循环水泵选型专题研究DOC.docx
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循环水泵选型专题研究DOC
图号
版号
F0044C-S01-S04
0
温州发电厂四期“上大压小”扩建工程
初步设计
水工部分
循环水泵选型专题
浙江省电力设计院
设计证书号：
A133007109
勘察证书号：
120001-kj
2012年12月
温州发电厂四期“上大压小”扩建工程
初步设计
水工部分
循环水泵选型专题
批准：
审核：
校核：
编写：
【内容摘要】本报告针对温州发电厂四期“上大压小”扩建工程（2×660MW超超临界机组）循环冷却水系统之循环水泵的配置方案，结合汽轮机组冷端参数优化结果、不同性能与不同结构形式水泵的选型、系统的水力计算等优化计算与比较，提出循环冷却水系统循环水的优选方案：
1）循环水系统采用一机二泵扩大单元制供水方案；
2）循环水系统流量调节在一机二泵扩大单元制供水的基础上，推荐循泵双速电机方案；
3）循环水泵结构形式推荐国产立式、固定叶、可抽芯式混流泵；
4）循环水泵运行方式推荐夏季一机二泵、春秋季二机三泵、冬季一机一泵，并依据机组负荷、凝汽器背压等运行参数调整循泵的运行台数与高、低转速。
达到了循环水泵性能高、结构选型合理、运行经济调节灵活、工程投资低廉、设备备用率高的目的。
1概述
本工程建设规模为2×660MW超超临界凝汽式燃煤机组，同步建设烟气脱硫、脱硝装置。
温州发电厂位于温州市东北方向的乐清市北白象镇磐石，距温州市16公里，距乐清市中心约18公里，距柳市镇8公里，距瓯江入海口13公里。
本工程循环冷却水采用扩大单元制直流供水系统，每台660MW机组配2台循环水泵，1根压力供水管道，1根排水箱涵。
循环水系统工艺流程依次为：
取水口→钢闸门→拦污栅→旋转滤网→循环水泵→出口阀门→供水管→凝汽器→排水箱涵→虹吸井→排水箱涵→虹吸井。
循环水泵是电厂的主要辅机设备之一，其型式、数量配置及参数的选择会直接影响汽轮机组的设计背压、凝汽器冷却面积、循环水量等主要冷端设计参数，从而影响到整个汽轮机组运行的经济性与合理性，循环水泵也是电厂“能耗大户”及节能的主要对象。
循泵水泵的选型应在保证循环冷却水系统安全可靠、运行经济的前提下尽量降低工程造价，从而保证机组长期安全、经济运行。
电厂循环水泵的设计选型主要通过两个方面来确定，其一是循环水泵的结构形式，其二是循环水泵的配置及性能参数。
2循环水泵的结构形式和循环水系统水量调节
2.1循环水泵的结构形式
目前大容量机组配套的循环水泵均以立式水泵为主，而立式水泵又有干井式和湿井式之分。
两种水泵对进水流道的要求有所不同，湿井式水泵着重于吸水井的水力设计，而干井式水泵则着重于吸水弯道的水力设计。
干井式水泵安装在水泵间内，水泵通过吸水管或吸水弯道与吸水井连接，一般在吸水管上设检修隔离阀，或在吸水弯道入口处设检修闸门，水泵各部件的维护及检修均可在干燥的水泵间内进行。
卧式和立式的双吸式离心水泵是最常见的干井式水泵，立式蜗壳混流水泵亦为干井式水泵。
湿井式水泵直接安装在吸水井之上，叶轮、出水导叶及下部管筒及喇叭口均淹没于最低水位之下。
检修时可将叶轮、出水导叶、轴及下部管筒在水泵运转层上整体从上部管筒中抽出，也可设计成不可抽的，而将整台水泵从运转层吊出。
从水泵适用性来讲，立式干井式水泵对水位变化的适应性较好，但结构相对比较复杂（电机水泵需双层布置），肘管式流道的施工精度要求相对较高，比较适合于水源水位变幅较大而不适合于采用湿井式水泵的情况。
本工程循环冷却水取自瓯江海水，电厂附近水域海水水位变化幅度不大（平均高潮位2.54m，平均低潮位-1.98m，平均海平面0.3m），因此循环水泵拟以湿井式水泵作为选型对象。
2.2循环水系统水量调节
对于超大容量超高参数电厂的循环水泵来讲，循环水泵配置及性能参数的确定是循环水泵选型的关键所在。
循环水泵的特性会直接影响凝汽器的背压，即影响机组的发电量。
而循环水泵电动机的能耗与机组的微增功率有着复杂的函数关系，如果采用能适应循环水系统参数变化的泵来代替常规水泵（改变水泵性能），或者是改变运行方式（如根据循环水季节性水温变化、机组负荷变化来调整水泵的运行台数）以便在循环水水温变化或机组负荷变化时改变系统的供水流量，降低循环水泵所耗功率，就可以节约大量能源。
循环水系统的经济水量随机组负荷、循环水温和气象条件等变化而变化，所以目前已投运的电厂一般根据外部自然条件和电厂机组运行情况等对循环水系统水量进行调节。
循环水系统水量调节主要有下述几种方法：
1）通过开泵台数调节
母管制供水系统通过调节开泵台数可以较容易地调节水量。
一机两（三）泵的单元制或扩大单元制供水系统一般根据水温等在冷季少开一台或两台循环水泵来调节水量。
2）改变循环水泵Q~H特性
对于改变循环水泵Q~H特性一般采用下列三种方法：
（1）改变泵的转速（采用双速电机或变频电机）；
（2）调节前置导叶；（3）调节叶片的安装角度。
欧、美先进工业国家由于电力工业供大于求，多数电厂按DSS（DailyStart-Shutdown）日启停体制的调峰运行，特性不可调的循泵占多数，少数特性可调泵多采用第
（1）、
（2）种方法。
前苏联及我国基本采用第（3）种方法改变水泵Q~H特性。
改变泵的转速可采用双速电机或变频电机实现。
配置变频电机的循环水泵可根据机组负荷、水温，对循环水量无级调速，使得机组在各种工况下运行更经济，但大型循泵的变频装置投资很高。
配置双速电机的循环水泵增加系统运行工况，但没有变频灵活，同样须增加初期投资，但与变频比较，增加的投资较少。
调节前置导叶的方式比较适合扬程变幅较大而流量变化较小的情况。
可调叶水泵可分为动叶可调和静叶可调，有级和无级。
静叶可调水泵过去用得比较多，主要由上海水泵厂生产。
动叶无级可调水泵比较先进，可以在水泵运行过程中调节叶片角度，即可根据电力负荷、水温、水位的情况来改变水泵的流量、扬程运行特性，使得机组在各种工况下运行更经济。
3）调节水泵出口阀门
本调节方式由于会增加系统的能量损失，所以正常运行情况下，一般不采用这种节流方式。
3循环水泵型式及配置方案
3.1本工程循环水泵可能的配置方案
大型燃煤机组的循泵配置台数基本为一台机组配两台或者三台循泵，可采用单元制或采用扩大单元制，水泵叶片分固定叶和可调叶两种，固定叶中可配定速、双速或者变频电机，产品可国产或者进口。
本工程为2×660MW燃煤机组，循环冷却水系统采用直流供水系统，一台机组拟配两台循环水泵。
对600MW机组配2×50%容量的国产循环水泵是一个常规配置方案，不管直流系统还是二次循环系统，国内电厂基本均采用此种配置，如600MW机组采用二次循环系统的兰溪电厂、凤台电厂等；直流系统的乌沙山电厂、乐清电厂等。
运行情况均成熟、平稳、可靠。
因此，本次投标设计按一台机组配两台国产循环水泵考虑。
循环水泵可能的配置方案见下表：
循环水泵可能的配置方案表
循泵数量
系统型式
叶片型式
循泵转速
生产厂
备注
一机两泵
扩大单元制
固定叶
定速
国产
双速
国产
变频
国产
可调叶
定速
国产
进口
单元制
固定叶
定速
国产
双速
国产
变频
国产
可调叶
定速
国产
进口
1）关于进口
对600MW机组配2×50%容量的循环水泵固定叶方案，国产技术和产品质量已非常成熟，且有大量运行业绩。
因此，本方案不需要进口。
对可调叶片泵方案，本工程为大容量机组，将在系统中承担基本负荷，安全运行显得尤为重要。
按目前国内大型水泵的生产情况分析，如采用动叶可调水泵必将采用进口水泵。
2）关于变频
众所周知，采用变频方案肯定能更好的适应机组负荷、水温、水位的变化，调节水泵的运行方式，从而节约厂用电。
参考其他类似工程，对一机两泵方案，若采用变频方案（一台工频、一台变频），每台机组循环水系统年运行费可节省约18万元左右。
但据了解，大功率电动机的变频装置价格非常昂贵，经初步询价，对一机两泵方案，每套变频装置的价格约235～345万元。
折合年费用值为29.8～43.8万元，远高于节约的厂用电费用。
且循环水量的调节还可通过水泵运行台数、双速电机和调节叶片角度等方面实现，因此，变频方案不推荐。
3）关于叶片调节
我国自80年代初从日本引进第一台动叶可调循环水泵（1983年宝钢自备电厂2×350MW机组，共四台循环水泵），至长沙水泵厂生产第一台动叶可调叶水泵（1985年龙口电厂2×100MW机组，共六台水泵）及上海水泵厂生产第一台静叶可调叶水泵（1987年石洞口电厂一期4×300MW机组，共八台循环水泵），我国电厂已经运行了约60余台动叶可调水泵。
从运行情况来看有好有坏。
运行较好的如宝钢自备电厂，建立了循环水系统的数学模型及自控系统，循环水泵可根据电力负荷、水温及水位来调节循环水泵的流量、扬程。
运行尚可的如北仑电厂、嘉兴电厂及外高桥电厂，按季节（或按水温）调节动叶角度。
运行不太好的电厂，把循环水泵调节机构拆了，把可调叶水泵改成了固定叶水泵。
从目前国内可调叶泵工程应用的调查分析情况看，可调叶泵均在直流循环供水系统、且水位（或潮位）变幅较大的环境中应用。
可调叶泵由于其叶片调节机构、调节程序较为复杂，正常使用情况下的运行、维护工作量就很大，且大大增加了循泵的检修几率。
可调叶泵运行情况较好的水泵均为进口水泵，国产可调叶水泵都不同程度地存在这样或那样的问题，且目前均配套在300MW及以下机组。
从可调叶水泵使用的经济性来讲，根据有关方面的分析，一般来讲，当循泵前池水位（潮位）变幅大、机组运行负荷及水温变幅较大，在控制方式上采用智能化自动无级调节的情况下，可调叶水泵的经济性才比较显著。
对本工程，可调叶水泵需进口，一机二泵扩大单元制方案运行已比较灵活，从节约工程投资的角度考虑，故不再考虑叶片可调泵方案。
3.2循环水泵型式及配置方案
3.2.1定性分析
结合国内已投运电厂的实际情况和国内、外循泵制造商的生产能力，对上述可能的配置方案，经过初步筛选，对本工程，可进行方案比选的循环水泵配置方案见下表，各方案的运行方式和特点定性分析如下：
方案
循环水泵数量、型式
及系统配置
运行方式及特点
推荐情况
1
一机两泵（定速）
（固定叶泵、扩大单元制）
夏季采用一机两泵运行，春、秋季采用两机三泵运行，冬季采用一机一泵运行；低负荷时可采用两机三泵或两机两泵运行。
本方案运行灵活性、经济性好，运行可靠性较高。
本方案两台机组之间设联络管联络。
可推荐
2
一机两泵（双速）
（固定叶泵、扩大单元制）
运行方式基本同方案1，增加高、低速配置运行方案。
较方案1运行更灵活、经济性更好；运行可靠性较高。
本方案循泵配套电机为双速电机，初期投资增加约80万元；高低速切换较复杂。
本方案两台机组之间设联络管联络。
可推荐
根据初步分析结果，确定上述二个方案进行较为详细的经济比较。
3.2.2流量系数
经与国内某水泵生产厂家联系，根据本工程的具体情况，水泵厂提供了初步的水泵特性曲线（一机两泵，高、低速配置）。
为充分优化循环水系统配置，对循环水泵的运行方式进行了各种可能的方案组合，绘制管路阻力曲线和水泵并联运行特性曲线，通过计算、绘图，得出各种组合方案的流量系数，详见下表：
各种组合方案的流量系数
循泵数量
运行组合
（每台机组）
流量（m3/s）
运行点扬程
（m）
流量系数
（%）
高速泵
低速泵
总流量
两机四泵
2台高速并联
9.50
19.00
25.30
100.0
1高1低并联
10.86
6.25
17.11
23.03
90.1
2台低速运行
7.74
15.47
21.55
81.4
两机三泵
1.5台高速并联
10.93
16.39
22.50
86.3
1高0.5低并联
11.56
7.56
15.34
21.42
80.7
0.5高1低并联
11.16
8.91
14.49
20.69
76.3
1.5台低速并联
9.17
13.76
20.14
72.4
两机两泵
1台高速运行
12.29
12.29
19.04
64.7
05高0.5低并联
12.33
10.19
11.26
18.26
59.3
1台低速运行
10.44
10.44
17.65
54.9
3.2.3循环水泵可推荐方案的经济比较
3.2.3.1静态投资
通过对各方案的运行方式和特点进行分析，确定四个方案比较适合本工程的运行情况，对两个方案进行进一步的经济比较，各方案的静态投资比较见下表：
各方案的静态投资比较表
方案
循环水泵数量、型式及配置
投资差价（万元）
排名
设备投资
土建投资
合计
1
一机两泵（定速）
（固定叶泵、扩大单元制）
0
0
0
1
2
一机两泵（双速）
（固定叶泵、扩大单元制）
80
0
80
2
说明：
双速泵方案按四台水泵全部配双速电机考虑。
在上表中，造成投资差值的主要原因为双速电机的原因。
3.2.3.2年总费用（投资与年运行费）的综合比较
根据循环水系统优化计算结果（详见循环冷却水系统冷端优化专题报告），各方案的年总费用经济比较见下表：
年总费用经济比较表
方案
循环水泵数量、型式及系统配置
冷却倍率
年总费用差值（万元）
排名
总费用
差值
1
一机两泵（定速）
（固定叶泵、扩大单元制）
65
2043.42
2.65
2
2
一机两泵（双速）
（固定叶泵、扩大单元制）
65
2040.77
0
1
说明：
1）双速泵方案按四台水泵全部配双速考虑。
2）电厂运行小时按5500计；电费按发电成本0.31元计。
3）年分摊费：
按火力发电厂水工设计规范，经济使用年限取20年、投资回
收率取10%考虑，即资金回收系数为0.117，年固定分摊率为0.142。
从上表中可以看出，双速泵方案明显优于定速泵方案。
3.3循环水泵配置推荐方案
技术上，采用双速泵方案运行更加灵活，能更好的适应机组负荷和水温的变化。
经济上，在初期投资方面：
双速泵方案略高于定速泵方案，但相差不大；在年总费用方面：
配双速电机较省。
综上所述，本工程设计拟推荐采用一机两泵、国产固定叶、配双速泵、扩大单元制系统。
4循环水泵容量、运行方式
根据上述经济、技术比较，本工程循环水泵的推荐配置方案采用：
一机两泵、国产固定叶、扩大单元制、双速水泵。
根据循环冷却水系统冷端优化计算结果，本方案的冷却倍率为65倍，凝汽器面积为39000m2。
循环水泵设计参数如下：
a）夏季，一机两泵运行
每台机组的循环水量为21.1m3/s
循环水泵Q=10.54m3/s，H=18.90m
b）春、秋季，按两机三泵运行考虑
每台机组的循环水量为18.41m3/s
循环水泵Q=12.28m3/s，H=15.9m
c）冬季，一机一泵运行
每台机组的循环水量为14.16m3/s
循环水泵Q=14.16m3/s，H=11.50m
夏季满负荷时两台机组四台循泵运行；其他季节或低负荷时，可开三泵或两泵，同时可进行高、低速切换运行，节约厂用电。
除夏季外，有一台或两台循泵处于备用状态，完全可以满足电厂运行和检修的需要。
5结论
通过对本工程循环水泵型式、数量及系统配置的技术、经济比较，从经济适用、安全可靠的角度进行综合分析，结论如下：
5.1对本工程，配置变频水泵的方案初期投资太高；
5.2对本工程，配置可调叶泵方案的经济性较差；
5.3对本工程，一台机组配置两台国产、固定叶循环水泵、双速电机、系统采用扩大单元制的运行方式是一个可行、可靠、经济的技术方案。
5.4循环水泵容量和运行方式如下
1）两台机组配置四台循环水泵；
2）循泵结构型式：
立式、固定叶、可抽芯式混流泵；
3）循环水系统采用扩大单元制供水系统；
4）循环水泵配套电机采用双速电机；
5）夏季满负荷时两台机组四台循泵运行；其他季节或低负荷运行时，可据运行需要确定开三泵或者两泵，同时可进行高、低速切换运行，从而节约厂用电；
6）除夏季外，有一台或者两台循环水泵处于备用状态，能满足电厂运行和检修的需要；
7）循环水泵设计参数
夏季，一机两泵运行
循环水泵Q=10.54m3/s，H=18.9m
春、秋季，按两机三泵运行考虑
循环水泵Q=12.28m3/s，H=15.9m
冬季，一机一泵运行
每台机组的循环水量为14.16m3/s
循环水泵Q=14.16m3/s，H=11.50m
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