给水泵选型优化专题报告
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目 录
1. 前言
2. 300MW 等级机组给水泵参比对象的确定
3. 技术方案对初投资的影响
4. 技术方案对运行及检修费用影响的分析
5. 三方案设备比较
6. 技经条件比较
7. 结论
1. 前言
由于长期存在的水与煤资源的矛盾，在北方地区推广大容量空冷机组，对于我国利用有限的水资源，促进电力工业的稳定发展有重要意义。深入地研究空冷发电技术，以满足电厂安全稳定运行，降低工程造价和运行费用，让投资者获得最大的收益是十分必要的。
锅炉给水泵是电厂中重要的辅机设备之一，投资在全厂辅机中占有相当大的比例。同时给水泵的功率很大，运行费用较高，合理的选择给水泵的驱动型式对于整个发电厂的造价及安全经济运行起着非常重要的作用。
本文以国产300MW 等级亚临界直接空冷机组为模型，对锅炉给水泵的汽动和电动两种驱动方式的配置进行了技术经济比较。
2.300MW 等级机组给水泵参比对象的确定
2.1湿冷300MW 等级机组给水泵的配置方案
目前湿冷机组给水泵配置方式如下：
(1)3×50%的电动给水泵
(2)2×50%的汽动给水泵+1×30%的电动给水泵
(3)1×100%的汽动给水泵+1×30%的电动给水泵
2.2空冷300MW 等级机组给水泵的配置方案
目前投运的空冷300MW 等级机组大多采用了电动给水泵的驱动方式，且大多采用3×50%的电动给水泵方案。
根据我们了解的情况，目前还没有空冷300MW 等级机组采用汽动给水泵的方案，空冷600MW 机组仅有大唐托克托电厂三期空冷机组，配置了2×50%的汽动给水泵（湿冷小机）+1×30%的电动给水泵。
汽动泵驱动方式根据小机排汽的冷却方式又可分为湿冷、直接空冷和间接空冷三种。
(1)小汽轮机采用湿冷方案，一般可与辅机共设一套冷却水系统，小汽轮机较常规湿冷机组基本没有变化，对主机影响不大；
(2)小汽机采用直接空冷方案，排汽直接进入主汽轮机空冷装置，使得小汽轮机背压比主汽轮机更高，末级变工况范围大，尾部运行条件恶劣，小汽轮机末级叶片的设计难度比湿冷大，另外还必须增设非启动用的喷水装置与背压保护装置，小汽轮机的结构设计需要按照空冷特点设计，目前国内还没有较为成熟的机型和运行经验。我们认为从技术的合理性、可靠性考虑，不采用此方案。
(3)小汽轮机采用间接空冷方案：一方面，小汽轮机的背压随间冷塔背压的变化而变化，在间冷塔背压升高的时候，为了满足锅炉给水流量、扬程的要求，需要进一步加大进汽量，于此同时，主汽轮机本身也需要加大进汽量，这样会使主汽轮机负荷波动，造成调节困难。另一方面，小汽轮机的有效焓降为中压缸排汽与低压缸排汽的焓差，焓降不大，而间冷塔背压变化幅度较大且相当频繁，排汽焓的大幅度变动对其影响太大，要求小汽机末级的排汽面积较大。
2.3对象的确定
综上所述，本文选择了以下三种配置方案作为参比对象，并主要针对300MW 等级空冷机组的一些特点进行分析和比较。
(1)3×50%的电动给水泵方案；
(2)2×50%的汽动给水泵（湿冷）+1×30%的电动给水泵方案
(3)2×50%的汽动给水泵（间冷）+1×30%的电动给水泵方案
3. 技术方案对初投资的影响
3.1热力系统比较
3×50%的电动给水泵方案系统简单，有利于增加主机末级流量，改善极高背压下的小容量流量工况的性能。电动给水泵方案系统简单，不需要暖机时间，运行灵活可靠，检修维护工作量比汽动泵低，初投资低，但厂用电耗较高。
2×50%的汽动给水泵（间冷）+1×30%的电动给水泵方案，两台间冷小机拟各带一台表面式凝汽器。按每台机组50t/h排汽量计算，供水提供的循环冷却水量每台机组约需3000t/h（外设冷却塔）。此方案系统最复杂并存在以下问题：间冷小机排汽间冷塔是否与辅机冷却水冷却塔合并。若合并采用间冷塔，则厂房内辅机冷却水量3200t/h需用大闭式，考虑夏季背压较高时，此间冷塔需很大的面积；若仅间冷小机采用间冷塔，而辅机冷却水（水量3200t/h）采用湿冷机力冷却塔，影响占地面积，系统进一步复杂。
2×50%的汽动给水泵（湿冷）+1×30%的电动给水泵方案，两台湿冷小机拟各带一台表面式凝汽器，与空冷机组相比不需设排汽真空蝶阀。按每台机组50t/h排汽量计算，供水提供的循环冷却水量每台凝汽器约需3000t/h。循环冷却水与辅机冷却水合并设一座湿冷塔，系统与间冷小机方案相比稍简单。
3.2布置及安装方案比较
3.2.1主要尺寸比较
从主厂房布置来看，汽泵方案主厂房跨度国内常规为32米，而电泵方案可以按30米考虑。故汽泵方案主厂房体积会大于电泵方案。
3.2.2安装情况
电泵基础及施工安装最简单，汽泵方案（湿冷）及汽泵（空冷）都很复杂。
3.2.3控制系统的比较
3.2.4.1对锅炉的影响
本工程机组参数为亚临界空冷机组，目前350MW 锅炉的最大连续蒸发量为1165t/h，采用电动泵方案，额定出力为350MW 。如采用汽泵方案，锅炉容量不变，机组额定出力将小于要求为350MW 。如要求机组额定出力350MW ，则锅炉容量需要增加。
3.2.4.2对汽轮机的影响
采用汽泵方案（湿冷）或间冷方案，由于采用中间抽汽来驱动小机，通过低压转子的汽量减少，空冷机组背压较高，尾部运行条件恶劣。
3.2.5对小机冷却塔影响的比较
采用电泵方案，厂内3200t/h辅机冷却水采用机力塔方式冷却。
采用汽泵（湿冷）方案，厂内3200t/h辅机冷却水与小机3000t/h冷却水合建一座湿冷塔。
采用汽泵（间冷）方案，厂内3200t/h辅机冷却水与小机3000t/h冷却水合建一座间冷塔或分别各建一座间冷塔及一座机力湿冷塔。
三方案技术对初投资影响的比较在后面论述。
4. 技术方案对运行及检修费用影响的分析
4.1电费用的对比
采用汽泵、电泵效率法比较，首先设定比较条件：
(1)三个方案所配套的锅炉最大连续蒸发量相同；
(2)三个方案除去厂用电后，所输出的上网电量基本相同；
(3)三个方案所配套的汽机VWO 工况下的出力不同，汽泵(湿冷) 、汽泵(间冷) 相同，电泵方案出力要比汽泵方案多发出电泵所耗的厂用电。
几年前，对电泵和汽泵方案，与汽机厂一同调研和计算，得出结果：汽泵方案比电泵方案整体节约的电能为：给水泵功率的9%～10%之间，不同的机型虽有不同，但基本在此范围内。
所以本工程取系数为10%；给水泵轴功率为6000KW 。
∆P =2⨯0. 1⨯6000kW =1200kW （每台机组配置两台汽泵）
本工程，年运行小时数为7000h ，上网电价为0.382元/kWh。
全年节约电量=1200kW×7000h=8.4×106kWh
节电全年收益=全年节约电量×上网电价=320.88万元
由上述结果可以看出，实际收益多少与上网电价关系密切。若上网电价高，则采用汽泵方案实际收益高；若上网电价低，则采用汽泵方案实际收益低。
4.2水量费用对比
三方案用水量的不同直接影响运行费用差异：只比较因采用汽泵后小机排汽引起冷却水量的变化，只有这样比较基准线才能拉齐。
(1)电泵方案中，仅有全厂辅机冷却水约为3200t/h，定为基准线。
(2)汽泵(湿冷) 方案，因小机排汽引起循环水量的增加为3000t/h。由于循环水量的增加，通过冷却塔散热后的蒸发，风吹损失相应增加，全厂补水增加。按照1.5%的蒸发和风吹损失计算，汽泵(湿冷) 方案比电泵方案增加约45t/h的水量损失。
按照年运行7000小时计算，水价按7元计算。
汽泵(湿冷) 方案年运行水量费用增加约为：
∆m year =7000⨯45⨯7=220. 5万元/年（每台机组）
(3)汽泵(间冷) 方案，补水量与汽泵（湿冷）方案相同。
4.3检修费用
日常的检修维护费由于无统计资料，但汽动给水泵系统较电动给水泵复杂，汽动给水泵组日常检修维护费高于电动给水泵组。根据经验，每台机组汽动给水
泵方案比电动给水泵方案每年维修费用多35万元/年。
4.4安全可靠性对比
汽动给水泵在启动和低负荷时需要进行切换汽源，系统相对复杂，运行操作也比较复杂。30%电动给水泵一般仅作为启动用，而在运行成熟的电厂，机组启动和滑压降负荷时均用汽动给水泵而不用切换电动给水泵。30%电动给水泵若只作为备用泵，则此时机组只能承担80~90%负荷。另外小汽轮机的进汽参数也会随着主汽轮机背压变化而昼夜变化，运行调节频繁。
电动给水泵方案系统简单，操作方便，能够快速启动，不但能满足带基本符合的运行要求，同时也能满足机组调峰运行时灵活调节的要求。机组备用一台50%容量给水泵，给水泵事故时，可以满发。另外电动给水泵运行不受主汽轮机背压变化的影响。
所以，在安全可靠性上电动给水泵方案优于汽动给水泵方案。
5. 三方案设备比较
6. 技经条件比较
6.1初投资的比较（每台机组）
(1)就初投资而言，电泵方案最小，汽泵（湿冷）次之，汽泵（间冷）最大。以电泵方案为基准，汽泵（湿冷小机）方案需多投资1965万元，汽泵（间冷小机）需多投资2964万元。
(2)汽泵（间冷）方案较电泵方案增加固定资产投资约2964万元，若按年利率6.12%及18年的还贷期限考虑（本息等额偿还），每年需偿还本息275万元。
汽泵（湿冷）方案较电泵方案增加固定资产投资约1965万元，若按年利率
6.12%及18年的还贷期限考虑（本息等额偿还），每年需偿还本息182万元。
(3)汽泵（间冷）方案较电泵方案增加投资2964万元，大修期提存费每年需增加94万元。
汽泵（湿冷）方案较电泵方案增加投资1965万元，大修期提存费每年需增加75万元。
6.2年运行费用的比较（每台机组）
6.2.1汽泵（湿冷）与电泵的收益比较
汽泵(湿冷) 方案因为初投资大，多耗用了水，实际运行成本要高于电动给水泵，但是同时节约了电，通过计算，实际年收益低于电动给水泵。根据电厂的实际情况及年还贷金额，年收益上计算如下：
182+220.5+35+75-320.88=191.62万元
电泵方案收益比汽泵（湿冷）方案收益增加约192万元/年。
6.2.2汽泵（间冷）与电泵的收益比较
汽泵(间冷) 方案因为初投资大，多耗用了水，实际运行成本要高于电动给水泵，但是同时节约了电，通过计算，实际年收益低于电动给水泵。根据电厂的实际情况及年还贷金额，年收益上计算如下：
275+220.5+35+94-320.88=303.62万元
电泵方案收益比汽泵（间冷）方案收益增加约304万元/年。
6.3本工程远景规划收益比较
本期工程为5台350MW 亚临界空冷机组，远景规划17台亚临界350MW 空冷
7. 结论
从技术上讲，电泵方案运行灵活、简单、检修维护工作量小、整体寿命长；从经济性上讲，电泵方案收益远好于汽泵（间冷）方案和汽泵（湿冷）方案。以上论述没有考虑采用电泵可以压缩主厂房体积，如果采用电泵，汽机房跨距按30米考虑，可一次性节约土建费用约75万元（每台机组）。根据电厂的实际情况以及以上结论，本工程推荐采用3×50%的电泵方案。
新疆东方希铝电厂基建办
2011年5月23日
给水泵选型优化专题报告
批准：：
审核：：
校核：：
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目 录
1. 前言
2. 300MW 等级机组给水泵参比对象的确定
3. 技术方案对初投资的影响
4. 技术方案对运行及检修费用影响的分析
5. 三方案设备比较
6. 技经条件比较
7. 结论
1. 前言
由于长期存在的水与煤资源的矛盾，在北方地区推广大容量空冷机组，对于我国利用有限的水资源，促进电力工业的稳定发展有重要意义。深入地研究空冷发电技术，以满足电厂安全稳定运行，降低工程造价和运行费用，让投资者获得最大的收益是十分必要的。
锅炉给水泵是电厂中重要的辅机设备之一，投资在全厂辅机中占有相当大的比例。同时给水泵的功率很大，运行费用较高，合理的选择给水泵的驱动型式对于整个发电厂的造价及安全经济运行起着非常重要的作用。
本文以国产300MW 等级亚临界直接空冷机组为模型，对锅炉给水泵的汽动和电动两种驱动方式的配置进行了技术经济比较。
2.300MW 等级机组给水泵参比对象的确定
2.1湿冷300MW 等级机组给水泵的配置方案
目前湿冷机组给水泵配置方式如下：
(1)3×50%的电动给水泵
(2)2×50%的汽动给水泵+1×30%的电动给水泵
(3)1×100%的汽动给水泵+1×30%的电动给水泵
2.2空冷300MW 等级机组给水泵的配置方案
目前投运的空冷300MW 等级机组大多采用了电动给水泵的驱动方式，且大多采用3×50%的电动给水泵方案。
根据我们了解的情况，目前还没有空冷300MW 等级机组采用汽动给水泵的方案，空冷600MW 机组仅有大唐托克托电厂三期空冷机组，配置了2×50%的汽动给水泵（湿冷小机）+1×30%的电动给水泵。
汽动泵驱动方式根据小机排汽的冷却方式又可分为湿冷、直接空冷和间接空冷三种。
(1)小汽轮机采用湿冷方案，一般可与辅机共设一套冷却水系统，小汽轮机较常规湿冷机组基本没有变化，对主机影响不大；
(2)小汽机采用直接空冷方案，排汽直接进入主汽轮机空冷装置，使得小汽轮机背压比主汽轮机更高，末级变工况范围大，尾部运行条件恶劣，小汽轮机末级叶片的设计难度比湿冷大，另外还必须增设非启动用的喷水装置与背压保护装置，小汽轮机的结构设计需要按照空冷特点设计，目前国内还没有较为成熟的机型和运行经验。我们认为从技术的合理性、可靠性考虑，不采用此方案。
(3)小汽轮机采用间接空冷方案：一方面，小汽轮机的背压随间冷塔背压的变化而变化，在间冷塔背压升高的时候，为了满足锅炉给水流量、扬程的要求，需要进一步加大进汽量，于此同时，主汽轮机本身也需要加大进汽量，这样会使主汽轮机负荷波动，造成调节困难。另一方面，小汽轮机的有效焓降为中压缸排汽与低压缸排汽的焓差，焓降不大，而间冷塔背压变化幅度较大且相当频繁，排汽焓的大幅度变动对其影响太大，要求小汽机末级的排汽面积较大。
2.3对象的确定
综上所述，本文选择了以下三种配置方案作为参比对象，并主要针对300MW 等级空冷机组的一些特点进行分析和比较。
(1)3×50%的电动给水泵方案；
(2)2×50%的汽动给水泵（湿冷）+1×30%的电动给水泵方案
(3)2×50%的汽动给水泵（间冷）+1×30%的电动给水泵方案
3. 技术方案对初投资的影响
3.1热力系统比较
3×50%的电动给水泵方案系统简单，有利于增加主机末级流量，改善极高背压下的小容量流量工况的性能。电动给水泵方案系统简单，不需要暖机时间，运行灵活可靠，检修维护工作量比汽动泵低，初投资低，但厂用电耗较高。
2×50%的汽动给水泵（间冷）+1×30%的电动给水泵方案，两台间冷小机拟各带一台表面式凝汽器。按每台机组50t/h排汽量计算，供水提供的循环冷却水量每台机组约需3000t/h（外设冷却塔）。此方案系统最复杂并存在以下问题：间冷小机排汽间冷塔是否与辅机冷却水冷却塔合并。若合并采用间冷塔，则厂房内辅机冷却水量3200t/h需用大闭式，考虑夏季背压较高时，此间冷塔需很大的面积；若仅间冷小机采用间冷塔，而辅机冷却水（水量3200t/h）采用湿冷机力冷却塔，影响占地面积，系统进一步复杂。
2×50%的汽动给水泵（湿冷）+1×30%的电动给水泵方案，两台湿冷小机拟各带一台表面式凝汽器，与空冷机组相比不需设排汽真空蝶阀。按每台机组50t/h排汽量计算，供水提供的循环冷却水量每台凝汽器约需3000t/h。循环冷却水与辅机冷却水合并设一座湿冷塔，系统与间冷小机方案相比稍简单。
3.2布置及安装方案比较
3.2.1主要尺寸比较
从主厂房布置来看，汽泵方案主厂房跨度国内常规为32米，而电泵方案可以按30米考虑。故汽泵方案主厂房体积会大于电泵方案。
3.2.2安装情况
电泵基础及施工安装最简单，汽泵方案（湿冷）及汽泵（空冷）都很复杂。
3.2.3控制系统的比较
3.2.4.1对锅炉的影响
本工程机组参数为亚临界空冷机组，目前350MW 锅炉的最大连续蒸发量为1165t/h，采用电动泵方案，额定出力为350MW 。如采用汽泵方案，锅炉容量不变，机组额定出力将小于要求为350MW 。如要求机组额定出力350MW ，则锅炉容量需要增加。
3.2.4.2对汽轮机的影响
采用汽泵方案（湿冷）或间冷方案，由于采用中间抽汽来驱动小机，通过低压转子的汽量减少，空冷机组背压较高，尾部运行条件恶劣。
3.2.5对小机冷却塔影响的比较
采用电泵方案，厂内3200t/h辅机冷却水采用机力塔方式冷却。
采用汽泵（湿冷）方案，厂内3200t/h辅机冷却水与小机3000t/h冷却水合建一座湿冷塔。
采用汽泵（间冷）方案，厂内3200t/h辅机冷却水与小机3000t/h冷却水合建一座间冷塔或分别各建一座间冷塔及一座机力湿冷塔。
三方案技术对初投资影响的比较在后面论述。
4. 技术方案对运行及检修费用影响的分析
4.1电费用的对比
采用汽泵、电泵效率法比较，首先设定比较条件：
(1)三个方案所配套的锅炉最大连续蒸发量相同；
(2)三个方案除去厂用电后，所输出的上网电量基本相同；
(3)三个方案所配套的汽机VWO 工况下的出力不同，汽泵(湿冷) 、汽泵(间冷) 相同，电泵方案出力要比汽泵方案多发出电泵所耗的厂用电。
几年前，对电泵和汽泵方案，与汽机厂一同调研和计算，得出结果：汽泵方案比电泵方案整体节约的电能为：给水泵功率的9%～10%之间，不同的机型虽有不同，但基本在此范围内。
所以本工程取系数为10%；给水泵轴功率为6000KW 。
∆P =2⨯0. 1⨯6000kW =1200kW （每台机组配置两台汽泵）
本工程，年运行小时数为7000h ，上网电价为0.382元/kWh。
全年节约电量=1200kW×7000h=8.4×106kWh
节电全年收益=全年节约电量×上网电价=320.88万元
由上述结果可以看出，实际收益多少与上网电价关系密切。若上网电价高，则采用汽泵方案实际收益高；若上网电价低，则采用汽泵方案实际收益低。
4.2水量费用对比
三方案用水量的不同直接影响运行费用差异：只比较因采用汽泵后小机排汽引起冷却水量的变化，只有这样比较基准线才能拉齐。
(1)电泵方案中，仅有全厂辅机冷却水约为3200t/h，定为基准线。
(2)汽泵(湿冷) 方案，因小机排汽引起循环水量的增加为3000t/h。由于循环水量的增加，通过冷却塔散热后的蒸发，风吹损失相应增加，全厂补水增加。按照1.5%的蒸发和风吹损失计算，汽泵(湿冷) 方案比电泵方案增加约45t/h的水量损失。
按照年运行7000小时计算，水价按7元计算。
汽泵(湿冷) 方案年运行水量费用增加约为：
∆m year =7000⨯45⨯7=220. 5万元/年（每台机组）
(3)汽泵(间冷) 方案，补水量与汽泵（湿冷）方案相同。
4.3检修费用
日常的检修维护费由于无统计资料，但汽动给水泵系统较电动给水泵复杂，汽动给水泵组日常检修维护费高于电动给水泵组。根据经验，每台机组汽动给水
泵方案比电动给水泵方案每年维修费用多35万元/年。
4.4安全可靠性对比
汽动给水泵在启动和低负荷时需要进行切换汽源，系统相对复杂，运行操作也比较复杂。30%电动给水泵一般仅作为启动用，而在运行成熟的电厂，机组启动和滑压降负荷时均用汽动给水泵而不用切换电动给水泵。30%电动给水泵若只作为备用泵，则此时机组只能承担80~90%负荷。另外小汽轮机的进汽参数也会随着主汽轮机背压变化而昼夜变化，运行调节频繁。
电动给水泵方案系统简单，操作方便，能够快速启动，不但能满足带基本符合的运行要求，同时也能满足机组调峰运行时灵活调节的要求。机组备用一台50%容量给水泵，给水泵事故时，可以满发。另外电动给水泵运行不受主汽轮机背压变化的影响。
所以，在安全可靠性上电动给水泵方案优于汽动给水泵方案。
5. 三方案设备比较
6. 技经条件比较
6.1初投资的比较（每台机组）
(1)就初投资而言，电泵方案最小，汽泵（湿冷）次之，汽泵（间冷）最大。以电泵方案为基准，汽泵（湿冷小机）方案需多投资1965万元，汽泵（间冷小机）需多投资2964万元。
(2)汽泵（间冷）方案较电泵方案增加固定资产投资约2964万元，若按年利率6.12%及18年的还贷期限考虑（本息等额偿还），每年需偿还本息275万元。
汽泵（湿冷）方案较电泵方案增加固定资产投资约1965万元，若按年利率
6.12%及18年的还贷期限考虑（本息等额偿还），每年需偿还本息182万元。
(3)汽泵（间冷）方案较电泵方案增加投资2964万元，大修期提存费每年需增加94万元。
汽泵（湿冷）方案较电泵方案增加投资1965万元，大修期提存费每年需增加75万元。
6.2年运行费用的比较（每台机组）
6.2.1汽泵（湿冷）与电泵的收益比较
汽泵(湿冷) 方案因为初投资大，多耗用了水，实际运行成本要高于电动给水泵，但是同时节约了电，通过计算，实际年收益低于电动给水泵。根据电厂的实际情况及年还贷金额，年收益上计算如下：
182+220.5+35+75-320.88=191.62万元
电泵方案收益比汽泵（湿冷）方案收益增加约192万元/年。
6.2.2汽泵（间冷）与电泵的收益比较
汽泵(间冷) 方案因为初投资大，多耗用了水，实际运行成本要高于电动给水泵，但是同时节约了电，通过计算，实际年收益低于电动给水泵。根据电厂的实际情况及年还贷金额，年收益上计算如下：
275+220.5+35+94-320.88=303.62万元
电泵方案收益比汽泵（间冷）方案收益增加约304万元/年。
6.3本工程远景规划收益比较
本期工程为5台350MW 亚临界空冷机组，远景规划17台亚临界350MW 空冷
7. 结论
从技术上讲，电泵方案运行灵活、简单、检修维护工作量小、整体寿命长；从经济性上讲，电泵方案收益远好于汽泵（间冷）方案和汽泵（湿冷）方案。以上论述没有考虑采用电泵可以压缩主厂房体积，如果采用电泵，汽机房跨距按30米考虑，可一次性节约土建费用约75万元（每台机组）。根据电厂的实际情况以及以上结论，本工程推荐采用3×50%的电泵方案。
新疆东方希铝电厂基建办
2011年5月23日