300MW燃煤機(jī)組鍋爐給水泵配置方式的研究28頁

1、 300mw燃煤機(jī)組鍋爐給水泵配置方式的研究摘要鍋爐給水泵是火力發(fā)電廠的重要輔機(jī)，國內(nèi)給水泵常用的驅(qū)動方式有小汽輪機(jī)驅(qū)動和液力耦合器調(diào)速電動機(jī)驅(qū)動兩種。本文把大機(jī)與小機(jī)均濕冷的大型燃煤火力發(fā)電機(jī)作為研究對象，通過對 300mw火電機(jī)組汽動給水泵、電動給水泵配置標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)研，提出全部為電動給水泵配置方式、全部為汽動給水泵配置方式、電動給水泵和汽動給水泵綜合配置方式3種方案，采用定性分析和定量計(jì)算相結(jié)合的方法，對3種方案的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析和計(jì)算得出結(jié)論。關(guān)鍵詞： 燃煤機(jī)組；給水泵；小汽輪機(jī)驅(qū)動；電動機(jī)驅(qū)動；經(jīng)濟(jì)性300 mw coal-fired unit boiler feed water pump

2、 configuration modeabstract boiler feed pump is one of the most important auxiliary equipment in thermal power plant, the two main driving modes of feed pumps are motor-driven mode and steam-driven mode in china power stations. this paper takes large coal-fired generating unit with the big turbine a

3、nd small turbine can cool by water as the object of study, investigated the two driving modes running situation and collocation standard, all proposed for electric feed water pump configuration mode, all for the steam feed pump configuration mode and steam feed water pump, electric pump is integrate

4、d configuration way three kinds of schemes, adopts the method of combining qualitative analysis and quantitative calculation, analysis and calculation of the economy of three kinds of schemes for the conclusion.key words: feed water pump; motor-driven; steam-driven; economy目 錄1 緒論.1 1.1 課題背景 1.2 研究的

5、目的和意義 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1.4 課題研究內(nèi)容 2 給水泵的配置方式 2.1 給水泵組的配置原則 2.2 國內(nèi)300mw機(jī)組給水泵組的配置情況調(diào)研分析 2.2.1 國內(nèi)給水泵配置情況 2.2.2 國內(nèi)300mw機(jī)組給水泵組的配置方式分析 2.2.3 備用給水泵的容量配置分析 2.2.4 給水泵運(yùn)行情況統(tǒng)計(jì) 2.3 給水泵組的驅(qū)動方案3 熱經(jīng)濟(jì)性比較 3.1 火力發(fā)電廠的熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo) 3.2 鍋爐給水泵熱經(jīng)濟(jì)性比較方法介紹 3.2.1 比較兩種方式的相對效率 3.2.2 比較各自的輸出凈功率4 300mw機(jī)組不同配置方式經(jīng)濟(jì)性比較實(shí)例 4.1 給水泵組驅(qū)動方案及配置情況 4.2 主要熱

6、力參數(shù) 4.2.1 主機(jī)的主要技術(shù)規(guī)范 4.2.2 不同工況下的數(shù)據(jù) 4.3 熱力計(jì)算公式 4.3.1 給水泵組的軸功率 4.3.2 電動調(diào)速方式時主機(jī)的發(fā)電量 4.3.3 汽動方式時主機(jī)的發(fā)電量 4.3.4 泵組耗電量以及因泵組耗功而使主機(jī)少供電量 4.3.5 機(jī)組凈熱耗 4.4 計(jì)算結(jié)果5 技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較 5.1 投資費(fèi)用比較 5.2 熱力系統(tǒng)比較 5.3 可靠性比較 5.4 運(yùn)行方式的比較6 結(jié)論與展望 6.1 結(jié)論 6.2展望參考文獻(xiàn)致謝1 緒論1.1 課題背景電力行業(yè)實(shí)現(xiàn)大跨越，改革開放功不可沒。在上個世紀(jì)八十年代，中國的電力裝機(jī)容量還不到6000萬kw，年發(fā)電量也沒達(dá)到3000億kw

7、h。但到了2013年底，全國發(fā)電裝機(jī)容量就達(dá)到了12.5億kw，比20世紀(jì)80年代翻了兩倍。火力發(fā)電在電力生產(chǎn)中占據(jù)著主導(dǎo)的地位，由2015年國家能源局發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2015年千我國火電裝機(jī)容量為9.2億千瓦。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國發(fā)電燃煤占煤總產(chǎn)量比例的50%以上，這一狀況預(yù)計(jì)還要持續(xù)相當(dāng)長的一段時間。在2013年底，火電機(jī)組供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率為321g/(kwh)，使我國煤電機(jī)組繼續(xù)達(dá)到世界先進(jìn)水平，提前達(dá)到了國家節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)得到的權(quán)威部門消息，計(jì)劃全國在2020年，將現(xiàn)在正在投運(yùn)的燃煤發(fā)電機(jī)組經(jīng)過技術(shù)改造后平均供電煤耗率低于310g/(kwh)。但是由于霧霾等環(huán)境問題的日益突出

8、，環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)苛，水電、核電、風(fēng)電等清潔能源迅猛發(fā)展，倒逼電廠在保證發(fā)電量的情況下降低能耗。1.2 研究的目的和意義 在發(fā)電廠中，給水泵的作用是向鍋爐供給一定壓力和溫度的給水，因此它是電廠中最重要的輔助設(shè)備，同時又是電廠輔機(jī)設(shè)備中耗能最大的設(shè)備，其安全而經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行對火電機(jī)組關(guān)系重大。如果能把給水泵的耗功降低，不但對提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的貢獻(xiàn)巨大，而且符合國家節(jié)能降耗政策。給水泵的配置方式不但影響到熱力系統(tǒng)的安全性及經(jīng)濟(jì)性，而且不同的配置方式對電廠的投資影響較大，不同配置所帶來的布置上的變化會導(dǎo)致土建、管道材料、電纜等投資上的變化1-3。因此，本論文是根據(jù)300mw燃煤機(jī)組的特點(diǎn)，通過對給水泵組

9、的選擇提出比選方案，定性和定量地分析和比較，從而達(dá)到使電廠能夠安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、實(shí)用以及降低設(shè)備投資的目的。1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國內(nèi)常用的給水泵驅(qū)動方式主要有小汽輪機(jī)驅(qū)動(簡稱汽動)和電動機(jī)驅(qū)動(簡稱電動)兩種(見圖 1.1)。 凝汽式 小汽輪機(jī)驅(qū)動 背壓式給水泵驅(qū)動方式 液力耦合器變速 變頻調(diào)速 電動機(jī)驅(qū)動 無轉(zhuǎn)向器電機(jī)調(diào)速 交流變頻調(diào)速 串級調(diào)速 國內(nèi)很大一部分人認(rèn)為汽動方式優(yōu)于電動方式，比如張春發(fā)等就認(rèn)為汽動給水泵方案與電動方案相比增大了主機(jī)的出力，降低了發(fā)電凈熱耗率和綜合成本煤耗率，小汽輪機(jī)驅(qū)動給水泵節(jié)約了廠用電，提高了機(jī)組運(yùn)行效率，且運(yùn)行穩(wěn)定性較好，調(diào)節(jié)性能良好，故應(yīng)該選取汽動方式

10、5。然而國內(nèi)的另一些觀點(diǎn)卻認(rèn)為從表面上看，汽動方式可增加供電量，電動方式能量轉(zhuǎn)換的環(huán)節(jié)多，消耗電量多，廠用電率高。但實(shí)際上由于國產(chǎn)小汽機(jī)的內(nèi)效率較主機(jī)低壓缸的效率低得多，導(dǎo)致汽動方式消耗的能量更多，由于其消耗的熱能未計(jì)入廠用電，造成其廠用電率低、經(jīng)濟(jì)性好的假象，并對300mw機(jī)組給水泵電動和汽動驅(qū)動方式的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行比較，指出電動驅(qū)動方式的運(yùn)行費(fèi)用低，投資省，經(jīng)濟(jì)性明顯優(yōu)于汽動方式16。 大型機(jī)組運(yùn)行多年后，根據(jù)機(jī)組運(yùn)行的實(shí)際情況，一種新的選型思路逐漸清晰：采用100%全容量汽泵配置，新建電廠取消電泵備用功能，條件合適的擴(kuò)建電廠直接取消電泵。對300 mw機(jī)組，采用全容量汽泵，不設(shè)電泵或只設(shè)滿足

11、機(jī)組啟動功能要求的啟動電動泵具有節(jié)約投資、節(jié)省占用空間和簡化系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)10-11。目前國內(nèi)已有部分電廠成功實(shí)現(xiàn)了上述方案，而國外300 mw及更大容量機(jī)組配置全容量汽泵已很普遍，從實(shí)際應(yīng)用上也驗(yàn)證了這一方案的可行性。全容量汽泵在機(jī)組低負(fù)荷時運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性好于2臺半容量汽泵。從長遠(yuǎn)發(fā)展的觀點(diǎn)出發(fā)，對300mw機(jī)組設(shè)置100%全容量汽泵，不設(shè)電動泵或只設(shè)滿足機(jī)組啟動功能要求的啟動電動泵是給水泵配置的發(fā)展趨勢。 隨著現(xiàn)代先進(jìn)科技技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了新型的電廠給水泵驅(qū)動技術(shù)。新發(fā)明的高效液力耦合器，它不僅在高負(fù)荷時效率高，而且其在機(jī)組較低負(fù)荷時還有很高的效率，這就對以往認(rèn)為選擇汽泵方案更好提出了異議。趙恩

12、嬋將調(diào)速之星與傳統(tǒng)液力耦合器進(jìn)行比較，每年節(jié)省電量獲得的收益達(dá)到400多萬元。因此，應(yīng)用高效液力耦合器技術(shù)對提高電廠經(jīng)濟(jì)性無疑是一種好方法。國內(nèi)外有很多種變頻技術(shù)，但被廣泛應(yīng)用在火電廠鍋爐給水泵上的只有無換向器電機(jī)的變頻技術(shù)。由于它具有熱經(jīng)濟(jì)性好和熱力系統(tǒng)不復(fù)雜的優(yōu)點(diǎn)，所以隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，從長遠(yuǎn)觀點(diǎn)看，無換向器電機(jī)調(diào)速方式在市場上一定會有美好前景。對于新型的主機(jī)同軸驅(qū)動給水泵，能充分利用能量，降低電廠的廠用電率，簡化工藝系統(tǒng)較簡化，減少了設(shè)備的費(fèi)用，增加了效益。雖然它在過去在美國應(yīng)用中遇到困難而被淘汰，但是它減少了能量傳遞環(huán)節(jié)，提高了能量轉(zhuǎn)換效率，所以它也是給水泵配置方式中重要的發(fā)

13、展方向。 作為電廠最重要的輔助設(shè)備，國內(nèi)對給水泵配置方式的研究早已不是新鮮話題。總結(jié)國內(nèi)有關(guān)文獻(xiàn)，歸納了前人在鍋爐給水泵驅(qū)動方案熱經(jīng)濟(jì)性研究上尚存在以下一些不足：(1)過份重視機(jī)組輸出，卻忽視了發(fā)電機(jī)組的實(shí)際能耗指標(biāo)；(2)片面強(qiáng)調(diào)小汽輪機(jī)的額定工況下的高效率，忽視了小機(jī)變工況下的低效率；(3)管道效率及汽動方案其他耗功沒有充分考慮；(4)國內(nèi)大型火電機(jī)組鍋爐給水泵容量及驅(qū)動設(shè)備容量偏大，沒有充分分析容量偏大對熱經(jīng)濟(jì)性的影響。 綜上所述，國內(nèi)外300 mw燃煤機(jī)組給水泵配置方式多種多樣，從分布范圍看，西歐國家青睞的是電動方式，北美和亞洲大多數(shù)國家則喜歡應(yīng)用汽動方式。國外的研究其實(shí)認(rèn)為這兩種方式

14、的經(jīng)濟(jì)性差別很少，造成這種情況是因?yàn)檫@些國家研發(fā)的小汽機(jī)的內(nèi)效率很高，可以達(dá)到85%。國內(nèi)卻普遍認(rèn)為電動方式需要消耗掉更多的廠用電，那么輸出電量就減少，所以300mw機(jī)組幾乎都采用汽動給水泵。但由于機(jī)組的低壓缸內(nèi)效率高出我們自己生產(chǎn)的小汽輪機(jī)的內(nèi)效率很多，所以在實(shí)際中必須根據(jù)工程的具體情況，通過多方面多角度分析來選擇合理的給水泵配置方式，從而提高電廠的效益。1.4 課題研究內(nèi)容 本文對燃煤機(jī)組給水泵不同配置方式進(jìn)行研究，主要以上海汽輪機(jī)有限公司生產(chǎn)的300mw機(jī)組為例，主要進(jìn)行的工作如下：(1) 通過進(jìn)圖書館查閱文獻(xiàn)，上網(wǎng)查詢資料，走訪電廠獲取第一手資料，盡可能多角度、全面地了解本課題的發(fā)展?fàn)?/p>

15、況。(2) 對收集到的資料進(jìn)行研究，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，總結(jié)歸納出機(jī)組給水泵不同配置方式下的特點(diǎn)。(3)確定比選對象，對國內(nèi)300mw機(jī)組的不同給水泵配置方式進(jìn)行計(jì)算，熱力數(shù)據(jù)由某電廠給出的熱平衡圖給出。2 給水泵的配置方式2.1 給水泵組的配置原則 給水泵的配置方式，主要是指給水泵的類型、臺數(shù)和容量的選擇。目前，在大型火電機(jī)組中，給水泵主要有汽動給水泵和電動給水泵兩種類型，但是電動給水泵又有定速泵和調(diào)速泵兩種，而汽動給水泵又可以配置不同容量和臺數(shù)，因此給水泵的配置方式呈現(xiàn)出多樣性。給水泵配置方式的選擇涉及到的因素很多，比如鍋爐的型號，汽輪機(jī)機(jī)組和鍋爐最低允許負(fù)荷；汽動泵結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、質(zhì)量水平，兩種泵的價

16、格及其運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性；還要滿足單元機(jī)組的不同運(yùn)行方式要求等。給水泵的選擇和配置原則應(yīng)該是保證給水系統(tǒng)運(yùn)行要安全和可靠、設(shè)備費(fèi)用最低、經(jīng)濟(jì)性好、操作靈活、添加供電量。這些原則相互之間不是孤立的，是有聯(lián)系的。通常來講，我們主要適當(dāng)注意某些設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，不論對于哪種配置方式，都能符合上面所要求的技術(shù)條件。2.2 國內(nèi)300mw機(jī)組給水泵組的配置情況調(diào)研分析 2.2.1 國內(nèi)給水泵配置情況 根據(jù)對相關(guān)文獻(xiàn)的統(tǒng)計(jì)和對國內(nèi)部分電力公司進(jìn)行調(diào)查，得到配置情況如下表。表21 300mw電廠配置情況表序號工程名稱單機(jī)容量給水泵配置方式備注汽動給水泵電動給水泵1珠江電廠250%150%2湛江電廠一期1100%150%3沙

17、嶺子電廠一期1100%150%4大唐雞西廠250%150%5沙角a 電廠250%130%6元寶山350%7內(nèi)蒙古達(dá)拉特電廠350%8太一五期350%9張家口、石橫濰坊電廠1100%150%10大壩250%150%電動泵為定速11吳涇電廠250%130%電動泵為定速12偃師電廠1100%150% 2.2.2 國內(nèi)300mw機(jī)組給水泵組的配置方式分析總體來說，300mw機(jī)組配置方式主要有汽動加電動(啟動/備用)和電動兩種方式。目前我國主要采用采用第一種方式，其中汽動泵作為主運(yùn)行泵，電動泵作為啟動或事故備用泵。這是由于我國上網(wǎng)調(diào)度的特點(diǎn)決定的，而前一種方式比后一種方式的所消耗的廠用電量低，能輸出更多

18、的電量，故我國幾乎全部采用第一種方式。汽動加電動的配置按泵的容量又可以分2種配置：1100%容量汽動給水泵+150%容量啟動電動給水泵；250%容量汽動給水泵+150%容量汽動給水泵。這兩種方式相比，250%容量汽動給水泵中如果有一臺汽動給水泵出現(xiàn)問題，那么備用的50容量電動泵能夠自動投入運(yùn)行，跟另外一臺50容量的汽動泵并聯(lián)運(yùn)行，這時候，機(jī)組能夠正常滿負(fù)荷運(yùn)行。但是如果是1100%容量汽動給水泵遇到這種情況，只能依賴50容量的用于備用的電動給水泵，卻不能滿足機(jī)組在帶60負(fù)荷時的給水需要。故250%配置方式具有運(yùn)行方式靈活，可靠性高的特點(diǎn)。這也是影響我國以往喜歡采用250%容量汽動給水泵這種配置

19、的主要因素，比如我國的珠江電廠、青島電廠等。在國外300 mw及更大容量機(jī)組采用1100%容量汽動給水泵已經(jīng)很普遍，在國內(nèi)使用1100%容量汽動給水泵的電廠雖然數(shù)量少，但也積累了足夠多的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，這得益于我國大量引進(jìn)外國先進(jìn)技術(shù)，使得1100%容量汽動給水泵質(zhì)量上升，可靠性提高。1100%容量汽動泵比250%汽動泵一般節(jié)省投資大約20%，而且1100%容量汽動泵比250%汽動泵的效率更高，降低了機(jī)組熱耗大約816kj/(kwh)，故1100%容量汽動給水泵的經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)于250%汽動給水泵。而且在機(jī)組40%100%負(fù)荷范圍內(nèi)，給水泵能夠與主機(jī)的負(fù)荷變化相對應(yīng)，這就沒有雙泵并聯(lián)運(yùn)行的麻煩。正是由于1

20、100%容量汽動給水泵具有這么突出的優(yōu)點(diǎn)，所以北美和歐洲大力推薦使用1100%容量汽動給水泵。美國的湯姆斯電廠和蓋文電廠b.b.c公司產(chǎn)130萬千瓦機(jī)是100%容量汽動給水泵，甚至一些公司取消了電動備用泵，比如托馬斯克里克廠60萬千瓦的4號機(jī)、卡特爾廠61.5萬千瓦的1、2號機(jī)。歐洲的英國電氣公司30萬千瓦機(jī)組，英國的韋斯特伯頓電廠法國拉托公司25萬千瓦機(jī)組為100%容量汽動給水泵加250%電動給水泵，法國阿爾斯通60萬千瓦機(jī)組和西德60萬千瓦機(jī)組則為100%容量汽動給水泵加225%電動給水泵，英國新66萬千瓦機(jī)組則變成了為100%容量汽動給水泵加150%電動給水泵，只有一半備用量，向美國靠近

21、。在我國，湛江發(fā)電廠一期1、2號機(jī)組和沙嶺子電廠一期1、2號機(jī)組是國產(chǎn)300mw 機(jī)組，采用了1100%容量汽動給水泵。但是運(yùn)行了幾年，成績不理想。原因是多次發(fā)生事故，即汽動給水泵故障跳閘引起鍋爐汽包水位低，機(jī)組跳閘，甚至鍋爐干鍋，這樣造成了電廠不能安全運(yùn)行。所以后面湛江發(fā)電廠二期工程2300 mw 機(jī)組及沙嶺子電廠二期工程23oo mw 機(jī)組(已投產(chǎn))的給水泵都采用250%容量，提高了可靠性。但是隨著給水泵技術(shù)的進(jìn)步，我國又有使用1100%容量給水泵的趨勢，這與國際上給水泵配置方式現(xiàn)狀相吻合。 2.2.3 備用給水泵的容量配置分析 目前國內(nèi)300mw 機(jī)組電廠的備用泵大多為150%容量的電動

22、給水泵，但也有使用130%容量的電動給水泵。兩者比較采用30%容量的電動泵可以降低投資。因此，對于250%容量的給水泵配置方式時使用備用泵建議采取130%容量的電動給水泵，國內(nèi)的吳涇電廠300mw機(jī)組給水泵就是采納的這種方式。但是使用50%容量的備用電泵也有好處，因?yàn)榻o水泵的型號一樣，有利于維護(hù)和備品備件管理。當(dāng)300mw機(jī)組使用1100%容量汽動給水泵時，應(yīng)該保持備用電泵的容量為50%，這樣是為了當(dāng)汽泵發(fā)生故障時，電泵能夠快速啟用，承擔(dān)約60%的機(jī)組出力，避免機(jī)組停機(jī)等事故。通過對國外機(jī)組運(yùn)行情況的了解，給水泵和小汽輪機(jī)運(yùn)行可靠性較高，電動給水泵的備用功能極少使用。ge公司在20世紀(jì)八十年代

23、對給水泵運(yùn)行情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)強(qiáng)迫停機(jī)的次數(shù)極低，得出給水泵可靠性高可以不設(shè)備用泵的結(jié)論。因?yàn)槿∠姳脗溆?，減少了投資費(fèi)用，簡化了系統(tǒng)，降低了廠用電率，提高了經(jīng)濟(jì)性，所以建議新建電廠進(jìn)行試點(diǎn)推廣。 2.2.4 給水泵運(yùn)行情況統(tǒng)計(jì)根據(jù)2014年電力可靠性指標(biāo)主要情況知道，參與可靠性統(tǒng)計(jì)的20萬千瓦及以上容量給火電機(jī)組的水泵組臺數(shù)為3036臺，可用系數(shù)為93.23%。根據(jù)2004年2009年大型火電機(jī)組主要輔機(jī)運(yùn)行可靠性指標(biāo)對電泵和汽泵進(jìn)行匯總見下表。2-2 給水泵非計(jì)劃停運(yùn)時間統(tǒng)計(jì)表運(yùn)行系數(shù)%可用系數(shù)%非計(jì)劃停運(yùn)率%非計(jì)劃停運(yùn)時間(小時/臺年)2004電泵31.0394.20.7219.713

24、00mw汽泵83.6593.740.2316.892005電泵32.594.930.7120.36300mw汽泵85.0794.530.2216.432006電泵35.6795.080.6219.49300mw汽泵84.0794.590.1611.802009電泵31.8994.030.719.69300mw汽泵75.5393.50.138.61 從上面的統(tǒng)計(jì)可以看出，電動給水泵的平均非停運(yùn)時間明顯高于汽動給水泵，且給水泵的可靠性逐年提高。據(jù)統(tǒng)計(jì)造成給水泵停運(yùn)的主要原因是密封裝置漏水，其它原因有振動大、磨損等。2.3 給水泵組的驅(qū)動方案 (1)電動機(jī)驅(qū)動電動機(jī)驅(qū)動是通過給水泵的給水調(diào)節(jié)閥來控制

25、給水量，也可以在電動機(jī)和給水泵之間設(shè)置液力耦合器。液力耦合器是一種利用液體來傳遞轉(zhuǎn)矩的變速裝置，電動機(jī)轉(zhuǎn)速不改變，通過改變耦合器的轉(zhuǎn)矩，來達(dá)到給水泵的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化從而調(diào)節(jié)給水量，也可以使用其它變速裝置控制電機(jī)轉(zhuǎn)速以驅(qū)動給水泵。它的特點(diǎn)是系統(tǒng)不復(fù)雜、運(yùn)行可靠性高、投資設(shè)備費(fèi)用相對于小汽輪機(jī)少。但是當(dāng)機(jī)組的功率變大后，因?yàn)殡妱訖C(jī)和變壓器啟動的控制設(shè)備容量要求也同步變大，使得整個裝置的費(fèi)用也隨之變大，需要消耗更多電量。所以，目前國內(nèi)300mw火電機(jī)組通常使用小汽輪機(jī)驅(qū)動，只有啟動或備用泵采用電動機(jī)驅(qū)動。(2)主汽輪機(jī)驅(qū)動主汽輪機(jī)驅(qū)動方式( 即給水泵汽輪機(jī)和主汽輪機(jī)同軸) 就是給水泵直接采用主汽機(jī)驅(qū)動

26、的方式，即在運(yùn)轉(zhuǎn)層汽輪機(jī)機(jī)頭側(cè)，讓汽機(jī)主軸通過聯(lián)軸器、減速箱、液力偶合器等傳動裝置帶動給水泵運(yùn)行。相對于電動機(jī)驅(qū)動和小汽機(jī)驅(qū)動，它減少了能量的傳遞環(huán)節(jié)，而不是和其它兩種方式一樣僅僅提高了能量在傳遞上的效率，所以主汽輪機(jī)驅(qū)動能夠充分利用能量。在20世紀(jì)60年代初期，美國有比較多的電廠采用了這種方式，但后來在應(yīng)用中由于技術(shù)方面等原因逐漸被淘汰。(3) 小汽輪機(jī)驅(qū)動 小汽輪機(jī)驅(qū)動時通過單獨(dú)設(shè)置小機(jī)來驅(qū)動給水泵。為確保給水系統(tǒng)的安全，那么通常小汽輪機(jī)至少必須準(zhǔn)備兩路供汽的汽源，即高壓汽源和低壓汽源，這樣才能達(dá)到小汽輪機(jī)的要求。高壓汽源主要是主蒸汽來汽，低壓汽源一般是高、中壓缸排汽(即主機(jī)四段抽汽)，在

27、額定工況時，小汽輪機(jī)抽取低壓汽，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷改變到一定的時候，小汽機(jī)能通過自動切換的手段把汽源從低壓轉(zhuǎn)到高壓。3 熱經(jīng)濟(jì)性比較3.1 火力發(fā)電廠的熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)能夠評估發(fā)電廠熱力設(shè)備不同配置或系統(tǒng)的聯(lián)接方式的性能。當(dāng)需要熱經(jīng)濟(jì)性分析和技術(shù)經(jīng)濟(jì)對比的時候，都要用到熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。衡量發(fā)電廠的熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)主要有汽耗率、煤耗率、熱耗率與全廠效率四類。a 汽耗率汽耗率d為汽輪機(jī)組每生產(chǎn)一度電的耗汽量。 d kg/(kwh) (31) 式中：為汽輪機(jī)的進(jìn)汽量，kg/h； 為發(fā)電機(jī)輸出功率，kw； 為1kg新汽比內(nèi)功，kj/kg； 為機(jī)械效率； 為發(fā)電效率。 汽耗率與熱效率沒有直接的關(guān)系，它主要由汽

28、輪機(jī)實(shí)際比內(nèi)功的大小決定，故它不能單獨(dú)作為熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。b 熱耗率熱耗是評價汽輪發(fā)電機(jī)組熱力循環(huán)和運(yùn)行情況的主要指標(biāo)，熱耗率是指汽輪機(jī)每小時生產(chǎn)一千瓦電能所消耗的熱量。它有兩種形式，當(dāng)考慮泵功時為毛熱耗，而扣除泵功則是凈熱耗。當(dāng)為電動機(jī)驅(qū)動時時的公式：毛熱耗率： q= kj/(kwh) (32)凈熱耗率： q= kj/(kwh) (33)當(dāng)為小汽輪機(jī)驅(qū)動時的公式如式：毛熱耗率：q= kj/(kwh) (34)凈熱耗率： q=kj/(kwh) (35)式中：q為熱耗率，kj/(kwh)； d0，drh分別為汽輪機(jī)耗汽量和再熱蒸汽量，kg/h； h0，hfw分別為新蒸汽焓和給水焓，kj/kg； ，

29、分別為中壓缸進(jìn)汽比焓和高壓缸排汽汽比焓，kj/kg；為電動及驅(qū)動方式時機(jī)組的發(fā)電量，kw為小汽輪機(jī)驅(qū)動時機(jī)組的發(fā)電量，kw為泵組耗電量，kw為前置泵軸功率，kw 通過上面的分析了解到，熱耗率q 反映了發(fā)電廠的熱經(jīng)濟(jì)性。c 全廠效率凝汽式發(fā)電廠的全廠效率是發(fā)電機(jī)的輸出功率(以熱量計(jì))和燃料所供給的熱量的比值，它能分為全廠發(fā)電效率(毛效率)和全廠供電效率(凈效率)兩種。(1)全廠發(fā)電效率： (36)q：為全廠熱耗量； (2)全廠供電效率： (37)式中：n為廠用電功率，kw； e 為廠用電率。d 煤耗率煤耗率同樣叫標(biāo)準(zhǔn)煤耗率，它表現(xiàn)出電廠或機(jī)組在相同條件下技術(shù)獲益的程度，也能表現(xiàn)出了它工作水平的高

30、低，同時它也成為了現(xiàn)實(shí)中經(jīng)濟(jì)評比和能源規(guī)劃中的重要指標(biāo)之一。它也有發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率和供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率之分。全廠供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率由于能全面地評價機(jī)組的工作能力的高低，已經(jīng)成為評價機(jī)組經(jīng)濟(jì)必不可少的一種能量指標(biāo)。機(jī)組供電煤耗率的定義為機(jī)組每向外輸出1kwh電能平均耗用的標(biāo)準(zhǔn)煤耗，它由公式( 38)可得： = kg/kw ( 38)式中：為鍋爐的效率，=0.90.94； 為管道效率是比較汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組工作完善程度的重要指標(biāo)， 一般= 0.980.99； 為汽輪機(jī)效率(汽輪機(jī)絕對電效率)。電廠的主要設(shè)備跟輔助設(shè)備的性能與運(yùn)行影響著火電廠的經(jīng)濟(jì)性。給水泵作為火電廠中消耗廠用電最大的輔助設(shè)備，那么對于不同的驅(qū)動

31、方式則它的熱經(jīng)濟(jì)性不同。3.2 鍋爐給水泵不同配置熱經(jīng)濟(jì)性比較方法介紹 目前計(jì)算的方法主要有兩種。定功率分析計(jì)算是假設(shè)機(jī)組的功率不變或主變出口功率不變時，反過來追本溯源，來求不同給水泵配置方案的給水流量、主蒸汽流量，可一直倒推算出鍋爐消耗的用煤量。但是這種方法在用在給水泵配置的經(jīng)濟(jì)性研究上存在缺陷，這是因?yàn)閷?shí)際計(jì)算不好操作。無論是定流量計(jì)算還是定功率計(jì)算，其結(jié)果應(yīng)該是一樣的，本文采用定流量計(jì)算。假定機(jī)組的耗汽量相同，在機(jī)組的主蒸汽、再熱蒸汽和各級回?zé)岢槠牧髁俊?shù)相同的前提下進(jìn)行計(jì)算。 3.2.1 比較兩種方式的相對效率 把用于驅(qū)動小汽機(jī)的抽汽的相對效率和在相同抽汽量狀況下，電動機(jī)驅(qū)動方式的

32、能量轉(zhuǎn)換的相對效率來較量，看哪種驅(qū)動方式的相對效率高。當(dāng)驅(qū)動方式是小汽輪機(jī)驅(qū)動時，相對效率的公式見下式( 39)： ( 39)式中：為小汽機(jī)內(nèi)效率，82%； 為小汽機(jī)機(jī)械效率，98%； =hex/hex； hex為蒸汽從小汽機(jī)抽汽口到小機(jī)排汽口的焓降； hex為抽汽口到機(jī)組排汽口的焓降；當(dāng)驅(qū)動方式為電動調(diào)速時，相對效率的公式見下式( 310)： ( 310)式中：為主機(jī)低壓缸內(nèi)效率，90.1%； 為發(fā)電機(jī)效率，99%； 為變壓器及輸電效率，98%； 為電動機(jī)效率，97%； 為升速齒輪效率，96%； 為液力耦合器效率，95%； 為發(fā)電機(jī)組機(jī)械效率，97%；以湖南創(chuàng)元電廠300mw機(jī)組為例，機(jī)組處

33、于tha工況時，根據(jù)某公司提供的熱力數(shù)據(jù)，此時抽汽口處壓力為0.7514mpa，焓為3120.3kj/kg，同時小汽機(jī)進(jìn)口處壓力為0.7138mpa，排汽壓力為7.18kpa，焓為2456.1kj/kg，主機(jī)排汽焓為2363.3kj/kg，計(jì)算得=87.7%，則=70.5%，=75%，可以得出電動方式熱經(jīng)濟(jì)性高于汽動方式。但是上面的計(jì)算所得出的結(jié)論很片面，因?yàn)閷?shí)際運(yùn)行中機(jī)組不可能一直處于同一工況，而實(shí)際上不同工況機(jī)組效率不一樣，所以我們不能簡單的把某種工況下的效率進(jìn)行比較。 3.2.2 比較各自的輸出凈功率假如采用小汽機(jī)驅(qū)動的方式能夠比電動機(jī)驅(qū)動的方式的機(jī)組輸出凈功率大，則表明采用小汽機(jī)驅(qū)動給

34、水泵方案的經(jīng)濟(jì)性好，與此相反，當(dāng)電動機(jī)驅(qū)動的方式機(jī)組輸出凈功率大，則說明電動機(jī)驅(qū)動的經(jīng)濟(jì)性好。當(dāng)用小汽輪機(jī)驅(qū)動時，機(jī)組輸出的凈功率為： ( 311) ( 312)式中：為發(fā)電機(jī)組額定輸出功率，kw； 為小汽機(jī)所消耗的蒸汽量在抽汽口后可發(fā)出的功率，kw； 為小汽機(jī)抽汽量，t/h；當(dāng)用電動機(jī)驅(qū)動時，機(jī)組輸出凈功率為： ( 313) ( 314)式中：是電泵的電動機(jī)發(fā)出的功率，kw； 為小汽輪機(jī)發(fā)出的功率，kw； 為電能傳遞效率()； 相同的條件下凈功率的差值： ( 315) 由某火電電廠提供的300mw機(jī)組熱平衡圖：在熱耗保證工況(tha )下，補(bǔ)水率為0%，排汽壓力為5.80kpa，機(jī)組的熱耗為

35、7940.1kj/(kwh)，機(jī)組輸出功率為300148kw，小汽機(jī)輸出功率為6357kw，對兩種方式進(jìn)行比較：，所得的結(jié)果說明采用電動驅(qū)動方式可使機(jī)組凈輸出功率多出239kw，故電動驅(qū)動方式熱經(jīng)濟(jì)性高于汽動方式。上面的算法也沒有變工況的情況，而且小汽機(jī)的蒸汽管道存在 5%8%的壓損和一定量的散熱損失都沒有計(jì)算進(jìn)去，還有小汽輪機(jī)驅(qū)動方案中所需要的電動前置泵，還有小汽機(jī)油系統(tǒng)中的電動設(shè)備，它們所用的電量都沒有減去，倘若考慮到這些條件，則對汽動方式更加沒有好處。 4 300mw機(jī)組不同配置方式經(jīng)濟(jì)性計(jì)算實(shí)例4.1 給水泵組各方案及其配置情況 通過對前文的歸納，選擇給水泵的配置： 方案一：電動給水泵

36、和汽動給水泵綜合配置方式：250%汽動泵(運(yùn)行泵)+ 150%容量的電動泵(啟動/備用泵)； 方案二：全部為汽動給水泵配置方式：250%容量的汽動泵，不設(shè)備用泵； 方案三：全部為電動給水泵配置方式：350%電動泵(2臺作為主運(yùn)行泵+1臺作為備用泵)。4.2 主要熱力參數(shù) 4.2.1 主機(jī)的主要技術(shù)規(guī)范 湖南創(chuàng)元電廠的300mw機(jī)組是由上海汽輪機(jī)有限公司生產(chǎn)的亞臨界、一次中間再熱、兩缸、兩排汽、反動、八級回?zé)岢槠?、凝汽式汽輪機(jī) n300-16.70/538/538。蒸汽初參數(shù)：=16.70mpa，=538.0；再熱蒸汽參數(shù)：冷段壓力=3.5740mpa，冷段溫度=320.4，熱段壓力(中壓缸進(jìn)汽

37、)=3.217mpa，=538.0；排汽壓力：=5.80kpa。 4.2.2 不同工況下的數(shù)據(jù) 由湖南創(chuàng)元電廠給出的數(shù)據(jù)，收集數(shù)據(jù)見下表。 表4-1 300mw 火電機(jī)組給水泵不同工況的數(shù)據(jù)項(xiàng)目 單位 tha75%50%40%30%主汽壓力mpa16.7016.7012.3110.007.93主汽溫度538.0538.0538.0538.0538.0給水流量 kg/h915470662428438971353442278103 凝汽器壓力kpa5.805.805.805.805.80再熱蒸汽出口壓力mpa3.2172.3871.6291.3291.029再熱蒸汽出口溫度538.0538.053

38、8.0538.0500.0再熱蒸汽流量kg/h743121548550371748302059239542再熱蒸汽出口焓kj/kg3539.13547.23554.73557.63478.0再熱蒸汽進(jìn)口壓力mpa3.57402.65201.80981.47641.1433再熱蒸汽進(jìn)口溫度320.4297.1299.1303.3304.3再熱蒸汽進(jìn)口焓kj/kg3030.82998.73028.33046.93057.8小汽機(jī)抽汽點(diǎn)溫度329.5331.4334.2336.1303.8小汽機(jī)抽汽點(diǎn)壓力mpa0.71380.53620.36970.30400.2289小汽機(jī)抽汽點(diǎn)焓kj/kg312

39、0.33128.23137.83143.03078.8小汽機(jī)抽汽流量kg/h3445324168165301259115864小汽機(jī)排汽焓kj/kg2456.12493.92542.82568.72759.8小汽機(jī)軸功率kw63574258273120081406主機(jī)輸出功率kw30014822513515006712004990018凝結(jié)水溫度35.5735.5735.5735.5735.57凝結(jié)水焓kj/kg148.9148.9148.9148.9148.9排汽流量kg/h542825415314292499242970191249排汽焓kj/kg2363.32395.12450.9248

40、3.12483.4熱耗kj/(kwh)7940.18063.48436.68684.89122.2汽耗kj/(kwh)3.052.942.922.943.084.3 熱力計(jì)算公式 各方案的對照是在初參數(shù)相同的情況下進(jìn)行的。在此條件下，各方案所花費(fèi)的原煤量是一樣的，但是卻會因?yàn)榕渲梅绞讲煌斐蓹C(jī)組的發(fā)電量和供電量的結(jié)果不一樣。 4.3.1 給水泵組的軸功率 可以通過實(shí)際運(yùn)行中各工況點(diǎn)的揚(yáng)程和主泵的效率求出主給水泵的軸功率，由公式(41)得到：kw (41)式中：為給水流量，t/h； g為重力加速度； h為主給水泵的揚(yáng)程，m； 為主給水泵的效率，%； 前置泵為定速泵，它的軸功率能通過性能曲線圖(

41、-曲線)或由上面的公式求出。 4.3.2 電動機(jī)驅(qū)動方式時機(jī)組的發(fā)電量 對于給水泵電動機(jī)驅(qū)動方式，當(dāng)機(jī)組經(jīng)過與原設(shè)計(jì)汽動方案相同的進(jìn)汽量時，主要的增發(fā)電量可以由下式計(jì)算： kw (42)那么電動機(jī)驅(qū)動方式時機(jī)組的發(fā)電量為： (43)式中：為原設(shè)計(jì)250%汽動方案時機(jī)組的發(fā)電量，kw； 為原設(shè)計(jì)250%容量小汽輪機(jī)驅(qū)動方案中小汽輪機(jī)的耗汽量，t/h； 為發(fā)電機(jī)效率； 為主機(jī)的機(jī)械效率； 4.3.3 汽動方式時主機(jī)的發(fā)電量對于鍋爐給水泵小汽輪機(jī)驅(qū)動方案，它的小汽輪機(jī)的抽汽量為：(t/h) (44)則主機(jī)發(fā)電量為：(kw ) (45)式中：為小汽輪機(jī)的內(nèi)效率 4.3.4 泵組耗電量以及因泵組耗功而使

42、主機(jī)少供電量 對于電動機(jī)驅(qū)動方式，如果主運(yùn)行泵與前置泵由1臺電動機(jī)通過同軸串聯(lián)來驅(qū)動，那么泵組的消耗的電量：(kw ) (46)式中：為前置泵軸功率，kw；為液力耦合器效率；為電動機(jī)的效率；為升速齒輪效率；為廠用輸變電效率；為前置泵電機(jī)的效率；在電動調(diào)速方式時，泵組耗電量等于因泵組消耗電功導(dǎo)致機(jī)組少供的電量，表達(dá)式是： (47)因?yàn)殡妱訖C(jī)驅(qū)動方式時機(jī)組的增發(fā)電量與原設(shè)計(jì)中因?yàn)樾∑啓C(jī)抽汽造成機(jī)組少發(fā)的電量，所以在鍋爐給水泵小汽輪機(jī)驅(qū)動方案中，由于泵組耗功造成的機(jī)組少供電量即為： kw (48) 4.3.5 機(jī)組凈熱耗 當(dāng)采用電動機(jī)驅(qū)動時方式，機(jī)組的凈熱耗由下式 (49)得出： q= kj/(k

43、wh) (49) 當(dāng)采用小汽輪機(jī)驅(qū)動方式，機(jī)組的凈熱耗由下式 (410)得出： q= kj/(kwh) (410)式中：q為熱耗率，kj/(kwh)； d0，drh分別為汽輪機(jī)抽汽量和再熱蒸汽量，kg/h； h0，hfw分別為新蒸汽焓和給水焓，kj/kg； ，分別為中壓缸進(jìn)汽比焓和高壓缸排汽比焓，kj/kg； 為電動機(jī)驅(qū)動方式時機(jī)組的發(fā)電量，kw； 為小汽輪機(jī)驅(qū)動方式時機(jī)組的發(fā)電量，kw； 為泵組耗電量，kw； 為前置泵軸功率，kw 。 4.4 計(jì)算結(jié)果根據(jù)熱平衡圖了解到本機(jī)組的鍋爐給水泵組配置是250%容量汽動方式。因此，在進(jìn)行不同配置方式熱經(jīng)濟(jì)性對照時，能夠使用本機(jī)組的原設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)。通過對

44、不同工況來計(jì)算，其結(jié)果如下表所示。表4-2 300mw火電機(jī)組鍋爐給水泵不同配置方式的熱力計(jì)算結(jié)果tha75504030方案一(方案二)方案三方案一(方案二)方案三方案一(方案二)方案三方案一(方案二)方案三方案一(方案二)方案三主泵軸功6631.06627.75783. 35780. 15103. 35100. 34557. 54554. 64118. 54115. 7泵組耗電量(kw)222. 89234. 0209. 78460. 2196. 37810. 6183. 07266. 0169. 96809. 5機(jī)組發(fā)電量(kw)300148307105225135229861150067

45、1530951200491222659001892537抽汽少發(fā)電量(kw)6957.085677 0. 04726.159343 0. 03028.801405 0. 02216.37264 0. 02519.567279 0. 0機(jī)組少供電量(kw)7354. 68234. 04913. 35460. 23295. 83810. 62479. 83266. 02859. 73809. 5機(jī)組凈熱耗(kj/kwh)8030. 58054. 28026. 98058. 28089. 98127. 88222. 58265. 48361. 18405. 7 計(jì)算結(jié)果表明：當(dāng)把凈熱耗率作為電廠評價熱經(jīng)濟(jì)性的標(biāo)準(zhǔn)，凈熱耗率越低經(jīng)濟(jì)性越好，從表中可以看出使用方案一(電動給水泵和汽動給水泵綜合配置方式)和方案二(全部為汽動給水泵配置方式)的機(jī)組凈熱耗低于方案三(全部為電動給水泵配置方式)，因此方案一和方案二的熱經(jīng)濟(jì)性更好。5 技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較5.1