焦作电厂220MW机组汽动给水泵改造(焦作电厂-张开)

焦作电厂220MW机组汽动给水泵改造编写：张开目录一、前言二、改造方案及实施三、改造后效果四、改造遇到的一些问题及建议五、总结焦作电厂220MW机组汽动给水泵改造焦作电厂（河南焦作454001）张开[摘要]介绍了焦作电厂220MW#1、#3机组通过将原电动定速给水泵改造为汽动给水泵，利用部分锅炉富裕蒸汽驱动给水泵，增加了单机供电量，相当于主机增容，提高了机组运行经济性，机组调峰能力也得到增强，改造达到了预期效果。同时，针对改造中存在的问题也提出了建议，也为同类型机组进行汽动泵改造提供了一定的参考。[关键词]220MW；电动给水泵；汽动给水泵；安全性；经济性；改造一、前言国产200MW汽轮机组设计于60年代初，原设计考虑采用小汽轮机拖动给水泵，并已通过了设计审查，后因当时国内变转速汽轮机的设计与制造技术尚未成熟而改用了电动给水泵，由于主机的设计未作相应更改，遗留下锅炉、汽轮机及有关辅助设备余量过大，机炉电三大主机容量匹配不当等缺点，机组的的热效率也随之降低，同时电动泵消耗了大量厂用电，一般占厂用电率的30％左右。为满足200MW机组参加调峰运行的需要，提高机组的供电能力和改善其容量匹配关系，从而提高机组的经济性，国家电力公司热工研究院早在“八五”期间就对该型机组的电动给水泵改汽动给水泵进行了可行性研究。近年来，电力工业飞速发展，电力市场竞争日益激烈，电厂管理要以最经济的成本多发电、多供电，最终以多结算上网电量，提高经济效益为目的。因此，200MW机组电动给水泵改汽动给水泵的工作引起了许多电厂的重视。下花园发电厂200MW机组的汽动给水泵是我国200MW机组电动泵改汽动泵的第一台工业试验泵，已于1998年7月投入运行，与此同时国内300MW以上机组普遍采用小汽轮机驱动给水泵的设计，并获得成功，实践证明汽动给水泵运行状况稳定，调节性能良好，可靠性高，便于机组参予调峰运行等，说明汽动给水泵的设计、制造技术已取得成熟经验。在此情况下，大同电厂、徐州电厂多台200MW机组也相继将电动给水泵改造为汽动给水泵，并投入运行，取得良好效果。焦作电厂200MW#1、#3机系东方汽轮机厂七十年代末、八十年代初制造的超高压、一次中间再热、三缸三排汽、凝汽式汽轮机，属早期的D05、D09老式机组。在电力部对国产200MW汽轮机高、中、低压缸通流部分进行技术改造，以提高机组经济性的要求下，该厂于1999年9月至2001年12月分别完成了全部六台200MW机组汽轮机通流部分的技术改造，并通过性能考核验收试验。改造后额定功率为220MW，额定蒸汽量为647.4t/h，最大蒸汽量为670t/h。锅炉蒸发量为670t/h，说明锅炉蒸发量仍有20余吨/时一定的裕量。为充分利用主设备潜力，节约厂用电，降低发电成本，增加单机供电能力，同时又能适应机组的调峰能力，提高机组运行的安全可靠性，对焦作电厂＃1、#3机组两台电动定速给水泵进行电动改汽动是十分必要的。二、改造方案及实施将#1、#3机原配套的各一台DG680－180型电动定速给水泵组拆除，并在原址安装一台全容量的汽动给水泵。使机组正常运行时，一台全容量的汽动给水泵运行，并有两台电动泵作备用（已有设备）。随着运行经验的积累，也可考虑仅留一台电动调速泵作备用和启停机组用。1机组现状1.1改造后汽轮发电机组的主要技术参数型号：N220-12.7/535/535型式:超高压、一次中间再热、三缸三排汽、凝汽式汽轮机额定功率:220MW额定蒸汽量:647t/h最大蒸汽量:670t/h机组热耗:8138kJ/(kW·h)(1943kcal/(kW·h))1.2DG680-180型给水泵的主要数据DG680-180型给水泵的主要数据列于表1。表1DG680-180型给水泵的主要数据给水流量：680t/h扬程：1912mH2O轴功率：4381kw配套电机容量：4600kw2系统设计及设备选型2.1给水系统特性焦作电厂#1、#3机组运行可采用定、滑压两种运行方式。从机组参与调峰及采用汽动给水泵的优越性出发，给水系统特性按复合变压运行方式考虑，汽机主汽门前汽压与负荷之间的关系如下：机组负荷运行方式主汽门前汽压80%-100%定压12.7MPa50%-80%变压8.83-12.75MPa0-50%定压8.83MPa机组的额定流量(计及小汽机用汽)650t/h锅炉最大连续蒸发流量670t/h给水系统阻力（按670t/h工况计算），从给水泵出口到汽机主汽门前，包括泵中心到汽包水位的位差，总计4.51MPa。2.2汽动给水泵参数选择给水泵参数的上限除了要满足额定工况需要外,还要满足锅炉最大连续蒸发量和最大工况的需要,最大工况发生在机组抛全负荷,锅炉安全门打开、高压旁路喷水时。最大工况与额定工况的流量差即为泵的容量余量。电动给水泵参数选择原则是将机组最大工况时各项参数确定为额定参数（一般还有裕量）。当机组处于额定工况运行时，电动定速给水泵采用节流，电动调速给水泵采用降低转速适应机组需要，这时不论在给水调节阀中，还是在液力偶合器中均产生可观的附加损失，损失约为泵额定功率的15-20%。泵留取的余量越大，损失越多，这是电动给水泵不可克服的缺点之一。汽动给水泵可以避免这一损失，当机组由额定工况向MCR工况过渡时，小汽轮机的进汽参数随之上升，使之产生的功率与给水泵耗功大致匹配，效率也维持不变，因而不会引起附加损失，对于机组的最大工况一般用下列方法满足，一是将小汽轮机切换到高品位工作，另一是小汽轮机留有足够的余量或用旁通调节，这些方式都要产生附加损失，但这种工况极为少见，因而对机组经济性影响不大。因此，汽动给水泵的额定工况选在机组的额定工况，使泵与小汽轮机的组合效率最佳,以提高机组的经济性。汽动给水泵参数的下限不受限制，小汽轮机与泵转子均为刚性联结，可以任意调节。2.3小汽轮机的型式和参数选择小汽轮机选用冷凝式汽轮机，工作汽源考虑取自再热后的中压缸抽汽，一是可充分利用热循环的好处，二是排汽不经过低压缸从而减少主机的余速损失。小汽轮机的排汽采用直接排至主凝汽器的方式，以简化真空、凝结水和冷却水系统。小汽轮机工作汽源可供选择的有主机3段、4段和5段抽汽。从主机热经济性考虑，采用5段抽汽热经济性最高，但由于5段抽汽参数较低，使得小汽轮机体积较大、制造困难；若采用3段抽汽作为汽源方案，由于其流量仅13t/h，除供#1高加外，已没有富裕蒸汽流量可供驱动汽轮机的用汽，且抽汽温度高达450℃以上，如供汽动给水泵，势必增加驱动汽轮机的制造成本，并且还将影响主机及热力系统的经济性。从旧机改造的实际情况出发，综合考虑主机经济性、主设备构造、现场场地、管道布置、小汽轮机设计等因数，选用4段抽汽作为小汽轮机的工作汽源，另还从厂公用汽源引一趟辅助汽源作为小汽机备用工作汽源。2.4控制系统及油系统选择由于主机的控制及保安系统已改造为抗燃油系统，主机润滑油系统在额定工况不变的情况下可减少500l/min，而小汽轮机组的润滑用油为400－450l/min。主机抗燃油系统通过计算仍有一定的裕量。经过现场油流量测算，为使系统更加简化，采用了汽动给水组的控制用油和润滑用油分别与主机控制用油和润滑用油各共用一个动力油源。2.5系统布置方案选择可视现场情况选用不同标高的主泵运转层，根据布置方式不同，有下排汽和上排汽式驱动汽轮机两种布置方案。考虑到如采用上排汽布置方案，驱动汽轮机的进、排汽管道较长，且不易布置，也不便于运行管理，改造场地设备占用面积较大，不适宜作为老厂的技术改造的方案，故采用下排汽式驱动汽轮机布置方案。下排汽式驱动汽轮机布置方案是将驱动汽轮机及给水泵高位布置在主机运转层平台上，前置泵布置在零米，给水泵安装选为下供、排水结构，驱动汽轮机的进汽管与排汽管可就近与主机的抽汽管及主凝汽器连接，简化系统，给水泵出入口管的改造工作量也相应较小，这样便于控制、操作与维护巡检。3具体实施条件具备后，在2007年及2009年焦作电厂#1机组大修、#3机组中修中分别进行了电动给水泵改汽动给水泵的改造工程。三、改造后效果1安全性分析与电动给水泵相比，汽动泵自动化程度较高，操作相对简单，运行稳定，在运行启动过程中，汽动泵升速速率采用程序控制，有效的避免了电动泵瞬间启动对泵各部件的不良影响。与全容量电动变速给水泵相比，芯包使用寿命长，从目前来看，改造后的汽动给水泵运行效果良好，基本无需进行维修。而且，电动给水泵耦合器存在勺管在一定的开度时工作油温高的问题，并且涡壳内由于存在空气，而空气是可压缩性气体，会造成耦合器工作的不稳定性。此外，电动泵的可靠性依赖于厂用电系统，而厂用电系统事故在电厂事故停机率中占有一定比例，由于厂用电系统故障导致给水泵与机组事故的情况也时有发生，汽动方式则对厂用电系统没有依赖性，可靠性相对较高。2经济性分析电动定速给水泵在启动时启动力矩很大，为适应这个转矩，驱动电机配置容量一般要比给水泵的额定功率大30～50％，所以其经济性较差；其次电动定速给水泵采用节流的方法来调节给水流量，调节损失较大，且泵的余量越大，损失越高，这是定速电动泵不可克服的缺点之一。采用液力耦合器驱动的变速给水泵虽然可以在较小的转速比下启动，启动转矩较小，但从耦合器自身固有的特性来看，耦合器工作过程本身存在驱动损失，高达15％左右。而汽动泵不需要升速齿轮和液力耦合器，所以也不存在这些环节的传动损失。此外，变速下的小汽轮机内效率也略高于变速下的液力耦合器的传动效率，可减少年运行费用，同时由于汽动泵运行非常稳定，与耦合器驱动变速泵相比，大大降低了设备的检修维护工作量，也节约了设备维护费用。特别是根据目前国产200MW机组普遍存在的“机、电、炉”容量不匹配的问题，经核算及现场试验，采用汽动给水泵后厂用电率约下降1.5～1.9％，相当于主机增容，即增加了机组输出电量，经济性显著提高。同时由于汽动给水泵具有良好的的调节性能，使改造后的机组调峰能力也得以提高。四、改造遇到的一些问题及建议1由于电动给水泵改造为汽动泵后，相应排入凝汽器的汽量会增加，其增加量约为3%-5%，据核算在夏季循环水进口温度达到35℃时，采用汽动给水泵会造成凝汽器背压升高约0.4kPa，虽然主机凝汽器可以满足正常运行，但相对富裕余量减小。焦作电厂#1、#3机组在进行汽动给水泵改造时均同时或提前进行了凝汽器改造，将铜管全部更换为不锈钢管，同时进行了优化设计，改造后凝汽器换热效果得到明显提高，能更好的满足汽动泵投运后的要求。2由于汽动泵改造仅拆除一台电动定速给水泵，仍保留的电动给水泵作为备用泵，完全可以满足机组启动要求，同时从目前的运行情况来看，小汽轮机采用主机四段抽汽完全能够满足机组额定负荷运行时锅炉的给水需求。因此，从节约改造费用和简化运行系统方面考虑，建议取消厂公用汽源引来的备用汽源系统。3由于汽动泵改造后小汽轮机排汽管道直接引入主机凝汽器喉部，小汽机排汽管道直径较大，设计时已考虑不再允许进行灌水查漏，将导致主机真空系统无法再进行高位灌水查漏工作（水位不能超过排汽管道与主机凝汽器接口位置）。建议在改造前认真进行高位灌水查漏，以消除系统存在的泄漏，提高机组真空严密性。改造后机组运行中改用其它方法进行真空系统查漏。五、总结通过改造后运行效果证明，220MW机组给水泵由电动改为汽动是一项效益较为显著的节能项目，不仅充分利用了原有主设备固有的潜力，将锅炉产生的富裕蒸汽量用于驱动汽动给水泵，提高了设备的运行效率，而且节省了大量的厂用电，提高了机组的供电能力。同时由于汽动给水泵具有良好的的调节性能，使改造后的机组调峰能力又得以提高，这也是220MW机组在电网逐渐增大的情况下，频繁参与调峰的一项重要措施，对提高电厂经济性、增强机组调峰性能，提高运行安全可靠性等方面也具有重要意义。作者简介：张开，男，工程师，本科，从事火力发电厂汽轮机检修、维护工作，现任河南焦作电厂汽机检修分公司副经理（主持工作）。