300mw燃煤机组锅炉给水泵配置方式的研究毕业(设计)论文

300MW燃煤机组锅炉给水泵配置方式的研究 CHENGNAN COLLEGE OF CUST 毕业设计（论文）题目： 300MW燃煤机组锅炉给水泵 配置方式的研究课题类别： 设计 论文学生姓名： 周乐学 号： 201181250124班 级: 258111101专 业： 热能与动力工程指导教师： 王运民2015 年 06 月 300MW燃煤机组锅炉给水泵配置方式的研究学生姓名： 周乐 学 号： 201181250124 班 级： 258111101专业（全称）: 热能与动力工程指导教师： 王运民 完成日期: 2015年6月3日300MW燃煤机组锅炉给水泵配置方式的研究摘要锅炉给水泵是火力发电厂的重要辅机，国内给水泵常用的驱动方式有小汽轮机驱动和液力耦合器调速电动机驱动两种。本文以大机与小机均湿冷的大型燃煤火力发电机组为研究对象，通过对300MW火电机组汽动给水泵、电动给水泵配置标准的调研，提出全部为电动给水泵配置方式、全部为汽动给水泵配置方式、电动给水泵和汽动给水泵综合配置方式3种方案，采用定性分析和定量计算相结合的方法，对3种方案的经济性进行分析和计算得出结论。关键词：燃煤机组；给水泵；小汽轮机驱动；电动机驱动；经济性STUDY ON THE 300 MW COAL-FIRED UNIT BOILER FEED WATER PUMP CONFIGURATION MODEABSTRACTBoiler 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 and 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 integrated 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：coal-fired unit; feed water pump; motor-driven; steam-driven; economy目 录1 绪论. .1 1.1 课题背景. .1 1.2 研究的目的和意义. . 1 1.3 国内外研究现状.1 1.4 课题研究内容 .42 给水泵的配置方式.5 2.1 给水泵组的配置原则. 5 2.2 国内300MW机组给水泵组的配置情况调研分析.5 2.2.1 国内给水泵配置情况.5 2.2.2 国内300MW机组给水泵组的配置方式分析.6 2.2.3 备用给水泵的容量配置分析 .7 2.2.4 给水泵运行情况统计.7 2.3 给水泵组的驱动方案.83 热经济性比较.10 3.1 火力发电厂的热经济性指标.10 3.2 锅炉给水泵热经济性比较方法介绍.13 3.2.1 比较两种方式的相对效率.13 3.2.2 比较各自的输出净功率.144 300MW机组不同配置方式经济性比较实例.16 4.1 给水泵组驱动方案及配置情况.16 4.2 主要热力参数.16 4.2.1 主机的主要技术规范.16 4.2.2 不同工况下的数据.16 4.3 热力计算公式.18 4.3.1 给水泵组的轴功率.18 4.3.2 电动调速方式时主机的发电量.18 4.3.3 汽动方式时主机的发电量.18 4.3.4 泵组耗电量以及因泵组耗功而使主机少供电量.19 4.3.5 机组净热耗.19 4.4 计算结果.20 4.5技术经济比较. .20 4.5.1 投资费用比较.20 4.5.2 热力系统比较.21 4.5.3 可靠性比较.21 4.5.4 运行方式的比较.215 结论与展望.22 5.1 结论.22 5.2展望.22参考文献.23致谢.251 绪论1.1 课题背景改革开放30年来，电力工业有了天翻地覆的变化。在1978年，中国的电力装机容量还只有5712万kW，年发电量仅2566亿kWh。但到了2013年底，全国发电装机容量已达到12.5亿kW，首次超越了美国成为世界第一的电力生产大国。火力发电在电力生产中占据着主导的地位，由2015年国家能源局发布的数据显示，2014年底全国火电装机容量为9.2亿千瓦。据统计，我国发电燃煤占煤总产量比例的50%以上，这一状况预计还要持续相当长的一段时间。在2013年底，火电机组供电标准煤耗率为321g/(kWh)，使我国煤电机组继续达到世界先进水平，提前达到了国家节能减排“十二五”规划的标准。根据国家发改委、环保部和国家能源局联合印发的煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020)，将计划到2020年，现役燃煤发电机组改造后平均供电煤耗率低于310g/(kWh)。但是由于雾霾等环境问题的日益突出，环保标准日益严苛，水电、核电、风电等清洁能源迅猛发展，倒逼电厂在保证发电量的情况下降低能耗。1.2 研究的目的和意义 在发电厂中，给水泵的作用是向锅炉供给一定压力和温度的给水，因此它是电厂中最重要的辅助设备，同时又是电厂辅机设备中耗能最大的设备，其安全而经济地运行对火电机组关系重大。对于单机容量为300MW的火电机组给水泵组功率大约在7000kW，约可占主机功率的3%。如果能把给水泵的耗功降低，不但对提高机组运行经济性的贡献巨大，而且符合国家节能降耗政策。给水泵的配置方式不但影响到热力系统的安全性及经济性，而且不同的配置方式对电厂的投资影响较大，不同配置所带来的布置上的变化会导致土建、管道材料、电缆等投资上的变化1-3。因此，本论文是根据300MW燃煤机组的特点，通过对给水泵组的选择提出比选方案，定性和定量地分析和比较，从而达到使电厂能够安全与经济运行、实用以及降低设备投资的目的。1.3 国内外研究现状 国内常用的给水泵驱动方式主要有小汽轮机驱动(简称汽动)和电动机驱动(简称电动)两种： 凝汽式 小汽轮机驱动 背压式给水泵驱动方式 液力耦合器变速 变频调速 电动机驱动 无转向器电机调速 交流变频调速 串级调速 国内外的研究结果一般认为：300MW以下容量机组采用电动调速泵，300MW以上容量机组采用汽动泵经济效益比较明显，对于300MW机组采用电动泵与汽动泵方式相比经济效益差别不大4。 给水泵驱动方式的选择主要取决于热经济性的高低。从国际上看，以英、法、德、意等为代表的西欧国家，倾向于采用电动方式。原因是：他们生产的小汽机内效率几乎相等于电能传递效率和主机低压缸内效率的乘积，电动驱动方式的综合投资要比汽动驱动低得多。而美、日、前苏联则认为他们生产的小汽机内效率高，并大于电能传递效率和主机低压缸内效率的乘积，故认为汽动驱动方式优于电动驱动方式。我国由于引进美国技术而多采用小汽机驱动方案。实际上，由于国产小汽机的内效率较主机低压缸内效率低得多，其经济性需作进一步论证3。 国内很大一部分人认为汽动方式优于电动方式，比如张春发等就认为汽动给水泵方案与电动方案相比增大了主机的出力，降低了发电净热耗率和综合成本煤耗率，小汽轮机驱动给水泵节约了厂用电，提高了机组运行效率，且运行稳定性较好，调节性能良好，故应该选取汽动方式5。然而国内的另一些观点却认为从表面上看，汽动方式可增加供电量，电动方式能量转换的环节多，消耗电量多，厂用电率高。但实际上由于国产小汽机的内效率较主机低压缸的效率低得多，导致汽动方式消耗的能量更多，由于其消耗的热能未计入厂用电，造成其厂用电率低、经济性好的假象，并对300MW机组给水泵电动和汽动驱动方式的经济性进行比较，指出电动驱动方式的运行费用低，投资省，经济性明显优于汽动方式16。 大型机组运行多年后，根据机组运行的实际情况，一种新的选型思路逐渐清晰：采用100%全容量汽泵配置，新建电厂取消电泵备用功能，条件合适的扩建电厂直接取消电泵。对300 MW机组，采用全容量汽泵，不设电泵或只设满足机组启动功能要求的启动电动泵具有节约投资、节省占用空间和简化系统的优点78。目前国内已有部分电厂成功实现了上述方案，而国外300 MW及更大容量机组配置全容量汽泵已很普遍，从实际应用上也验证了这一方案的可行性。全容量汽泵在机组低负荷时运行的经济性好于2台半容量汽泵。从长远发展的观点出发，对300MW机组设置100%全容量汽泵，不设电动泵或只设满足机组启动功能要求的启动电动泵是给水泵配置的发展趋势。 随着现代先进变速驱动技术的发展，出现了新型锅炉给水泵驱动技术。新出现的高效液力耦合器，其在50%负荷时还有高达92%左右的效率，比传统的液力耦合器高20%左右，对传统意义上汽泵方案热经济性占优的理论提出了挑战。赵恩婵将调速之星与传统液力耦合器进行比较，年节电收益约405.8万元9。因此，应用高效液力耦合器技术对提高电厂经济性无疑是一种好方法。在交流变频调速技术中，无换向器电机调速技术是在大型机组锅炉给水泵驱动方面应用最广泛、经验最成熟的一种。它具有热经济性好和热力系统简单的优点10。随着电力电子技术的不断发展，从长远观点看，无换向器电机调速方式是比较经济而又有发展前途的驱动方案。对于新型的主机同轴驱动给水泵，在减少厂用电消耗的同时，可简化工艺系统，减少设备工程投资并提高机组热经济性11-12。虽然它在过去在美国应用中遇到困难而被淘汰，但是它减少了能量传递环节，提高了能量转换效率，所以它也是给水泵配置方式中重要的发展方向。 给水泵是发电厂最重要的辅机之一，国内对给水泵配置方式的研究早已不是新鲜话题13。总结国内有关文献，归纳了前人在锅炉给水泵驱动方案热经济性研究上尚存在以下一些不足：(1)片面强调降低厂用电率，忽视了发电机组的实际能耗指标；(2)片面强调小汽轮机的额定工况下的高效率，忽视了小机变工况下的低效率；(3)管道效率及汽动方案其他耗功没有充分考虑；(4)国内大型火电机组锅炉给水泵容量及驱动设备容量偏大，没有充分分析容量偏大对热经济性的影响。综上所述，国内外300 MW燃煤机组给水泵配置方式多种多样，国际上，英、法、意、比利时等西欧国家倾向采用电动方式，美、日、前苏联等国家倾向采用汽动方式。由于国外小汽机的内效率较高，达86%，故国外学者认为2种方式的经济性相差不大。而国内却普遍认为汽动方式较电动方式供电量大、经济性好，所以300MW机组几乎都采用汽动给水泵。但由于国产小汽轮机的内效率较主机低压缸内效率低得多，所以在实际中必须根据工程的具体情况，通过综合分析选择合理的给水泵配置方式，以提高电厂的经济效益。1.4 课题研究内容 本文对燃煤机组给水泵不同配置方式进行研究，主要以上海汽轮机有限公司生产的300MW机组为例，主要进行的工作如下： (1)通过进图书馆查阅文献，上网查询资料，走访电厂获取第一手资料，尽可能多角度、全面地了解本课题的发展状况。 (2)对收集的资料进行研究和分析，总结300MW机组给水泵不同配置方式的特点。 (3)通过对上面的分析来确定比选方案，对国内300MW机组的不同给水泵配置方式进行计算，初始数据由某电厂给出的热平衡图给出。2 给水泵的配置方式2.1 给水泵组的配置原则 给水泵的配置方式，主要是指给水泵的类型、台数和容量的选择。目前，在大型火电机组中，给水泵主要有汽动给水泵和电动给水泵两种类型，但是电动给水泵又有定速泵和调速泵两种，而汽动给水泵又可以配置不同容量和台数，因此给水泵的配置方式呈现出多样性。给水泵配置方式的选择涉及到的因素很多，比如锅炉的型号，汽轮机机组和锅炉最低允许负荷；汽动泵结构特点、质量水平，两种泵的价格及其运行经济性；还要满足单元机组的不同运行方式要求等。单元制给水泵的选择和配置原则应该是保证给水系统运行安全可靠、投资费用最低、运行经济、调节灵活、增加供电量。这些原则相互之间不是孤立的，是有联系的。通常来讲，我们主要适当注意某些设计细节，不论对于哪种配置方式，都能符合上面所要求的技术条件。2.2 国内300MW机组给水泵组的配置情况调研分析 2.2.1 国内给水泵配置情况 根据国家发布的大中型火力发电厂设计规范中规定，对300MW机组的运行给水泵，宜配置1台容量为最大给水量100%或2台容量各为最大给水量50%的汽动给水泵。经技术经济比较后认为合理时，也可设置3台容量各为最大给水量50%的调速电动给水泵13。根据对国内外电厂的调查，300MW机组给水泵配置方式对国内部分电厂进行调查，得到配置情况如下表。表2-1 300MW电厂给水泵配置情况表序号工程名称给水泵配置方式备注汽动给水泵电动给水泵1珠江电厂250%150%2湛江电厂一期1100%150%3沙岭子电厂一期1100%150%4大唐鸡西厂250%150% 续表 2-1序号工程名称给水泵配置方式备注汽动给水泵电动给水泵5沙角A 电厂250%130%6元宝山350%7内蒙古达拉特电厂350%8太一五期350%9张家口电厂1100%150%10大坝250%150%电动泵为定速11吴泾电厂250%130%电动泵为定速12偃师电厂1100%150% 2.2.2 国内300MW机组给水泵组的配置方式分析总体来说，300MW机组给水泵配置方式主要有汽动加电动(启动和备用)和电动两种方式。目前我国主要采用采用第一种方式，其中汽动泵作为主运行泵，电动泵作为启动或事故备用泵。这是由于我国上网调度的特点决定的，而前一种方式比后一种方式的所消耗的厂用电量低，能输出更多的电量，故我国几乎全部采用第一种方式。汽动加电动的配置按泵的容量又可以分2种配置：1100%容量汽动给水泵+150%容量启动电动给水泵；250%容量汽动给水泵+150%容量汽动给水泵。这两种方式相比，250%容量汽动给水泵中如果有一台汽动给水泵出现问题，那么备用的50容量电动泵能够自动投入运行，跟另外一台50容量的汽动泵并联运行，这时候，机组能够正常满负荷运行。但是如果是1100%容量汽动给水泵遇到这种情况，只能依赖50容量的用于备用的电动给水泵，却不能满足机组在带60负荷时的给水需要。故250%配置方式具有运行方式灵活，可靠性高的特点。这也是影响我国以往喜欢采用250%容量汽动给水泵这种配置的主要因素，比如我国的珠江电厂、青岛电厂等。在国外300 MW及更大容量机组采用1100%容量汽动给水泵已经很普遍，在国内使用1100%容量汽动给水泵的电厂虽然数量少，但也积累了足够多的运行经验，这得益于我国大量引进外国先进技术，使得1100%容量汽动给水泵质量上升，可靠性提高。1100%容量汽动泵比250%汽动泵一般节省投资大约20%，而且1100%容量汽动泵比250%汽动泵的效率更高，降低了机组热耗大约816kJ/(kWh)，故1100%容量汽动给水泵的经济性强于250%汽动给水泵。而且在机组40%100%负荷范围内，给水泵能够与主机的负荷变化相对应，这就没有双泵并联运行的麻烦。正是由于1100%容量汽动给水泵具有这么突出的优点，所以北美和欧洲大力推荐使用1100%容量汽动给水泵。美国的汤姆斯电厂和盖文电厂B.B.C公司产130万千瓦机是100%容量汽动给水泵，甚至一些公司取消了电动备用泵，比如托马斯克里克厂60万千瓦的4号机、卡特尔厂61.5万千瓦的1、2号机。欧洲的英国电气公司30万千瓦机组，英国的韦斯特伯顿电厂法国拉托公司25万千瓦机组为100%容量汽动给水泵加250%电动给水泵，法国阿尔斯通60万千瓦机组和西德60万千瓦机组则为100%容量汽动给水泵加225%电动给水泵，英国新66万千瓦机组则变成了为100%容量汽动给水泵加150%电动给水泵，只有一半备用量，向美国靠近。 在我国，湛江发电厂一期1、2号机组和沙岭子电厂一期1、2号机组是国产300MW 机组，采用了1100%容量汽动给水泵。但是运行了几年，成绩不理想。原因是多次发生事故，即汽动给水泵故障跳闸引起锅炉汽包水位低，机组跳闸，甚至锅炉干锅，这样造成了电厂不能安全运行。所以后面湛江发电厂二期工程2300 MW 机组及沙岭子电厂二期工程2300 MW 机组(已投产)的给水泵都采用250%容量，提高了可靠性。但是随着给水泵技术的进步，我国又有使用1100%容量给水泵的趋势，这与国际上给水泵配置方式现状相吻合。2.2.3 备用给水泵的容量配置分析 目前国内300MW 机组电厂的备用泵大多为150%容量的电动给水泵，但也有使用130%容量的电动给水泵。两者比较采用30%容量的电动泵可以降低投资。因此，对于250%容量的给水泵配置方式时使用备用泵建议采取130%容量的电动给水泵，国内的吴泾电厂300MW机组给水泵就是采纳的这种方式。但是使用50%容量的备用电泵也有好处，因为给水泵的型号一样，有利于维护和备品备件管理。当300MW机组使用1100%容量汽动给水泵时，应该保持备用电泵的容量为50%，这样是为了当汽泵发生故障时，电泵能够快速启用，承担约60%的机组出力，避免机组停机等事故。通过对国外机组运行情况的了解，给水泵和小汽轮机运行可靠性较高，电动给水泵的备用功能极少使用。GE公司250%汽动给水泵和1100%汽动给水泵的两种方案也一般不设备用泵，这是因为该公司在20世纪八十年代对给水泵运行情况进行了统计，发现强迫停机的次数极低，得出给水泵可靠性高可以不设备用泵的结论。因为取消电泵备用，减少了投资费用，简化了系统，降低了厂用电率，提高了经济性，所以建议新建电厂进行试点推广。 2.2.4 给水泵运行情况统计根据2014年电力可靠性指标主要情况知道，参与可靠性统计的20万千瓦及以上容量给火电机组的水泵组台数为3036台，可用系数为93.23%。根据2004年2009年大型火电机组主要辅机运行可靠性指标对电泵和汽泵进行汇总见下表。表2-2 300MW机组给水泵非计划停运时间统计表年给水泵型式运行系数(%)可用系数(%)非计划停运率(%)非计划停运时间(小时/台年)2004电泵31.0394.20.7219.71汽泵83.6593.740.2316.892005电泵32.594.930.7120.36汽泵85.0794.530.2216.432006电泵35.6795.080.6219.49汽泵84.0794.590.1611.82009电泵31.8994.030.719.69汽泵75.5393.50.138.61 从上面的统计可以看出，电动给水泵的平均非停运时间明显高于汽动给水泵，且给水泵的可靠性逐年提高。据统计造成给水泵停运的主要原因是密封装置漏水，其它原因有振动大、磨损等。2.3 给水泵组的驱动方案 (1)电动机驱动 电动机驱动是通过给水泵的给水调节阀来调节给水流量，也可以在电动机和给水泵之间设置液力耦合器。液力耦合器是一种利用液体来传递转矩的变速装置，电动机转速不改变，通过改变耦合器的转矩，来达到改变给水泵的转速调节给水量或采用其它变速装置控制电机转速以驱动给水泵。电动机驱动方式的特点是系统简单、运行可靠性高、投资设备费用较低。但是随着机组功率增大后，因为电动机、变压器启动的控制设备容量要求也同时增大，整个装置的成本费用也同时增大，增加了厂用电率。所以，目前国内300MW火电机组通常使用小汽轮机驱动，只有启动或备用泵采用电动机驱动。 (2)主汽轮机驱动 主汽轮机驱动方案( 给水泵汽轮机和主汽轮机同轴) 就是给水泵直接采用主汽机驱动的方式，即在运转层汽轮机机头侧，由汽机主轴通过联轴器、减速箱、液力偶合器等传动装置带动给水泵运行14。相对于电动机驱动和小汽机驱动，它减少了能量的传递环节，而不是和其它两种方式一样仅仅提高了能量在传递上的效率，所以主汽轮机驱动提高了能量利用水平。在20世纪60年代初期，美国有比较多的电厂采用了这种方式，但后来在应用中由于技术方面等原因逐渐被淘汰。 (3)小汽轮机驱动 在当代随着汽轮机发电机组单机容量和蒸汽参数的不断提高，由与主汽轮机分离的汽轮机(即给水泵汽轮机)驱动给水泵逐渐成为大容量机组中广泛应用的驱动方式。为确保给水系统的安全，通常小汽轮机至少必须准备两路供汽的汽源，即高压汽源和低压汽源，以便满足小汽轮机调节性能的要求。高压汽源主要是主蒸汽来汽，低压汽源一般是高、中压缸排汽(即主机四段抽汽)，一般正常工作时，小汽轮机的汽源是低压汽，当主机负荷下降至一定功率时，可由低压汽源自动切换至高压汽源。3 热经济性比较3.1 火力发电厂的热经济性指标 对发电厂热力设备不同设置或系统的连接方式进行热经济性分析或技术经济比较时，都要用到热经济性指标。评价电站火力发电厂的热经济性指标主要有汽耗率、煤耗率、热耗率和全厂效率四类15-16。(1)汽耗率汽耗率d是指汽轮机组每生产1kWh电能的耗汽量，单位为kg/(kWh)，即 (3-1)式中 汽轮机的进汽量，kg/h； 发电机输出功率，kW； 1kg新汽比内功，kJ/kg； 机械效率； 发电效率。 汽耗率与热效率没有直接的关系，它主要由汽轮机实际比内功的大小决定，故它不能单独作为热经济性指标。如果一台汽轮机组是在某个进汽参数下接受全部蒸汽并在某个较低的压力下排出全部蒸汽的(这里指是没有给水回热的和中间再热的凝汽式汽轮机或背压式汽轮机)，汽耗率是最恰当的性能考核指标。(2)热耗率热耗是判断汽轮发电机组热力循环和运行情况的主要指标，热耗率是指汽轮机每小时生产一千瓦电能所消耗的热量。以考虑问题的角度不同，它有两种形式，一种称为毛热耗，一种称为净热耗。对中间再热式机组采用电动给水泵时的公式如式 (3-2)和 (3-3)。毛热耗率： (3-2)净热耗率： (3-3)采用汽动给水泵时的公式如式 (3-4)和(3-5)。毛热耗率： (3-4)净热耗率： (3-5)式中 热耗率，kJ/(kWh)； 汽轮机进汽量，kg/h； 汽轮机再热蒸汽量，kg/h； h0 新蒸汽焓，kJ/kg； 给水焓，kJ/kg； 热再热蒸汽比焓，kJ/kg； 冷再热蒸汽比焓，kJ/kg； 电动调速方式时主机的发电量，kW； 汽动方式时主机的发电量，kW； 泵组耗电量，kW； 前置泵轴功率，kW。 从上述可知，热耗率q反映了发电厂的热经济性，是衡量汽轮机发电组经济性的主要指标之一，但是它没有考虑锅炉效率，管道效率以及厂用电等。因此，整个发电厂的绝对热耗率比汽轮机发电机组的热耗率高。(3)全厂效率凝汽式发电厂的全厂效率为发电机输出功率(以热量计)与燃料所供给的热量之比，其可分为全厂发电效率(毛效率)和全厂供电效率(净效率)两种。a.全厂发电效率： (3-6)式中 发电机输出功率，kW； Q全厂热耗量，kJ/h。 b.全厂供电效率： (3-7)式中 N厂用电功率，kW； e 厂用电率，其为机组在生产电能过程中直接消耗的电量与发电量的比值。(4)煤耗率煤耗率也称标准煤耗率，它反映了一个电厂或一台机组在能量转化过程中的技术完善程度，也反映了其运行水平的高低，同时也是厂际之间或班组之间经济评比和能源规划中的重要指标之一。同全厂毛效率和净效率一样，标准煤耗率也有发电标准煤耗率和供电标准煤耗率之分。全厂供电标准煤耗率(简称供电煤耗率)，因其能综合的反映机组的运行能力水平，已成为衡量机组经济最为常用，最为有效的一种能量指标。机组供电煤耗率是指机组每向外供出1kWh电能平均耗用的标准煤耗，其计算公式为： ( 3-8)式中 机组供电煤耗率，kg/kWh； 锅炉效率，使锅炉热负荷与所供给能量的比值； 管道效率，是衡量汽轮机发电机组工作完善程度的指标； 汽轮机效率(汽轮机绝对电效率)，是汽轮机发电量与吸热量的比值。电厂的主设备与辅助设备的性能和运行影响着火电厂的经济运行。给水泵作为火电厂耗功最大的辅助设备，那么对于不同的驱动方式则它的热经济性不同。3.2 锅炉给水泵热经济性比较方法介绍 热力系统计算有“定功率计算”和“定流量计算”两种。对负荷已给定情况下的计算，称为“定功率计算”，其结果为给定功率下汽轮机新汽耗量、各抽汽量及热经济性指标；当给定汽轮机进汽量情况下，进行热力系统计算，称为“定流量计算”，其结果是求得给定流量下汽轮发电机组的功率及其热经济性指标。无论是定流量计算还是定功率计算，其结果应该是一样的，本文采用定流量计算。 3.2.1 比较两种方式的相对效率 给水泵驱动方式的选择主要取决于热经济性的高低。在主机的主蒸汽、再热蒸汽及各级回热抽汽的流量、参数相同的前提下，用于驱动小汽机的抽汽的相对效率与相同抽汽量情况下，电动方式的能量转换的相对效率进行比较，看哪种驱动方式的相对效率高。 当采用汽动泵时，相对效率： ( 3-9)式中 小汽机内效率； 小汽机机械效率； hex蒸汽从小汽机入口至排汽口的焓降； Hex抽汽口至主机排汽口的焓降。 当采用电动泵时，相对效率为： ( 3-10)式中 主机低压缸内效率； 发电机效率； 变压器及输电效率； 电动机效率； 升速齿轮效率； 液力耦合器效率； 发电机组机械效率。以湖南创元电厂300MW机组为例，在THA工况时，根据上海汽轮机有限公司提供的热平衡图，此时抽汽口处压力为0.7514MPa，焓为3120.3kJ/kg，小汽机进口处压力为0.7138MPa，排汽压力为7.18kPa，焓为2456.1kJ/kg，主机排汽焓为2363.3kJ/kg，计算得=87.7%，则=70.5%，=75%，可以得出电动方式热经济性高于汽动方式。但是上面的计算所得出的结论很片面，因为实际运行中机组不可能一直处于同一工况，而实际上不同工况机组效率不一样，所以我们不能简单的把某种工况下的效率进行比较。 3.2.2 比较各自的输出净功率 假定主机的主、再热蒸汽参数和终参数相同， 给水温度及其蒸汽流量均相等，如果采用小汽机比带有液力耦合器的电动机能够使机组输出净功率有所增加，则表明采用小汽机驱动给水泵方案是经济的，反之，则表明采用电动机驱动给水泵方案是经济的5。 当用汽动泵时，输出的净功率为： ( 3-11) ( 3-12)式中 发电机组额定输出功率，kW； 小汽机所用蒸汽在主机抽汽点后可发出的功率，kW； 小汽机抽汽量，t/h。 当用电动泵时，输出净功率为： ( 3-13) ( 3-14)式中 电泵电动机发出的功率，kW； 小汽轮机发出的功率，kW； 电能传递效率()。 相等的条件下净功率之差： ( 3-15) 由上海汽轮机有限公司提供的300MW机组热平衡图：在热耗保证工况(THA )下，补水率为0%，排汽压力为5.80kPa，机组的热耗为7940.1kJ/(kWh)，机组输出功率为300148kW，小汽机输出功率为6357kW，对两种方式进行比较：，所得的结果说明电动驱动方式可使主机净输出功率增加239kW，故电动方式热经济性高于汽动方式。上面的算法也没有变工况的情况，且小汽机蒸汽管道存在 5%8%的压损和一定量的散热损失均未修正，还有汽动泵方案中的电动前置泵和小汽机油系统中的电动装置，其耗电量均未扣除，如果考虑到这些因素，则对汽动方式更不利。 4 300MW机组不同配置方式经济性比较实例4.1 给水泵组驱动方案及配置情况 通过前文的分析，选择比选方案： 方案一：电动给水泵和汽动给水泵综合配置方式：250%汽动泵(运行泵)+ 150%液力偶合器调速电动泵(启动/备用泵)； 方案二：全部为汽动给水泵配置方式：250%汽动泵，不设备用泵； 方案三：全部为电动给水泵配置方式：350%液力偶合器调速电动泵(2台运行泵+1台备用泵)。4.2 主要热力参数 4.2.1 主机的主要技术规范 湖南创元电厂的300MW机组是由上海汽轮机有限公司生产的亚临界、一次中间再热、单轴、两缸、两排汽、反动、八级回热抽汽、凝汽式汽轮机 N300-16.70/538/538。 蒸汽初参数：=16.70MPa，=538.0； 再热蒸汽参数：冷段压力(高压缸排汽)=3.5740MPa，冷段温度=320.4，热段压力(中压缸进汽)=3.217MPa，=538.0； 排汽压力：=5.80kPa。 4.2.2 不同工况下的数据由上海汽轮机公司提供的热平衡图，收集的数据见表4-1。表4-1 300MW机组不同工况的相关数据项目单位THA工况75%工况50%工况40%工况30%工况主汽压力MPa16.716.712.31107.93主汽温度538538538538538给水流量kg/h915470662428438971353442278103凝汽器压力kPa5.85.85.85.85.8再热蒸汽出口压力MPa3.2172.3871.6291.3291.029再热蒸汽出口温度538538538538500再热蒸汽流量kg/h743121548550371748302059239542再热蒸汽出口焓kJ/kg3539.13547.23554.73557.63478再热蒸汽进口压力MPa3.5742.6521.80981.47641.1433再热蒸汽进口温度320.4297.1299.1303.3304.3再热蒸汽进口焓kJ/kg3030.82998.73028.33046.93057.8小汽机抽汽点温度329.5331.4334.2336.1303.8小汽机抽汽点压力MPa0.71380.53620.36970.3040.2289小汽机抽汽点焓kJ/kg3120.33128.23137.831433078.8小汽机抽汽流量kg/h3445324168165301259115864小汽机排汽焓kJ/kg2456.12493.92542.82568.72759.8小汽机轴功率kW63574258273120081406主机输出功率kW30014822513515006712004990018凝结水温度35.5735.5735.5735.5735.57凝结水焓kJ/kg148.9148.9148.9148.9148.9排汽流量kg/h542825415314292499242970191249排汽焓kJ/kg2363.32395.12450.92483.12483.4热耗kJ/(kWh)7940.18063.48436.68684.89122.2汽耗kJ/(kWh)3.052.942.922.943.084.3 热力计算公式 各方案的比较是在相同的主蒸汽流量即相同的给水流量的情况下进行的。在此条件下，各方案所消耗的原煤量相同，而主机发电量和供电量则因驱动设备不同而有些差别。 4.3.1 给水泵组的轴功率 主给水泵的轴功率可根据运行工况点的扬程和主泵效率求出，其公式为 (4-1) 式中 给水流量，t/h； G为重力加速度，m/s2； H主给水泵的扬程，m； 主给水泵的效率，%。 主给水泵的效率可依据相似定理，由运行工况点的相似曲线及主泵的性能曲线求出18。前置泵一般为定速运行，其轴功率可直接由流量功耗曲线或公式(4-1)求出。 4.3.2 电动调速方式时主机的发电量 对于给水泵电动调速方式，当主机通过与原设计汽动方案相同的主蒸汽流量时，主要的增发电量可由公式(3-12)计算。 则电动调速方式时主机的发电量为 (4-2)式中 电动调速方式时主机的发电量，kW； 原设计250%汽动方案时主机的发电量，kW； 发电机效率； 主机的机械效率。 4.3.3 汽动方式时主机的发电量对于锅炉给水泵汽动方案，其小汽轮机的耗汽量为 (4-3) 则主机发电量为 (4-4)式中 原设计250%汽动方案中小汽轮机的耗汽量，t/h； 小汽轮机的内效率。 4.3.4 泵组耗电量以及因泵组耗功而使主机少供电量 对于液力偶合器电动变速方式，假定主给水泵与前置泵由1台电动机同轴驱动，则泵组耗电量为 (4-5)式中 前置泵轴功率，kW； 液力耦合器效率，其值等于液力偶合器的转速比； 电动机的效率； 升速齿轮效率； 厂用输变电效率； 前置泵电机的效率。 在电动调速方式时，泵组耗电量等于因泵组消耗电功而使主机少供电量，即 (4-6) 由于电动调速方式时主机的增发电量即等于原设计汽动方式时由于小汽轮机耗汽而使主机少发电量，因此对于锅炉给水泵汽动方案，因泵组耗功而使主机少供电量即 (4-7)4.3.5 机组净热耗机组的净热耗可利用公式(3-3)和公式(3-5)计算。4.4 计算结果由于本机组的锅炉给水泵组是按250%容量汽动方式进行设计的。因此，在进行不同配置方式热经济性比较时，可以使用本机组的原设计热力数据。通过对不同工况进行计算，其结果如下表所示。表4-2 300MW机组锅炉给水泵不同驱动方式的热力计算结果项目THA工况75%工况50%工况40%工况30%工况方案一(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)方案三主泵轴功(kW)6627662752325232410341033554355431183118泵组耗电(kW)22292342096460196581018342661693809机组发电(kW)3001483071052251352298611500671530951200491222659001892