循環(huán)水泵選型專題研究

1、 .DOC資料. 圖 號版號F0044C-S01-S040 溫州發(fā)電廠四期“上大壓小”擴建工程初步設計水工部分循環(huán)水泵選型專題浙 江 省 電 力 設 計 院設計證書號：A133007109勘察證書號：120001-kj2012年12月溫州發(fā)電廠四期“上大壓小”擴建工程初步設計水工部分循環(huán)水泵選型專題批 準：審 核：校 核：編 寫： 目 錄 TOC o 1-2 h z u HYPERLINK l _Toc345069312 1概述 PAGEREF _Toc345069312 h 1 HYPERLINK l _Toc345069313 2循環(huán)水泵的結構形式和循環(huán)水系統(tǒng)水量調節(jié) PAGEREF _T

2、oc345069313 h 2 HYPERLINK l _Toc345069314 2.1循環(huán)水泵的結構形式 PAGEREF _Toc345069314 h 2 HYPERLINK l _Toc345069315 2.2循環(huán)水系統(tǒng)水量調節(jié) PAGEREF _Toc345069315 h 2 HYPERLINK l _Toc345069316 3循環(huán)水泵型式及配置方案 PAGEREF _Toc345069316 h 4 HYPERLINK l _Toc345069317 3.1本工程循環(huán)水泵可能的配置方案 PAGEREF _Toc345069317 h 4 HYPERLINK l _Toc345

3、069318 3.2循環(huán)水泵型式及配置方案 PAGEREF _Toc345069318 h 6 HYPERLINK l _Toc345069319 3.3循環(huán)水泵配置推薦方案 PAGEREF _Toc345069319 h 9 HYPERLINK l _Toc345069320 4循環(huán)水泵容量、運行方式 PAGEREF _Toc345069320 h 9 HYPERLINK l _Toc345069321 5結論 PAGEREF _Toc345069321 h 10【內容摘要】本報告針對溫州發(fā)電廠四期“上大壓小”擴建工程（2660MW超超臨界機組）循環(huán)冷卻水系統(tǒng)之循環(huán)水泵的配置方案，結合汽輪機

4、組冷端參數(shù)優(yōu)化結果、不同性能與不同結構形式水泵的選型、系統(tǒng)的水力計算等優(yōu)化計算與比較，提出循環(huán)冷卻水系統(tǒng)循環(huán)水的優(yōu)選方案：1) 循環(huán)水系統(tǒng)采用一機二泵擴大單元制供水方案；2) 循環(huán)水系統(tǒng)流量調節(jié)在一機二泵擴大單元制供水的基礎上，推薦循泵雙速電機方案；3) 循環(huán)水泵結構形式推薦國產(chǎn)立式、固定葉、可抽芯式混流泵；4) 循環(huán)水泵運行方式推薦夏季一機二泵、春秋季二機三泵、冬季一機一泵，并依據(jù)機組負荷、凝汽器背壓等運行參數(shù)調整循泵的運行臺數(shù)與高、低轉速。達到了循環(huán)水泵性能高、結構選型合理、運行經(jīng)濟調節(jié)靈活、工程投資低廉、設備備用率高的目的。 概述本工程建設規(guī)模為2660MW超超臨界凝汽式燃煤機組，同步建

5、設煙氣脫硫、脫硝裝置。溫州發(fā)電廠位于溫州市東北方向的樂清市北白象鎮(zhèn)磐石，距溫州市16公里，距樂清市中心約18公里，距柳市鎮(zhèn)8公里，距甌江入海口13公里。本工程循環(huán)冷卻水采用擴大單元制直流供水系統(tǒng)，每臺660MW機組配2臺循環(huán)水泵，1根壓力供水管道，1根排水箱涵。循環(huán)水系統(tǒng)工藝流程依次為：取水口鋼閘門攔污柵旋轉濾網(wǎng)循環(huán)水泵出口閥門 供水管凝汽器排水箱涵虹吸井排水箱涵虹吸井。循環(huán)水泵是電廠的主要輔機設備之一，其型式、數(shù)量配置及參數(shù)的選擇會直接影響汽輪機組的設計背壓、凝汽器冷卻面積、循環(huán)水量等主要冷端設計參數(shù)，從而影響到整個汽輪機組運行的經(jīng)濟性與合理性，循環(huán)水泵也是電廠“能耗大戶”及節(jié)能的主要對象。

6、循泵水泵的選型應在保證循環(huán)冷卻水系統(tǒng)安全可靠、運行經(jīng)濟的前提下盡量降低工程造價，從而保證機組長期安全、經(jīng)濟運行。電廠循環(huán)水泵的設計選型主要通過兩個方面來確定，其一是循環(huán)水泵的結構形式，其二是循環(huán)水泵的配置及性能參數(shù)。 循環(huán)水泵的結構形式和循環(huán)水系統(tǒng)水量調節(jié)循環(huán)水泵的結構形式目前大容量機組配套的循環(huán)水泵均以立式水泵為主，而立式水泵又有干井式和濕井式之分。兩種水泵對進水流道的要求有所不同，濕井式水泵著重于吸水井的水力設計，而干井式水泵則著重于吸水彎道的水力設計。干井式水泵安裝在水泵間內，水泵通過吸水管或吸水彎道與吸水井連接，一般在吸水管上設檢修隔離閥，或在吸水彎道入口處設檢修閘門，水泵各部件的維護

7、及檢修均可在干燥的水泵間內進行。臥式和立式的雙吸式離心水泵是最常見的干井式水泵，立式蝸殼混流水泵亦為干井式水泵。濕井式水泵直接安裝在吸水井之上，葉輪、出水導葉及下部管筒及喇叭口均淹沒于最低水位之下。檢修時可將葉輪、出水導葉、軸及下部管筒在水泵運轉層上整體從上部管筒中抽出，也可設計成不可抽的，而將整臺水泵從運轉層吊出。從水泵適用性來講，立式干井式水泵對水位變化的適應性較好，但結構相對比較復雜（電機水泵需雙層布置），肘管式流道的施工精度要求相對較高，比較適合于水源水位變幅較大而不適合于采用濕井式水泵的情況。本工程循環(huán)冷卻水取自甌江海水，電廠附近水域海水水位變化幅度不大（平均高潮位2.54m，平均低

8、潮位-1.98m，平均海平面0.3m），因此循環(huán)水泵擬以濕井式水泵作為選型對象。循環(huán)水系統(tǒng)水量調節(jié)對于超大容量超高參數(shù)電廠的循環(huán)水泵來講，循環(huán)水泵配置及性能參數(shù)的確定是循環(huán)水泵選型的關鍵所在。循環(huán)水泵的特性會直接影響凝汽器的背壓，即影響機組的發(fā)電量。而循環(huán)水泵電動機的能耗與機組的微增功率有著復雜的函數(shù)關系，如果采用能適應循環(huán)水系統(tǒng)參數(shù)變化的泵來代替常規(guī)水泵（改變水泵性能），或者是改變運行方式（如根據(jù)循環(huán)水季節(jié)性水溫變化、機組負荷變化來調整水泵的運行臺數(shù)）以便在循環(huán)水水溫變化或機組負荷變化時改變系統(tǒng)的供水流量，降低循環(huán)水泵所耗功率，就可以節(jié)約大量能源。循環(huán)水系統(tǒng)的經(jīng)濟水量隨機組負荷、循環(huán)水溫和氣

9、象條件等變化而變化，所以目前已投運的電廠一般根據(jù)外部自然條件和電廠機組運行情況等對循環(huán)水系統(tǒng)水量進行調節(jié)。循環(huán)水系統(tǒng)水量調節(jié)主要有下述幾種方法：通過開泵臺數(shù)調節(jié)母管制供水系統(tǒng)通過調節(jié)開泵臺數(shù)可以較容易地調節(jié)水量。一機兩（三）泵的單元制或擴大單元制供水系統(tǒng)一般根據(jù)水溫等在冷季少開一臺或兩臺循環(huán)水泵來調節(jié)水量。改變循環(huán)水泵QH特性對于改變循環(huán)水泵QH特性一般采用下列三種方法：（1）改變泵的轉速（采用雙速電機或變頻電機）；（2）調節(jié)前置導葉；（3）調節(jié)葉片的安裝角度。歐、美先進工業(yè)國家由于電力工業(yè)供大于求，多數(shù)電廠按DSS（Daily Start-Shutdown）日啟停體制的調峰運行，特性不可調的

10、循泵占多數(shù)，少數(shù)特性可調泵多采用第（1）、（2）種方法。前蘇聯(lián)及我國基本采用第（3）種方法改變水泵QH特性。改變泵的轉速可采用雙速電機或變頻電機實現(xiàn)。配置變頻電機的循環(huán)水泵可根據(jù)機組負荷、水溫，對循環(huán)水量無級調速，使得機組在各種工況下運行更經(jīng)濟，但大型循泵的變頻裝置投資很高。配置雙速電機的循環(huán)水泵增加系統(tǒng)運行工況，但沒有變頻靈活，同樣須增加初期投資，但與變頻比較，增加的投資較少。調節(jié)前置導葉的方式比較適合揚程變幅較大而流量變化較小的情況?？烧{葉水泵可分為動葉可調和靜葉可調，有級和無級。靜葉可調水泵過去用得比較多，主要由上海水泵廠生產(chǎn)。動葉無級可調水泵比較先進，可以在水泵運行過程中調節(jié)葉片角度，

11、即可根據(jù)電力負荷、水溫、水位的情況來改變水泵的流量、揚程運行特性，使得機組在各種工況下運行更經(jīng)濟。調節(jié)水泵出口閥門本調節(jié)方式由于會增加系統(tǒng)的能量損失，所以正常運行情況下，一般不采用這種節(jié)流方式。 循環(huán)水泵型式及配置方案本工程循環(huán)水泵可能的配置方案大型燃煤機組的循泵配置臺數(shù)基本為一臺機組配兩臺或者三臺循泵，可采用單元制或采用擴大單元制，水泵葉片分固定葉和可調葉兩種，固定葉中可配定速、雙速或者變頻電機，產(chǎn)品可國產(chǎn)或者進口。本工程為2660MW燃煤機組，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)采用直流供水系統(tǒng)，一臺機組擬配兩臺循環(huán)水泵。對600MW機組配250%容量的國產(chǎn)循環(huán)水泵是一個常規(guī)配置方案，不管直流系統(tǒng)還是二次循環(huán)系

12、統(tǒng)，國內電廠基本均采用此種配置，如600MW機組采用二次循環(huán)系統(tǒng)的蘭溪電廠、鳳臺電廠等；直流系統(tǒng)的烏沙山電廠、樂清電廠等。運行情況均成熟、平穩(wěn)、可靠。因此，本次投標設計按一臺機組配兩臺國產(chǎn)循環(huán)水泵考慮。循環(huán)水泵可能的配置方案見下表：循環(huán)水泵可能的配置方案表循泵數(shù)量系統(tǒng)型式葉片型式循泵轉速生產(chǎn)廠備注一機兩泵擴大單元制固定葉定速國產(chǎn)雙速國產(chǎn)變頻國產(chǎn)可調葉定速國產(chǎn)進口單元制固定葉定速國產(chǎn)雙速國產(chǎn)變頻國產(chǎn)可調葉定速國產(chǎn)進口關于進口對600MW機組配250%容量的循環(huán)水泵固定葉方案，國產(chǎn)技術和產(chǎn)品質量已非常成熟，且有大量運行業(yè)績。因此，本方案不需要進口。對可調葉片泵方案，本工程為大容量機組，將在系統(tǒng)中承

13、擔基本負荷，安全運行顯得尤為重要。按目前國內大型水泵的生產(chǎn)情況分析，如采用動葉可調水泵必將采用進口水泵。關于變頻眾所周知，采用變頻方案肯定能更好的適應機組負荷、水溫、水位的變化，調節(jié)水泵的運行方式，從而節(jié)約廠用電。參考其他類似工程，對一機兩泵方案，若采用變頻方案（一臺工頻、一臺變頻），每臺機組循環(huán)水系統(tǒng)年運行費可節(jié)省約18萬元左右。但據(jù)了解，大功率電動機的變頻裝置價格非常昂貴，經(jīng)初步詢價，對一機兩泵方案，每套變頻裝置的價格約235345萬元。折合年費用值為29.843.8萬元，遠高于節(jié)約的廠用電費用。且循環(huán)水量的調節(jié)還可通過水泵運行臺數(shù)、雙速電機和調節(jié)葉片角度等方面實現(xiàn)，因此，變頻方案不推薦。

14、關于葉片調節(jié)我國自80年代初從日本引進第一臺動葉可調循環(huán)水泵（1983年寶鋼自備電廠2350MW機組，共四臺循環(huán)水泵），至長沙水泵廠生產(chǎn)第一臺動葉可調葉水泵（1985年龍口電廠2100MW機組，共六臺水泵）及上海水泵廠生產(chǎn)第一臺靜葉可調葉水泵（1987年石洞口電廠一期4300MW機組，共八臺循環(huán)水泵），我國電廠已經(jīng)運行了約60余臺動葉可調水泵。從運行情況來看有好有壞。運行較好的如寶鋼自備電廠，建立了循環(huán)水系統(tǒng)的數(shù)學模型及自控系統(tǒng)，循環(huán)水泵可根據(jù)電力負荷、水溫及水位來調節(jié)循環(huán)水泵的流量、揚程。運行尚可的如北侖電廠、嘉興電廠及外高橋電廠，按季節(jié)（或按水溫）調節(jié)動葉角度。運行不太好的電廠，把循環(huán)水泵

15、調節(jié)機構拆了，把可調葉水泵改成了固定葉水泵。從目前國內可調葉泵工程應用的調查分析情況看，可調葉泵均在直流循環(huán)供水系統(tǒng)、且水位（或潮位）變幅較大的環(huán)境中應用?？烧{葉泵由于其葉片調節(jié)機構、調節(jié)程序較為復雜，正常使用情況下的運行、維護工作量就很大，且大大增加了循泵的檢修幾率。可調葉泵運行情況較好的水泵均為進口水泵，國產(chǎn)可調葉水泵都不同程度地存在這樣或那樣的問題，且目前均配套在300MW及以下機組。從可調葉水泵使用的經(jīng)濟性來講，根據(jù)有關方面的分析，一般來講，當循泵前池水位（潮位）變幅大、機組運行負荷及水溫變幅較大，在控制方式上采用智能化自動無級調節(jié)的情況下，可調葉水泵的經(jīng)濟性才比較顯著。對本工程，可調

16、葉水泵需進口，一機二泵擴大單元制方案運行已比較靈活，從節(jié)約工程投資的角度考慮，故不再考慮葉片可調泵方案。循環(huán)水泵型式及配置方案定性分析結合國內已投運電廠的實際情況和國內、外循泵制造商的生產(chǎn)能力，對上述可能的配置方案，經(jīng)過初步篩選，對本工程，可進行方案比選的循環(huán)水泵配置方案見下表，各方案的運行方式和特點定性分析如下：方案循環(huán)水泵數(shù)量、型式及系統(tǒng)配置運行方式及特點推薦情況1一機兩泵（定速）（固定葉泵、擴大單元制）夏季采用一機兩泵運行，春、秋季采用兩機三泵運行，冬季采用一機一泵運行；低負荷時可采用兩機三泵或兩機兩泵運行。本方案運行靈活性、經(jīng)濟性好，運行可靠性較高。本方案兩臺機組之間設聯(lián)絡管聯(lián)絡?？赏?/p>

17、薦2一機兩泵（雙速）（固定葉泵、擴大單元制）運行方式基本同方案1，增加高、低速配置運行方案。較方案1運行更靈活、經(jīng)濟性更好；運行可靠性較高。本方案循泵配套電機為雙速電機，初期投資增加約80萬元；高低速切換較復雜。本方案兩臺機組之間設聯(lián)絡管聯(lián)絡。可推薦根據(jù)初步分析結果，確定上述二個方案進行較為詳細的經(jīng)濟比較。流量系數(shù)經(jīng)與國內某水泵生產(chǎn)廠家聯(lián)系，根據(jù)本工程的具體情況，水泵廠提供了初步的水泵特性曲線（一機兩泵，高、低速配置）。為充分優(yōu)化循環(huán)水系統(tǒng)配置，對循環(huán)水泵的運行方式進行了各種可能的方案組合，繪制管路阻力曲線和水泵并聯(lián)運行特性曲線，通過計算、繪圖，得出各種組合方案的流量系數(shù)，詳見下表：各種組合方

18、案的流量系數(shù)循泵數(shù)量運行組合（每臺機組）流量(m3/s)運行點揚程(m)流量系數(shù)(%)高速泵低速泵總流量兩機四泵2臺高速并聯(lián)9.5019.0025.30100.01高1低并聯(lián)10.866.2517.1123.0390.12臺低速運行7.7415.4721.5581.4兩機三泵1.5臺高速并聯(lián)10.9316.3922.5086.31高0.5低并聯(lián)11.567.5615.3421.4280.70.5高1低并聯(lián)11.168.9114.4920.6976.31.5臺低速并聯(lián)9.1713.7620.1472.4兩機兩泵1臺高速運行12.2912.2919.0464.705高0.5低并聯(lián)12.3310.1

19、911.2618.2659.31臺低速運行10.4410.4417.6554.9循環(huán)水泵可推薦方案的經(jīng)濟比較靜態(tài)投資通過對各方案的運行方式和特點進行分析，確定四個方案比較適合本工程的運行情況，對兩個方案進行進一步的經(jīng)濟比較，各方案的靜態(tài)投資比較見下表：各方案的靜態(tài)投資比較表方案循環(huán)水泵數(shù)量、型式及配置投資差價（萬元）排名設備投資土建投資合計1一機兩泵（定速）（固定葉泵、擴大單元制）00012一機兩泵（雙速）（固定葉泵、擴大單元制）800802說明：雙速泵方案按四臺水泵全部配雙速電機考慮。在上表中，造成投資差值的主要原因為雙速電機的原因。年總費用（投資與年運行費）的綜合比較根據(jù)循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化計算

20、結果（詳見循環(huán)冷卻水系統(tǒng)冷端優(yōu)化專題報告），各方案的年總費用經(jīng)濟比較見下表：年總費用經(jīng)濟比較表方案循環(huán)水泵數(shù)量、型式及系統(tǒng)配置冷卻倍率年總費用差值（萬元）排名總費用差值1一機兩泵（定速）（固定葉泵、擴大單元制）652043.422.6522一機兩泵（雙速）（固定葉泵、擴大單元制）652040.7701說明：1）雙速泵方案按四臺水泵全部配雙速考慮。 2）電廠運行小時按5500計；電費按發(fā)電成本0.31元計。3）年分攤費：按火力發(fā)電廠水工設計規(guī)范，經(jīng)濟使用年限取20年、投資回收率取10%考慮，即資金回收系數(shù)為0.117，年固定分攤率為0.142。從上表中可以看出，雙速泵方案明顯優(yōu)于定速泵方案。循環(huán)水泵配置推薦方案技術上，采用雙速泵方案運行更加靈活，能更好的適應機組負荷和水溫的變化。經(jīng)濟上，在初期投資方面：雙速泵方案略高于定速泵方案，但相差不大；在年總費用方面：配雙速電機較省。綜上所述，本工程設計擬推薦采用一機兩泵、國產(chǎn)固定葉、配雙速泵、擴大單元制系統(tǒng)。 循環(huán)水泵容量、運行方式根據(jù)上述經(jīng)濟、技術比較，本工程循環(huán)水泵的推薦配置方案采用：一機兩泵、國產(chǎn)固定葉、擴大單元制、雙速水泵。根據(jù)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)冷端優(yōu)化計算結果，本方案的冷卻倍率為65倍，凝汽器面積為39000m2。循環(huán)水泵設計參數(shù)如下：夏季，一機兩泵運行每臺機組的循環(huán)水量為21.1m3/s循環(huán)水泵Q=10.54m3/