银星电厂主给水系统的优化设计及应用

张晓庄

（宁夏银星发电有限责任公司，宁夏银川 750000）

1 项目概况

银星电厂2×660MW 工程项目为典型坑口电厂，建设规模为132 万千瓦，建设2×660MW 等级超超临界、燃煤、间接空冷机组，按照超净排放标准，同步建设脱硫、脱硝和高效电除尘设施, 工程燃煤是由中铝宁夏能源集团运营管理的银星煤业有限公司供给，采用大曲径输煤皮带直接输送至厂区，距离约5.5km，系典型的“煤电一体化”项目。

2 超超临界机组主给水系统的优化方案设计

2.1 主给水系统的功能

给水系统的功能是从除氧器底部接出并把给水输送到锅炉省煤器联箱进口。在输送过程中，通过加热器加热给水以提高循环热效率。给水系统还向锅炉过热减温器、再热事故减温器和高旁装置提供减温水。

2.2 常见给水泵组设计方案

给水泵是发电厂中重要的辅助设备之一，不仅系统庞大，初投资高，且其功率居发电厂辅助设备之首，为水泵选型、对工程成本控制、机组安全运行都具有非常大的意义。

针对300MW 或以上容量湿冷机组，业界认为：考虑到能源利用效率这块，容量在300MW 以下的机组采用电动调速给水泵（简称：电动泵），300MW 以上容量机组采用调速汽轮机驱动的给水泵（以下简称：汽动泵）。300MW 机组采用电动泵与汽动泵方式，在经济效益相比中，其差别不是很大。目前以国内电网调度特点来看，电动泵在用电率方面比汽动泵方式增加约3.3%。因此，想节约用电耗能，汽动泵的选择是不错的，可使机组净供电量增加，并且有效提高电厂的经济效益[1]。

目前我国600MW 级容量间接空冷机组大都采用汽动泵方式。本工程为660MW 级超超临界间接空冷燃煤发电机组，故项目初步按汽动给水泵方案考虑[2]（图1）。

图1 汽轮机纵剖面图

2.3 汽动给水泵组的设计方案比较

汽动给水泵组配置容量比较：

2.3.1 2×50%容量汽动泵方案

配2×50%容量汽动泵，运行灵活（如图2），可以适应机组各种负荷，是国内600MW 等级机组及日本600MW 等级机组的典型配置[3]，也是国内电厂多数所采用的。一台汽动泵组非停时，机组仍能带50%以上额定负荷运行。

图2 2x50%汽泵方案运转层局部布置图

2.3.2 1×100%容量汽动泵方案

配1×100%容量汽动泵，单泵机组负荷范围在30～100%内，其主机负荷同泵的匹配性更好，更迅捷（如图3）。负荷低于30%，切换到备用汽源，其机组的运行也可得到保障。容量100%的汽动泵虽然在机组负荷大于50%时比2×50%容量泵运行经济性高，但是遇到故障的时候，100%全容量汽动给水泵组则只能停机，因此会对电厂的使用率上产生影响。对1×100%容量汽动泵方案芯包需进口。

图3 1x100%汽泵方案运转层局部布置图

2.4 汽动前置泵驱动方案比较

汽动给水泵组前置泵的驱动方式有两种，一种是汽动给水泵组的前置泵布置在0m 层，用单独的电动机驱动；另外一种是同轴汽动给水泵组，汽动给水泵组的前置泵和主泵同层布置，都利用给水泵汽轮机驱动。

660MW 级机组汽动给水泵组的布置方式大多采用汽动给水泵主泵布置在汽机房运转层，前置泵单独布置在除氧间零米由电动机驱动。

从初投资方面考虑，前置泵与汽动给水泵主泵同轴布置，每台泵组能减少一台电机，需增加一套减速齿轮箱，总体来说，两者初投资相当。但是从经济运行方面来说，目前电网调度都是依据发电机端功率调度，采用前置泵与主泵同轴布置方案，电厂厂用电率降低，电厂可以往电网多送电，增加经济性[4]。

在目前各大电力集团均努力降低厂用电率的形式下，根据有关资料，采用汽动给水泵组同轴布置方案，主汽轮机的热耗值上升3.1KJ/kW.h。但机组的厂用电率降低了0.123%，选择前置泵与主泵同轴方案、从而降低厂用电率是未来发展的必然趋势。

2.5 启动电动给水泵配置方案设计与优化

2.5.1 锅炉启动要求

锅炉最小直流负荷影响电动给水泵的容量，并且锅炉最小直流负荷又同各锅炉制造厂的技术要求有关。按要求，锅炉的最小直流负荷不大于30%BMCR 工况。启动锅炉系统和确定容量时，起确定因素有：锅炉最低直流负荷、质量流速选取、机组运行方式、还有工质的合理利用等。本工程采用无启动循环泵的启动系统，电动给水泵的容量需满足锅炉最小直流负荷的要求。

综上所述，根据锅炉最小直流负荷，配置电动给水泵容量需选用30%BMCR 工况，达到锅炉启动条件。

2.5.2 电动给水泵采用启动与备用的比较

目前国内投产的300MW～600MW 机组，在气动给水泵方面，其运行比较稳定，在电动给水泵备用/启动等功能上投入的越来越少。而且目前给水泵汽轮机的可靠性可同主机汽轮机相比，并且事故率也较低。

如果电动给水泵不做备用，一旦汽动给水泵组停运，则机组只能停运。但随着设计、制造、装配工艺的不断提高，也随之提高了汽动给水泵组的可靠性，间接化的使电动给水泵在备用这块逐渐被弱化。目前国内许多660MW 级超超临界机组已经在选型问题上对电动给水泵的备用不在考虑中人，仅有启动功能在考虑中。

目前，以国内实际情况来说，汽动给水泵组的运行可靠性水平已经提升到了一定高度，并且各相关制造商的服务和配合也非常周到，使设备在修复能力这块也得到了提升。而超超临界660MW 机组一台30%容量的电动启动备用泵价格约为900 万元，2 台660MW 机组所配启动备用电泵的价格约为1800 万元；如取消电动给水泵的备用功能，选用电泵仅作为机组的启动泵，一套的价格约230 万。2 台660MW 机组所配启动电泵的价格约为460 万元。

3 主给水系统优化方案设计的工程应用

本工程主给水系统根据优化设计结果配置了由杭州汽轮机厂生产的WK 系列双分流型给水泵汽轮机和荏原机械1×100%BMCR 的容量给水泵组，整体采用前置泵与主泵同轴布置由给水泵汽轮机驱动的配置方式。启动给水泵选用30%BMCR 容量的上海电力修造厂生产的定速电动给水泵。

机组除氧器运行方式采用定-滑-定，除氧器层标高为39.0 m。除氧器压力变化范围：0.147 MPa(a)-1.4 MPa(a)，除氧器水温变化范围：110℃（启动加热）-185.2℃(VWO 工况)。给水系统主要输送介质参数如表1 所示。

表1 锅炉给水水质表

4 结论

综上所述，本文充分考虑到汽动给水泵较电动给水泵利于减少厂用电耗能，增加机组净供电量，提高电厂效益。同时结合国内600MW 级容量间接空冷燃煤机组配置情况，通过对比，确定本工程采用1×100%容量汽动泵的配置方案，前置泵与主泵同轴布置由给水泵汽轮机驱动。最后，在满足锅炉启动给水需求的前提下，又大幅度节省了投资，最终确定本工程采用一台30%容量的启动电动给水泵的配置方案。经优化设计后方案的实施过程进行了跟踪，通过对机组运行后一年旁路系统、主给水系统运行参数的采集、分析以及性能试验，最终得主给水系统运行安全、可靠、经济，机组投产后未出现因给水系统设备故障导致机组停运，汽轮机给水泵组运行均达到设计效率。同时，针对启动电泵配置方式，对机组启动时上水方式进行优化，大幅度节约了厂用电量，取得了较好的经济效益。