摘要：本文以50MW抽汽背压式热电联产机组的给水泵驱动方式为研究视角，针对方案选择与系统的优化展开分析讨论。
关键词：抽汽背压式；热电联产机组；给水泵；驱动方式
前言：随着科学发展观的深化落实，如何实现热力发电厂的节能减排已经成为集中关注的问题，所以50MW抽汽背压式热电联产机组得到广泛应用，如何在应用的过程中对给水泵驱动方式进行优化是关键所在。
1 案例简介
本文以一个新建的4*50MW发电机组为例展开探讨分析，该发电机组的配置如下：在机组当中含有4台锅炉、4台汽轮机，其中锅炉的类型属于高温高压的燃汽式锅炉，出口的蒸汽参数是10.11 MPa/540 ℃；其中汽轮机是利用高温高压蒸汽的抽汽背压式汽轮机，进汽参数是 9.1 MPa/535 ℃，二级加热器抽汽，外供热蒸汽为 3.3MPa的可调整抽汽和0.981 MPa 的汽轮机排汽，额定供热量别为 162.5 t/h和167.2 t/h。
2 驱动方案
2.1 给水泵方案
为了确保驱动方案的经济性以及在运行过程中的安全性与可靠性，该机组设计的过程中利用了切换母管的方式实施给水，所以每一台给水泵的出力与所使用到的锅炉的容量都是互相吻合的。在整个机组当中的每一台给水泵的流量都限定在了所使用锅炉容量的110%，也就是523 t/h，在设计当中将扬程限定在了约为1670m。综合考虑到给水泵在实际工作中的工作效率以及可以实现连接的效能，将给水泵的输入功率限定在了2700KW。因此，给水泵系统的设计方案可以具有以下两大类型：其一就是在每台机组当中配备一台电动式的给水泵；其二就是在每台机组上配备一台汽动式的给水泵。
2.2 来源选择
结合汽轮机的蒸汽来源不同，可以将驱动蒸汽分为三大类型：其一是高压式的蒸汽；其二是中压式的蒸汽；其三是低压式的蒸汽。其中高压式的蒸汽的来源是锅炉出口处的主流蒸汽；中压式的蒸汽主要来自于可调整的抽汽；低压式的蒸汽主要来自于汽轮机工作过程中的排汽。结合机组运行过程中蒸汽的去向是不同的，我们又可以设置出如表1所示的方案。
表1 汽动给水泵驱动蒸汽方案表
对表1中所示的方案进行初步分析，可得出以下结论：
如果在设计的过程中将锅炉的8.83MPa主蒸汽作为给水泵的动力，那么高压的蒸汽管道以及给水泵缸体的材料都必须是合金钢材料，这样就会使得所需要的成本大大增加，尤其本案例当中的给水泵汽轮机排汽是3.3MPa的型号，所以其在工作当中所排出的汽压是比较高的，这就容易导致汽缸壁的厚度过大等问题的出现，从而对设备的生产带来一定的困难，那么就使得该方案的经济性明显匮乏。
如果可调整抽汽作为驱动蒸汽，那么排汽是0.98MPa的情况下，蒸汽的焓降就会比较小，从而导致所需要的汽量大大提升，这样一来设计方案的经济性也明显不足；如果在排汽值是0.2MPa的情况下，虽然蒸汽的焓降会比较大，但是工作当中的蒸汽数量会明显减少，这样一来就足以供除氧器的用汽。
对表1当中所示的全部驱动方案进行热耗层面的计算，可以发现五种方案之间在热耗层面的差别是很小的。基于此情况，为了全面保证机组能够在实践当中安全稳定的运行，进而提高实际生产效率，在实施设计的过程中还应该对给水泵所利用的备用蒸汽的来源进行考虑。由于这一项目所处的企业当中的辅助蒸汽为1MPa，所以它可以作为给水泵系统的备用蒸汽来源以及启动过程中的蒸汽来源，这样可以使得整个系统的可靠性与安全性得到大大的提升。综合上述分析可知，利用0.98MPa汽轮机排汽作为给水泵的驱动动力这一方案是最为合适的。
3 方案对比分析
3.1 对比方法的确定
在实施方案对比的过程中，笔者采用了对两种方案的热平衡实施计算，然后将计算结果作为基础对两种方案的经济性做出比较的方法。
3.2 对比条件设定
文章所选取的案例在生产实践当中的运行模式为“以热定电”，因此在设计的过程中不管是选择电动式的给水泵系统还是选择汽动式的给水泵系统，在实施比较的时候，尤其针对热平衡进行计算的过程中，我们都应该保证低压供热量和中压供热量是相同的，只有在这样的条件之下，才能去调整进汽量和用汽量，最终才能清晰的分析出来两种方案所代表的经济性。
在本文所阐述的机组当中，两种方案都利用二级加热器抽汽。所以我们可以知道，如果利用汽动式给水泵系统，那么汽轮机在运行过程中所产生的排汽就可以作为补水过程中针对补水进行加热的蒸汽来源，这样就可以使得能量进行梯级化使用，从而实现了资源的合理化配置；如果利用电动式给水泵系统这一设计方案，在机组运行的过程中，补水是直接流入除氧器当中的，针对补水的加热主要是以汽轮机运行中的低压排汽作为能量来源的。
3.3 计算与分析
通过前文的分析可知，在对方案进行对比的过程中，计算热平衡是基础，在实施计算的过程中需要对热效率以及标准煤耗率等常规经济指标进行计算，之后才能实现对两种方案经济性的比较，计算结果如表2所示。
表2 两种方案热平衡以及经济性指标计算结果统计表
通过对表2中所显示的数据进行分析可以得出以下结论：汽动给水泵需要低压排汽进行驱动，方案1要比方案2在运行的过程中多增加5.7t/h的进汽量，所以机组在运行过程中的发电量方案1要比方案2增加740KW。两个方案在供热量不变的情况下，方案2的热电比、供热比与方案1相比都比较大，所以全厂的热效率要高于方案1，那么在生产过程中标煤耗、供电标煤耗就会呈现出一定的优越性。在上述两个方案供热量相同的情况之下，方案2的厂用电率比较高，所以这一方案的供热标煤耗是比较高的。
3.4 经济性对比
3.4.1 投资估算对比分析
在实际生产当中，方案2所需要的配套设备以及厂房布置等方面的要求相对比较简单，与方案1进行初投资相比，可以得出如下结论，详见表3.
表3 投资估算对比表（万元）
3.4.2 运行费用对比分析
以年为单位对方案1和方案2的运行费用实施对比分析。通过前文的分析可知，方案1的年发电量比较高，所以在供电量、耗煤量等指标上与方案2实施对比可以发现均比较大。结合国家相关部门的文件规定，安装设施的公用热点设备上网的电价是0.5058/KWh，而标煤的价格是每吨712元，那么我们就可以实现对两种方案在运行过程当中的收益进行计算，然后根据相应的计算结果可以得出年净收益的额度，这样就可以对比出两种方案的经济性。假设文中所阐述的机组能够连续运行20年，年利率按照8%来计算，我们可以得出方案1的相对初投资额为595万元，运行的相对收益为774.2万元，所以可以得出动态回收年限是1年；而方案2以上三个指标都是“基准”。
3.4.3 总结
通过以上几个步骤的对比，可以看出方案1具有明显的优势，集中体现在以下两点：第一，从低压排汽的角度上来看，利用方案1可以实现对资源的梯级化使用，而方案2在生产的过程中只能将这一能源应用在补水的加热这一生产环节当中；第二，在“以热定电”的生产模式之下，利用方案1可以实现供电量的提升，进而为厂家带来更大的经济效益。
4 优化建议
通过前文的分析可以发现，在本次研究当中所使用的给水泵驱动蒸汽为0.98MPa的汽轮机排汽，此时的做功乏汽应该在0.2MPa左右。一般情况下来讲，在生产过程当中乏汽会流入到大气式除氧器当中，与高压除氧器实现联合运行，进而实现对补水的二级除氧。虽然这样的设计方案可以实现比较理想的除氧效果，也可以对蒸汽进行合理化的使用，但是如果需要在变负荷的运行情况下，大气式除氧器对于蒸汽的需要将会与给水泵汽轮机运行过程中的排汽量匹配程度不高，所以需要对其进行进一步的优化，将大气式除氧器替换为表面式补水加热器，热力系统如图1所示。表面式补水加热器占地小，该方案的设备投资和主厂房投资均更加节省。
图1 热力系统图
结语：综上所述，通过对电动式给水泵系统和汽动式给水泵系统两种方案进行对比可以发现，后者在经济性上要优于前者，同时可以实现对蒸汽资源的合理化利用，但是这一驱动系统也存在着一定的不足，所以笔者提出了相对应的优化建议，希望为相关工作的开展提供借鉴。
参考文献：
[1]韩绪望.300MW机组给水泵驱动方式的优化选择[J].电站系统工程，2003，19（5）：31-31
[2]于俊红.热电联产机组对外供热系统抽汽方式优化[J].中国高新技术企业，2016（16）：37-38
论文作者:刘伟
论文发表刊物:《电力设备》2018年第16期
论文发表时间:2018/10/1
标签：方案论文; 蒸汽论文; 机组论文; 给水泵论文; 汽轮机论文; 过程中论文; 两种论文; 《电力设备》2018年第16期论文;