護(hù)、檢修工作量；③可使給水系統(tǒng)更加簡(jiǎn)單，減少故障點(diǎn)；④由于沒(méi)有了電動(dòng)給水泵組的檢修起吊設(shè)施，此處的管道布置更加整潔，主廠房零米更加寬敞。

5 結(jié)論

綜上所述，在該工程不設(shè)電動(dòng)啟動(dòng)給水泵情況下，分別對(duì)首臺(tái)機(jī)組啟動(dòng)時(shí)的各個(gè)工況下機(jī)組耗汽量進(jìn)行分析和計(jì)算，最終確定選用2臺(tái)50t/h燃油快裝啟動(dòng)鍋爐（1.27MPa，350℃），可以滿足機(jī)組的啟動(dòng)用汽要求并可取消啟動(dòng)用電動(dòng)給水泵，并可節(jié)約工程造價(jià)約598.36 萬(wàn)元。

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