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外高桥第三发电厂给水泵配置方案优化
摘要：阐述了百万等级超超临界汽轮发电机组锅炉给水泵配置优化对提高机组运行经济性和安全性方面的重要意义。分析了国内外大机组的给水系统设备配置及运行情况以及外高桥三期工程采用100%锅炉给水泵组、自带凝汽器、取消电动给水泵的背景。介绍了外高桥三期工程给水泵汽轮机的特殊配汽机构型式、特殊转子焊接技术及系统汽源配置情况，确保机组在暂态工况发生时，驱动汽源的安全顺利切换，同时汽源的设置兼顾机组长期运行的经济性。分析了防止给水泵汽蚀的措施，以及现场设备的布置对安全运行及降低造价的重要意义，介绍了机组调试过程中给水泵组全程调速的成功实施，为百万等级汽轮机组超超临界技术发展创造了有利条件。
Abstract: This study presents the significance in improving the unit operation economy and security through the optimization of boiler feedwater pump configuration in 1000MW class ultra-supercritical power generation units. It analyzes the facility configuration and operation status of the feedwater system in large power generation units of our country and overseas, and states the background of applying 1X100% boiler feedwater pump set, its turbine with its own condenser, and canceling the motor driven feedwater pump in Waigaoqiao Phase 3 project. It introduces the special steam inlet configuration of boiler feedwater pump turbine, the special welding rotor technology and the steam system design. This design can ensure the steam safe changeover when the unit is at the transient condition and at the same time consider the unit long time efficient operation with this steam supply. It also displays the measures of avoiding the pump cavitations and the significance of safe running and investment reducing by the equipment layout on site. It introduces the successful implementation of the pump set full speed range operation during the unit commissioning, this establishes the advantaged condition for the development of 1000MW power generation units.
关键词： 1000MW，超超临界，FCB，给水泵，给水泵汽轮机
Keyword: 1000MW, Ultra-supercritical, FCB, Boiler Feedwater Pump, Boiler Beedwater Pump Turbine
0．引言
上海外高桥第三发电有限责任公司（下称：外高桥三期工程）建设两台1000MW超超临界火力发电机组，其锅炉为超超临界一次中间再热、燃煤直流塔式锅炉。主要参数为：蒸发量2955t/h；主蒸汽温度/压力：605℃/28MPa；再热蒸汽温度/压力：603℃/6.4MPa。汽轮机为四缸四排汽、单轴反动凝汽式双背压汽轮机。额定功率1000MW，最大功率1060MW（2955t/h）。旁路系统配置了100%BMCR高压旁路，该旁路兼作锅炉高压安全门，低压旁路容量为65%BMCR，另配100%再热安全门。给水系统配置1×100%BMCR汽动给水泵，带独立凝汽器，不配电动给水泵。
本工程要求机组具备电网故障时带厂用电运行，实现电网的快速恢复，以及机组主设备跳闸时，机组具备快速重新启动并投入运行的能力，保证电网安全运行，为此，机组连锁保护的原则如下：
a. 电网故障，主变压器出口开关跳闸，汽轮发电机快速减负荷至带厂用电作孤岛运行(1)（FCB）；
b. 发电机跳闸，汽轮机甩负荷维持3000rpm运行；
c. 汽轮机跳闸，锅炉通过旁路系统维持运行；
d. 锅炉跳闸，锅炉给水系统维持运行。
由于以上要求，锅炉给水泵组成为外高桥三期工程要求最高的设备。其配置成为系统优化设计的重点。为了满足设计目标，首先对国内外的火力发电机组给水泵组配置情况作了深入的调研和分析。
1．国内外火力发电机组给水泵组配置基本情况
1.1 国内火力发电机组给水泵组配置现状
国内300MW以上火力机组，绝大部分采用2×50%汽动给水泵加一台电动给水泵的方案。百万等级机组也大多数采用该配置方案，如：外高桥二期工程2X900MW机组，配置2×50％汽动给水泵和1×40％启动/备用电动给水泵；华能玉环电厂4X1000MW机组，配置为2×50％汽动给水泵和1×25％启动电动给水泵；国电泰州电厂和华电邹县电厂四期2X1000机组，给水系统的配置均为2×50％汽动给水泵和1×30％启动电动给水泵。
1.2 国外火电机组给水系统配置现状
日本大多数火力机组锅炉给水泵的配置情况与中国的配置方案相同，采用2×50%汽动给水泵加一台电动给水泵的方案。
德国近年来新建的百万级超（超）临界机组，给水泵的配置均采用1×100%汽动给水泵和2×40％启动/备用电动给水泵。其中典型电厂主要有NIEDERAUSSEM电厂，Boxberg电厂，Lippendorf电厂和黑泵电厂。
美国AEP 公司早在上世纪50年代末就开始采用单台锅炉给水泵，取得了丰富的成功经验。AEP 公司先后于1973年到1989年之间投入运行的6台1300MW超临界机组（Amos 3、Gavin 1、Gavin 2 、Mountaineer 1、Rockport 1、Rockport 2电厂）配置了1×100%汽动锅炉给水泵组，其给水泵的容量为49.4MW，不设置电动给水泵，至今运行情况良好。
2．国内、外大机组配置锅炉给水泵的设备运行情况分析
2.1国内大机组配置常规锅炉给水泵的设备运行情况分析
外高桥三期工程开始方案设计时，我国除了上海外高桥二期工程，还没有百万等级大机组的投产发电，因此我们对该工程运行情况进行了分析。
从上海外高桥二期工程设备配置情况分析，技术上，一方面发展到超临界以上，锅炉给水系统扬程大大提高；另一方面，随着机组容量的增加，给水流量也相应增加，给水泵及其汽轮机的设备造价大幅度提高，所以保证设备的安全运行至关重要。SIEMENS在外高桥二期工程机组热工保护设定时就考虑这方面的因素，设置给水泵的左、右边界保护，图1是西门子为外高桥二期工程给水泵设置的边界保护曲线。当给水泵运行点偏离PQ曲线的允许范围Qmin和Qmax，热工保护跳闸锅炉给水泵。随着系统给水压力的提高，并联运行的给水泵在电动给水泵与汽动给水泵、汽动给水泵与汽动给水泵切换时，由于流量波动，出口逆止门抖动，很容易造成设备偏离允许运行范围。外高桥二期给水系统的运行就证明了这一事实，在机组调试阶段大约有70%的机组跳闸由此引起，因此必须解决这一问题。
2.2 国外大机组配置单台锅炉给水泵的设备运行情况调研
为在外高桥三期工程中解决外高桥二期工程调试和运行中出现的问题，应对系统主要方案进行研究。为此，2005年12月对美国1300MW机组运行情况进行了调研。通过考察美国Mountaineer电厂单台1300MW机组，我们了解到，该机组于1980年9月投入商业运行，并在电网中执行调峰任务，机组负荷控制在500MW-1325MW之间。在机组运行的25年中，累计有6次强迫停机是由于给水泵及给水泵汽轮机的附属设备所引起的，给水泵及其汽轮机本体未发生过重大故障。1987年3月17日，该厂创造了连续运行607天的记录。因给水泵及其汽轮机的原因造成的机组强迫停运率小于0.2％，且没有发生因需要更换给水泵或汽轮机部件而使机组长时间计划外停运的情况。该厂锅炉给水泵由美国英格索兰公司提供，给水泵汽轮机由原BBC公司(现ALSTOM公司)提供。
而通过进一步的调研我们发现，目前世界上德国在大型800MW到1000MW超（超）临界火电技术领域具有相当的优势，其给水泵组的运行相当稳定，设备强迫停运率为0.18168%，与美国Mountaineer电厂1300MW机组相当。而其常规配置的机组强迫停运率为0.3028%，因此，采用100%锅炉给水泵组运行可靠性将大大提高。 3．给水泵配置方案的技术经济比较
外高桥三期工程设备招标确定2个给水泵及其汽轮机配置方案：
方案a. 每台机组配置1×100％汽动给水泵+1×50%启动电动给水泵，给水泵汽轮机排汽不排入主机凝汽器；
方案b. 每台机组配置2×50％汽动给水泵+1×40%启动/备用电动给水泵，两台给水泵汽轮机排汽排入主凝汽器。
100％方案与50％方案在技术上的比较见表1。
表1方案a与方案b设备效率比较
设备名称 方案a设备效率（额定）
方案b设备效率（额定）
给水泵前置泵
88.15%
85.94%
给水主泵
87.10%
85.29%
给水泵汽轮机
87.01%(整机效率)
81%内效率
由表1可见，两个方案设备效率存在较大差异，给水泵效率变化引起输入功率变化见表2。
表2方案a与方案b轴功率比较
方案 流量t/h
泵扬程m
抽头流量t/h
抽头扬程m
效率
密度
kg/m3
轴功率KW
泵组轴功率
KW
轴功率取值KW
差值KW
100%前置泵
2990
245
88.15%
882.9
2262
32932
32992
1892
100%主泵
2880
3357
110
1319
87.10%
882.9
30670
2x50%前置泵
2x1495
245
85.94%
882.9
2320
33640
34884
2x50%主泵
2x1440
3357
2x55
1319
85.29%
882.9
31320 |
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发表于 2010-10-21 14:35:54
发表于 2010-10-23 08:25:01
