大型直冷机组主汽轮机驱动给水泵技术及其可行性_李民.pdf
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1、第 39 卷第 4 期电站系统工程Vol.39 No.42023 年 7 月PowerSystemEngineering42文章编号:1005-006X(2023)04-0042-05大型直冷机组主汽轮机驱动给水泵技术及其可行性李民1王建梅2刘朝晖3胡念苏2(1.内蒙古京泰发电有限责任公司,2.武汉大学动力与机械学院,3.西北电力设计院有限公司)摘要:汽轮机主轴直接驱动给水泵 MTD(Main Turbine Driving)技术是一种新型的给水泵驱动方式。这种方式既保留了传统汽动给水泵方式无需耗电的优点,又克服了另建单独驱动汽轮机凝汽器的缺点。这种方式由于需要增设主汽轮机与给水泵之间的调速耦
2、合装置,同时在主汽轮机结构、热力系统等方面与传统驱动方式也有所不同,因此对此需要进行详细的可行性论证和分析。针对即将首次在国内两台 660 MW 超超临界直冷机组采用的主机驱动给水泵方案进行了关键技术的论证,并对比传统的给水泵驱动方案进行了技术经济分析。结论表明,MTD 技术在技术上可行,在经济性上也具有优势。关键词:可行性;直冷机组;主机驱动;给水泵中图分类号:TK284.1文献标识码:BTechnical and Feasibility Analysis of Main Turbine Driven Feed Pumpfor Large-scale Direct Cooling Units
3、LI Min1,WANG Jian-mei2,LIU Zhao-hui3,HU Nian-su2(1.Neimenggu Jingtai Power Generation Co.,Ltd.,2.Wuhan University,3.Northwest Electric Power Design and Research Institute Co.,Ltd.)Abstract:MTD(main turbine driving)is a new driven technology for feed-water pump.It not only retains theadvantages of th
4、e traditional mode that the pump is driven by an independent turbine without power consumption,butalso overcomes the disadvantages of building a separate drive turbine condenser.Due to MTD need to add a speedregulating coupling device between the main turbine and the feed pump and it is different fr
5、om the traditional drivingmode in terms of the structure and thermal system of the main turbine.Therefore a detailed feasibility demonstration andanalysis is necessary.The key technologies of MTD which will be used for the first time in two 660MW ultrasupercritical direct cooling units in China are
6、demonstrated.At mean time,through the comparison with the traditionalfeed pump drive scheme,the technical and economic analysis of MTD is carried out.The results show that MTDtechnology is technically feasible and economically advantageous.Key words:feasibility;direct air-cooling unit;main turbine d
7、riving(MTD);feed water pump我国北方地区煤炭资源丰富而水资源匮乏的特点使得该地区的新建发电机组多选择空冷机组。而超/超临界空冷机组的给水泵采用传统的汽轮机驱动方式虽然对节约厂用电极为有利,但由于锅炉的热容量较小,当环境条件剧烈变化时,驱动汽轮机的排汽进入主机凝汽器后对主机的安全、稳定性产生较大影响。因此这些机组不得不为驱动汽轮机装设独立的水冷凝汽器从而大大增加了设备投资。采用主汽轮机主轴直接驱动给水泵MTD(MainTurbine Driving)是一种新型驱动技术。虽然国外早有实际应用,但国内直到近年才决定首次在内蒙两台 660 MW 超超临界直冷机组采用。这种方式
8、既保留了传统汽动给水泵方式无需耗电的优点,也克服了另建单独驱动汽轮机凝汽器的缺点。当然这种收稿日期:2022-08-15李民(1973-),男,硕士研究生,高级工程师。内蒙古鄂尔多斯,017100方式由于需要在主汽轮机与给水泵之间增设包括调速耦合装置在内的系列传动设备,同时在主汽轮机运行平台以及汽水管道上与传统驱动方式也有不同之处,因此需要对这种技术作出详细的可行性论证和分析。1主机泵技术及其配置方式主汽轮机同轴驱动机组给水泵(以下简称主机泵)技术区别于传统给水泵的驱动方式,其动力既不采用小汽轮机也不采用电动机,而是直接由主汽机主轴通过系列传动装置来驱动。其配置方式一般可以是 1 台 100%
9、容量的给水泵或 2 台 50%容量的给水泵,当配置 2 台 50容量给水泵时,通过齿轮箱将主汽轮机主轴分传至两个给水泵主轴(图 1a)。当配置 1100%给水泵也可采用独立齿轮箱(图1b)。第 4 期李民等:大型直冷机组主汽轮机驱动给水泵技术及其可行性43(a)2 台 50%容量的给水泵(b)1 台 100容量的给水泵图 1主机同轴驱动方式的两种配置1.主汽轮机2,4,6.联轴器3.齿轮箱5.调速之星7.给水泵无论哪种配置,主机与给水泵组之间均需要通过合适的调速装置和联轴器连接。因为主汽轮机和给水泵的运行转速不同,且给水泵还需要通过调节转速来适应负荷的变化,因此主机与给水泵之间首先要选择合适的
10、调节装置。对于 660 MW 机组,当给水泵配置为 1100%时,由于其功率高达 26000 kW,因此调节装置无法采用传统的液力耦合器,目前可行的装置是一种称为“调速之星”的调速设备,这种集液力耦合器和行星调速齿轮于一体的设备其传递功率可高达30000 kW 以上,而且具有一般液力耦合器所不具备的优点。不过,由于调速之星要求输入转速在 15002000 r/min 之间,因为更高的输入转速对其材质要有更高的要求,否则难以保证其使用寿命,因此在汽轮机与调速之星之间需配置变速齿轮箱。如果采用 250%给水泵配置时,也可通过齿轮箱将汽机主轴功率传递给两个给水泵主轴。另外,主汽轮机、变速齿轮箱、调速
11、之星以及给水泵之间应采用膜盘联轴器连接,其中与主机连接属于刚性连接,具备一定的吸收中心线偏差能力,同时具备较强的吸收轴向膨胀的能力,见图 1。2采用主机泵的技术经济性这里,将主机同轴驱动给水泵方式的技术经济性与传统电动机驱动和小汽轮机驱动方式进行比较分析。3 个方案同为 2 台 660 MW 机组,其发电量相同,相对应的配套辅机(除给水泵组及相关配套系统外)容量相同。其中 3 种方案的配置分别为:(1)电动泵方案:电动机驱动给水泵。配置 250%容量主给水泵+50%容量的启动备用电动调速给水泵。(2)汽动泵方案:小汽轮机驱动给水泵。配置1100%容量主给水泵,不设启动备用电动调速给水泵。小汽轮
12、机配置单独的凝汽器及其真空泵组,以适应直冷机组的稳定运行。(3)主机泵方案:主机同轴驱动给水泵。配置1100%给水泵容量,为保证运行的安全可靠及加强机组启动阶段氧化皮吹扫要求,每台机组再配置一台 50%容量的启动备用电动调速给水泵。2.1初投资比较3 种方案在初投资方面的差异除了热机专业外还对供水、电气、结构专业均有所体现。初投资差异具体反映在设备费、设备基础投资、主厂房结构费用以及对管道布置费用等部分(见表 1)。表 13 种方案设备及基础投资比较(万元)设备及基础/厂房投资电动泵方案汽动泵方案主机泵方案设备费用给水泵组325412501250小汽机小汽机及配套设施2240小汽机凝汽器110
13、0小汽机机械真空泵80小汽机凝结水泵20主机泵配置调速之星、齿轮箱、联轴器5153启动及备用泵17481748电气设备400400基础及厂房投资主汽轮机基础基准+1200汽机房/除氧间建筑结构基准+1116冷却塔及循环水泵等基准+6291主机空冷岛基准-800合计5402112979751设备及基础投资比较基准+5895+4349对于供水专业,汽动泵方案由于要为小汽轮机凝汽器另设置一套循环水系统,增加了相应冷却塔及循环水泵等相关设备投资及土建费用 6291 万元。同时,由于该方案因为小汽机的用汽而主汽轮机的排汽量有所减少,因此主机空冷岛投资费用减少800 万元。对于电气专业,采用主机泵和电动泵
14、方案均需要消耗厂用电,因此除电气盘柜数量增加外,电压也需采用 10 kV 等级的。变压器、电缆等工艺设备和电动机等电气设备的投资增加约 400 万元。对于土建结构专业,3 种给水泵的配置方案除了设备基础不同之外,还对主厂房的布置格局和主厂房容积产生影响。经过对主厂房布置方案的研究,汽动泵方案因其汽机房/除氧间建筑结构使主厂房容积大于主机泵方案和电动泵方案的,因此两台机组增加厂房造价约 1116 万元。而主机泵方案因给水泵设置在汽轮机机座上,故 2 台机组相关土建费用需增加 1200 万元。2.2运行经济性比较(1)耗电量比较44电站系统工程2023 年第 39 卷对于电动泵方案,每台机组的电动
15、机耗电量为23000 kW,2 台机组耗电量共 46000 kW(表 2)。表 22660MW 机组 THA 工况耗电量与供电功率比较项目电动泵方案汽动泵方案主机泵方案机组发电功率/kW2660000耗电量电动机耗电功率/kW23000200小汽机辅助设备耗电功率/kW013100供电量年供电量/104kWh700700725279726000机组供电功率比较/kW基准+44690+46000年供电量比较 104kWh基准+24580+25300对于汽动泵方案,每台机组由于其小汽轮机需要独立的空冷冷却塔并配置循环水泵而电功率多出约 560 kW,同时小汽轮机的凝结水泵和真空泵(每台 2100配
16、置,1 运 1 备)分别增加电耗约 20 kW和 75 kW。2 台耗电量共 1310 kW。(2)供电量比较根据 3 个方案发电量相同的原则以及上述耗电量的比较,可以得到它们供电量的比较(见表 2)。以电动泵方案为基准,年利用小时为 5500 时,汽动泵方案和主机泵方案分别每年多供电 24580104kWh 和 25300104kWh。(3)煤耗比较根据汽轮机制造厂家提供的各方案热平衡图中热耗率、锅炉效率以及全年负荷分布等资料,可得到在机组发电量相同,年利用小时数均为 5500 的条件下,3 种方案 2 台机组加权平均的发电煤耗、厂用电率、供电煤耗以及年耗标煤量等数据(见表 3)。表 326
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