热电联产工程给水泵配置优化研究
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【摘要】 针对国内西北某电厂热电联产扩建工程的实际情况，对给水泵三种配置方案进行了技术经济性比较，提出了给水泵配置建议。推荐本期工程采用2×50%汽动给水泵方案。
【关键词】 热电联产给水泵优化
1 概述
热电联产系统是分布式能源系统中最具实用性和发展活力的技术。分布式能源系统在技能、环保、可靠性等方面充分体现“第二代能源系统”的先进性，对推进节能减排具有显示的社会意义。
该工程拟建设2×350MW国产超临界燃煤间接空冷供热机组，同步建设烟气脱硫、脱硝装置，留有扩建条件。本项目分期建成，一期工程建设规模2×350MW国产超临界燃煤间接空冷供热机组，计划2012年4月开工建设，2013年12月第一台机组投产发电，2014年4月第二台机组投产发电。下期视市场发展情况适时建设。
本着提高供热效率、节约能源和保护城市环境的原则，在该市建设此电厂，实行热电联产、集中供热，满足该区域热、电负荷快速增长的需求，为该市的腾飞提供可靠的基础设施保障。因此主要设备的选择研究及各个系统的优化十分重要。给水泵是热力系统中的关键辅助设备，其性能的好坏直接影响到机组的经济可靠运行。因此根据本工程特定供热负荷的条件和相关系统的特性，确定一个合适的给水系统是十分必要的。
2 给水泵配置方案确定
国内部分直接空冷的电厂采用3X50%电动调速给水泵组，其突出的优点在于初投资低、占用场地少、事故恢复电力快等。
与电动给水泵的电动机相比, 给水泵的汽轮机改进了电厂的热耗, 增加了主汽轮机的净发电量, 这是目前电厂使用这一技术的最重要的原因。300MW级机组汽泵组的台数选择有两种方案：
一种是采用2X50%，即由两台半容量的主给水泵并列运行，另设一台半容量或更小的启动备用电动泵组。这种配制方式的优点是运行灵活，不因泵组故障或检修影响主机运行；
另一种是采用1X100%的主给水泵，另设一台小容量的启动备用电动泵。这种方式的优点是设备初投资少，运行维护方便，但要求其可靠性做到与大机相同。随着泵组可靠性的提高, 1X100%的方案将会应用到一些纯凝及电网备用负荷较多的地区。
可见，给水泵组的配置方式各有其特点，可通过对300MW级机组进行全面的比较论证，对各种配置方案的具体优缺点得出结论。
根据《火力发电厂设计技术规程》（DL5000-2000）中有关条文，300MW机组的运行给水泵配置有以下三种方案：方案一：2×50％最大给水容量汽动给水泵+1×25%~35%调速电动给水泵；方案二：3×50％最大给水容量电动调速给水泵；方案三：1×100％最大给水容量汽动给水泵+1×50％调速电动给水泵。
单台100%汽泵的方案, 300MW机组的电厂，如偃师电厂、沙岭子电厂、江西、莱芜、瑞金电厂等是100%汽泵方案, 经调研发现运行可靠性相差甚大, 偃师电厂事故率大, 引起停机次数多, 而沙岭子电厂运行可靠性较高, 年发生给水泵故障及引起停机很少。考虑到本工程的实际情况，由于是供热机组，必须保证热负荷的可靠性，鉴于单台100%汽泵一旦事故，机组就不能保证热负荷的出力。另外方案三1×100％最大给水容量汽动给水泵+1×50％调速电动给水泵的前期投资略大于方案一。因此，仅对方案一、二进行比较。方案三不在比较之列。
3 给水泵配置方案比较
3.1汽动泵、电动泵的优缺点
电动调速给水泵具有初投资小，设备及布置简单，占用场地少的优点，设备可用率及可靠性也较好。但其自身耗用电能较多，使电厂厂用电率高，同样机组所能上网的电量少，影响了电厂运行的经济性。
汽动给水泵的初投资较大，管道布置较复杂，但它具有增加供电、便于调节、容量不受限制和运行经济的优点。
目前这两种方案从技术上都是可行的。汽动驱动、电动驱动方案的比较是以热经济性为前提的。采用小汽机驱动，机组输出的净功率可以增多，带来较好的经济效益。除此之外，还有如下有利条件：
增大了输出电量。
降低了发电净热耗率,提高了机组运行效率。
减少了用变压器及其电器设备的投资费用。
当电力系统频率变化时,给水泵运行转速不受影响,相对来说,提高了汽动泵运转的稳定性。
不存在因升速的传动损失。
能使给水泵在较大变工况范围内获得较高的运行效率。此外,变速下的小汽机内效率也稍高于变速下液力偶合器的传动效率,可减少年运行费用。
小汽机采用内切换汽源的结构型式,有较好的适应性。
3.2两种配置方案运行经济性比较
给水泵的效率将影响电厂的厂用电和机组的供电煤耗。
从能量转换流程看，电动给水泵所需要的能量要经过汽轮机、发电机、变压器及输电设备、泵电动机、液力耦合器等多重环节，汽动给水泵的小汽轮机和给水泵直接连接，总体效率较高。
可通过下式作简单的比较计算：
汽动给水泵耗功抽汽有效焓降抽汽管道效率小汽轮机效率泵机械效率泵效率；
电动给水泵耗功=抽汽有效焓降汽轮机低压缸效率发电机效率主机机械效率变压器及输电设备效率泵电动机效率泵机械效率液力耦合器效率泵效率。
对公式中各数据的取值如下：抽汽有效焓降：由于本工程为间接空冷，抽汽部分的有效焓降在小汽轮机中的做功能力约等于主汽轮机低压缸。
抽汽管道效率：98％；小汽轮机效率：82％；泵机械效率：98％；汽轮机低压缸效率：92％；发电机效率：98.9％；主机机械效率：98％；变压器及输电设备效率：97％；泵电动机效率：95％；液力耦合器效率：95％；泵效率：假定两个方案泵本体相同，本处不参与比较。
根据以上公式计算，汽动给水泵效率78.75%，电动给水泵效率77.6%,运行效率差别不大。然而随负荷下降，电动给水泵的液力耦合器效率下降较快，电动给水泵组运行效率在低负荷时较低。而汽动给水泵效率曲线较为平坦，随负荷下降，汽动给水泵效率下降较缓。低负荷运行时，汽动泵与电动泵效率差距拉大。使电动给水泵方案的运行费用较大。
3.3 给水泵配置方案技术经济性比较
3.3.1经济比较方法
综合热经济性和投资，采用年成本比较法，年费用最低者为最佳方案。
计算公式如下：
A=P・I (1+I)n/((1+I)n-1)+R+S=0.08676P+R+S
式中：A--年成本 P--初投资n--运行年限取20年
I--年利率（贷款）取5.94% R--年运行费
S--系统费用（包括补偿出力和补偿电能，本报告中不考虑）
3.3.2经济比较结果
注：
1.表中年运行费用，年设备利用小时按5500小时计算。
2.表中年运行费用包括年耗煤费差、年耗电费及检修费，标准煤价格按362.15元/t计算，不含税电价按0.234元/kWh计算。
3.3.3表中数据分析。汽动给水泵比电动给水泵方案多投资480.64万元，每年多耗煤费用450万元，上网电量所产生的年收益多830万元，每年净收益380万元。经过计算，汽动给水泵方案投产后不到2年回收成本。
电动给水泵方案的年运行费用965万元，大大超过汽动给水泵年运行费用626.7万元。
4 结论
综上所述，从技术上汽动给水泵和电动给水泵方案都能满足本工程的需要。从经济上分析，汽动给水泵方案所产生的收益高于电动给水泵方案。故本工程推荐2台50％汽动给水泵方案。
参考文献：
1、《火力发电厂设计技术规程》（DL5000-2000）
2、《2007年电力可靠性指标发布-电力可靠性趋势分析报告》
3、郑体宽. 热力发电厂. 中国电力出版社，2001
4、王松龄 安连锁.流体力学及泵与风机.中国电力出版社，1999
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