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                      大型火電機組給水泵驅動方案的經濟性比較

                      來源:博山東方水泵    發布時間:2019-02-13 11:20    瀏覽量:

                        7:B文章編號:1004泵功率占主機功率的3左右,供電煤耗以300g/kWh計算,若新的驅動方式下泵組效率平均可提高10,那么整個機組提效率高約是0. 3,降低供電煤耗約0.9g/kWh,按年利用小時5000h來計算,可節約4500噸標煤,煤價按800元/t來計算,年節省的煤碳成本為360萬元。

                        因此,大型機組(300MW及以上容量的機組)鍋爐給水泵驅動方式的選擇,對整個機組經濟性的影響越來越重要。

                        2定流量計算方法簡介在進行新型電泵與汽泵驅動方式的熱經濟比較計算中,擬用定流量分析法。定流量分析法中假定用煤量不變,鍋爐參數、效率、流量不變,一直到汽機入口蒸汽參數、效率、流量不變,只將進入小機做功的蒸汽量重新引回主機發電,然后經廠變到電泵電機驅動給水泵,比較5種驅動方式各自的上網電量,上網電量高者勝出。在計算中將考慮汽泵中進汽的管道效率,排汽的管道效率,小機油泵功率,小機排煙風機功率,可能的內漏對小機效率的影響,前置泵電機功率等所有真實情況。

                        文中定流量分析的基本條件如下:2)給水流量、溫度、所需要的揚程及主蒸汽流量相等;1給水泵驅動方式的爭議在常規燃煤火力發電機組中,給水泵是電廠輔助設備中為耗功的設備,常占主機功率的2~ 4.對于主機或小機均可采用濕冷的純凝機組是應使用電動給水泵還是汽動給水泵,則是目前存在較大爭議的領域。基本上可以分成兩個流派:電動給水泵流派。西歐國家(英國、法國、意大利、比利時等)傾向于采用電動方案,理由是他們國家生產的小機內效率幾乎等于電能傳遞效率和主機低壓缸內效率的乘積,在這個大前提下,電動方案的綜合投資要比汽動方案低很多,因此電泵方案。

                        汽動給水泵流派。美、日、前蘇聯則認為他們國家生產的小機內效率高,并大于電能傳遞效率和主機低壓缸內效率的乘積(即汽動方案的機組凈出力大于電動方案的機組凈出力),故認為汽動方案優于電動方案。

                        我國由于三大汽機制造商多引進美國、日本、前蘇聯的技術,因而大多接受小汽輪機驅動方案,只有少量從法國進口的原裝機組采用電泵驅動方案。

                        隨著火電廠機組容量的增加,給水泵驅動功率也在增加,比如某1000MW先進機組100容量的給水泵軸功率是3. 0670萬kW,因此給水泵用何種方式驅動對機組經濟性的影響也在增加,特別是在低負荷工況下。比如1臺1000MW機組,給水夠裕量接收至小機的蒸汽回主機做功。

                        進行比較的5個方案為:傳統液力偶合器電泵方案;高效液力偶合器電泵方案;大型現代變頻電泵方案;30負荷等4個負荷下這5種方案上網電量高低。

                        在計算中以正常運行下的熱經濟性為主線,再3主機簡介以國內某廠1000MW超超臨界機組為例進行計算。本機主汽輪機為西門子(SIEMENS)制造,高、中壓缸分缸布置,四缸四排汽;回熱系統為三高四低一除氧,除氧器及汽動泵汽源來自中壓缸抽汽;給水泵配置為50x2汽泵,不設電泵。機組主要參數及汽機主機、給水泵小汽輪機部分參數如表1所示。

                        表1國內某廠1000MW機組部分參數參數負荷4抽汽點壓力/MPa 4抽汽點溫度/ 4抽汽點焓/kkg-1主機排汽壓力/MPa主機排汽焓/kkg-1主機排汽理想焓/kkg-1抽汽口至主機排汽理想焓降/kkg抽汽口至主機排汽焓降/kkg-1主機抽汽到排汽口效率發電機效率變壓器及輸電效率小汽機內效率小汽機機械效率給水泵軸功(50單臺)/MW 4定流量法計算各驅動(配置)方案的凈輸4.1汽動方案對于小汽輪機驅動給水泵這樣的形式,泵由小汽輪機驅動,汽源來自主機四級抽汽,排汽引至主凝汽器。系統簡圖如所示。

                        汽動方案系統簡圖;Vm一主機機械效率,Vg―發電機效率,Pqb―前置泵消耗軸功,kW;Vd―前置泵電機效率,Vgcb一高廠變效率,Vdeb一低廠變效率,Ui―小機交流油泵電機電壓,V;―小機交流油泵電機―小機排煙風機電機電壓,V;Ipy―小機排煙風機電機電流,A;cosp―電機功率因子。

                        4.2傳統電動方案電動方案調速裝置常用液力偶合器來實現,電機也米用傳統電機。系統簡圖如所示。

                        電動方案計算系統簡圖械傳動效率,ng一高壓變壓器效率,nt―普通電動機效率,n.一高效液力偶合器效率,。

                        4.3高效電動方案目前,除常用的齒輪液力偶合器外,出現了高效液力偶合器,其在50負荷時還有高達92左右的效率,比傳統的液力偶合器高20左右(見圖,對傳統汽泵方案中熱經濟性占優的理論提出了挑戰。在這里,電機也采用高效電機,雖然成本有所上升,但可以保證即使是30負荷也有93.6的效率。系統簡圖如所示。

                        高效液耦方案計算系統簡圖動效率,nmt高效電動機效率,ngcb高壓變壓器效率,.一高效液力偶合器效率,。

                        4.4現代變頻方案由于無換向器電機轉速可以變化,且滿足鍋爐給水泵的轉速要求。為了提高整個泵組效率,將給水泵與無換向器電機直接相連,前置泵通過一個減速齒輪參與整個泵組的變速,所以在這個方案里,前置泵的功率也是隨負荷變化的。其系統簡圖如所示。

                        變頻方案計算系統簡圖效率,ngcb高壓主變壓器效率,nmt高效電動機效率,nd+減速齒輪效率,.一現代大型變頻器效率,尺一考慮到變頻器散熱需要額外增長的功率消耗,所考慮的耗功放大系數,K1. 4.5主軸驅動方案該驅動方式是將主汽輪機的主軸通過液力聯軸器直接由主機的主軸驅動給水泵。

                        這種驅動方式曾在美國風行一時,終因有增加機組軸向尺寸,影響機組布置,采用變速箱影響機組經濟性等缺點而被淘汰。在我國發電規模及發電技術飛速發展,我國火電行業競爭日益激烈的今天,火電機組前箱大為簡化,比如外高橋第三電廠1000MW機組前箱僅有一盤車裝置與一徑向軸承,為留出單臺100容量給水泵的靠背輪接口提供了可能,這里的液力偶合器采用高效的液力偶合器。系統簡圖如所示。

                        傳動效率,ng―發電機效率,.一偶合器效率,呢一高效電動機效率;。1>一高壓廠變主軸驅動方案計算系統簡凈功計算數據匯總(見表2)表2各驅動方案凈輸出功計算匯總MW各方案凈輸出功負荷N凈泵N凈電N凈頻N凈軸6熱經濟性分析由表2可以看出,傳統電泵方案上網凈功率少,而且各個負荷下均少,所以是5種方案中差的;作為基準的傳統汽泵方案次之;高效液耦方案在滿負荷下就已超過汽泵方案的上網凈功率,在另外3種負荷下也已超過汽泵方案,加上電泵方案系統簡單、設備少、布置靈活、可靠性高,所以高效液耦與高效電機的配合使用,顛覆了傳統上認為300MW以上的大機組汽泵方案比電泵方案占優的觀念。

                        變頻方案的4種負荷下又比高效液耦方案的上網凈功率高,體現了變頻方案中給水泵與前置泵同時變頻節能的優越性;相對來說主軸方案是5種方案的能量傳遞環節少的,所以在100負荷時,上網凈功率大,而且多了3.7MW,多發的功率是變頻方案的3.7倍、75負荷時是變頻方案的3.25倍。但因為主軸方案中因為前置泵沒有參加變頻節能,因此在30負荷下,上網凈功比較變頻方案低,但實際運行中,機組一般不會在30負荷下長期運行,電網調度的機組負荷下限在50負荷,實際上主軸方案是5種方案中熱經濟性好的方案。

                        而且如果主軸方案中100容量的前置泵也參加變頻調速,即在低負荷下降低前置泵轉速,這樣即使在30負荷下上網凈功率也會比變頻方案高,這里不再贅述。

                        7不同驅動方式的綜合比較從熱經濟性的角度考慮,電廠鍋爐給水泵的5種驅動方式的優劣排序是:傳統電泵方案<傳統汽泵方案<高效液耦方案<變頻方案<主軸方案。

                        新型電泵方案熱經濟性無疑是比傳統汽泵方案熱經濟性好,但電廠真正選擇鍋爐給水泵驅動方案時,熱經濟性往往并不是指標,還要考慮到初投資費用、土建費用、維護以及大小修費用等。

                        由于1000MW機組尚沒有足夠的費用數據進行分析,以300MW機組為例(結論對1000MW機組也可),據10、、3與12提供的數據歸納如表3所示。

                        表3 300MW機組鍋爐給水泵配置費用比較萬元傳統電汽泵高效液現代變費用泵方案方案偶方案頻方案設備、土建、安裝維護表3中高效液偶方案由于在我國實踐的太少,現代大型變頻方案還沒有應用,所以暫無法列出維護費用(13提供高效液偶方案一個年大修費用為16.93萬元),但就某種高效液偶來說,可保證10萬小時的連續工作時間,所以高效液耦的維護相對汽泵方案來說不會太高,因為汽泵系統太多,太復雜,所以維護費用是高的。

                        至于變頻方案由于國內尚不能生產無換向器電機這種產品,需要全部通過上海某外資公司從法國進口,所以在目前條件下費用相當高,表中根據~30年的無故障運行。由于初投資費用高,在我國電廠短期內進行實踐的可能性較小。

                        而主軸驅動方案在費用上也占有比較大的優勢,因為主軸方案只要大機提供一個接口,只需1臺100容量的高效液耦的費用,前置泵電機費用并不高,如果配普通電機費用更低,所以無論從熱經濟性角度,還是從投資、維護角度考慮,鍋爐給水泵的5種驅動方案中,主軸驅動方案都是優的。

                        必須強調的是,上述3種典型機組的案例計算,是以各電廠各汽輪機廠提供的熱平衡圖與效率值、各給水泵制造廠提供的效率曲線,以及部分現場收集的數據展開計算分析的,在分析中假定汽輪機與給水泵等設備嚴格按照給定曲線工作的,沒有考慮到機組實際老化所造成效率偏差,即便是這樣,上述計算結果對鍋爐給水泵5種驅動方案的比較也是有意義的。

                        8結論對于汽泵方案,提高小機的效率能夠提高機組的經濟性,但這實際上各制造廠已接近極限,提高的空間非常有限。

                        ~50MW的純凝汽式小型汽輪機,使用主機的抽汽做功,其蒸汽熱力過程與大型主機的做功過程對比,效率明顯偏低。實際上由于驅動給水泵用小汽輪機,是一種變參數、變功率、變轉速的特殊工業汽輪機,特別是其效率特性,因變工況下各級速比的大幅度改變而劇烈變化,通常隨機組負荷的減小,其效率急劇下降。

                        隨著火電機組年利用小時的下降,機組在低負荷運行時間越來越多,在低負荷時小機的相對內效率比主機低壓缸內效率下降得要快得多,比如某機組50負荷滑壓運行主機低壓缸效率88.1左右,小機效率已從額定工況下81下跌到65左右。

                        對于電泵方案,提高傳動效率(主要是液力偶合器效率與電機效率)能夠提高機組經濟性。

                        新出現的高效液力偶合器由于采用剛性原理傳動并變速,所以大幅度提高了傳動效率,電機效率近來也出現了高效電機,所以這方面有繼續提高效率的工作可做。

                        對于主軸驅動方案,提高主機效率和傳動效率(主要是液力偶合器效率,比如調速之星)并盡可能的減少給水泵側聯結環節,能夠提高機組經濟性。

                        經過對5種驅動方案的熱經濟性與投資、維護費用的比較,主軸驅動方案無疑都是優的,主軸驅動方案不利之處在于安全性不如其他方案,一旦給水泵不能正常工作,主機就要停運。事實上上海某發電廠在全國率先進行了100容量的給水泵實踐,并獲得了較好的節能與安全的效果。從國際上來看,美國與德國等國在超超臨界機組上大量采用100容量的給水泵,給水泵組強迫停運率中,德國是世界先進的指標僅0.1868,所以用100容量的給水泵技術上可行,安全上也是可靠的,將是今后大型汽輪機發展的一個重要方向。

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