（江阴苏龙热电有限公司 江苏江阴 214400）
一、概况
目前我公司装备有6台机组，分别为4台135MW级超高压燃煤发电机组和2台330MW亚临界燃煤发电机组。一期主机配置为2台420t/h锅炉+2台125MW（B151机型）超高压机组，二期工程主机配置为2台435t/h锅炉+2台140MW（D151机型）超高压机组，三期为2台1080t/h+2台330MW亚临界机组，三大主机均采用上海电气集团的产品。其中I期2台125MW汽轮机于2000年左右进行通流改造，其最大出力达到137.5MW。目前我公司一、二期机组供热均采用再热热段蒸汽减温减压后至1.3MPa.a/250℃后对外供热。
二、改造背景
根据国家发改委、国家能源局、环境保护部环发<2015>164号文件精神，苏发改 发<2015>号文件，我省现役燃煤机组要在2017年底提前完成超低排放和节能改造任务，届时机组年平均供电煤耗需低于310克/千瓦时的要求。故拟对现有135MW级机组的电动给水泵进行改造，将电机驱动改造为汽轮机驱动，以求降低机组运行能耗、减少厂用电率，同时也增加公司经济效益。
三、方案比较
下面以二期机组为例，主给水泵在选型工况下轴功率为2650KW，在单泵最大流量下为2700KW，电动机功率为3200KW。
结合我公司目前机组运行情况，电泵改汽泵的方案原则上为拆除原给水泵耦合器和电动机，采用小汽轮机驱动主给水泵，根据小汽轮机转速配置合理的减速箱，前置泵仍采用电机驱动，小汽轮机采用MEH自动控制，与目前机组控制系统相适应。适合我公司给水泵小汽轮机的选择方案主要有以下两种：
1.采用纯凝小汽轮机，汽源采用主机三抽抽汽、厂母作为备用汽源，小机排汽直接进入主机凝汽器。
2.采用背压小汽轮机，汽源采用大汽轮机的主蒸汽与再热冷段蒸汽混合后的蒸汽或大汽轮机的主蒸汽作为小机的汽源，小机排汽接入目前供热管网直接对外供热。
以下为几种改造方案在额定工况运行参数的对照计算，其中汽泵背压供热方案采用主蒸汽为汽源，汽泵纯凝工况为三抽抽汽作为汽源。根据江苏方天电力技术有限公司《135MW机组不同供热方案经济性比较报告》，其中锅炉效率按92%、管道效率按98%，厂用电率按8.2%计算。
目前的运行方式：135MW机组在主蒸汽420t/h时，在中联门前抽汽（2.4Mpa，535℃）经给泵中间抽头（7.0Mpa，165℃）减温减压后（1.20Mpa，250℃，60t/h）供给热用户，给水泵耗电2700KW。
改造方案一：保持主蒸汽420t/h流量情况下，现给水泵采用主蒸汽（13.24Mpa，535℃）供给背压机驱动，背压机排汽（1.20Mpa）供至热网，机组共供热60t/h，不足部分在中联门前抽汽（2.4Mpa，535℃）经给泵中间抽头（7.0Mpa，165℃）减温减压后（1.20Mpa，250℃，60t/h）供给；
改造方案二：保持主蒸汽420t/h流量情况下，现给水泵采用三抽供给凝汽式汽轮机驱动；机组仍在中联门前抽汽（2.4Mpa，535℃），经给泵中间抽头（7.0Mpa，165℃）减温减压后（1.20Mpa，250℃，60t/h）供给热用户。
两种方案比较结果如下：
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从上表可见，电泵改为汽泵后，厂用电均有下降，但机组的热耗、发电煤耗、供电煤耗均较目前电泵运行（热再供热）工况下有所升高，机组的整机效率下降。与目前的运行方式比较，采用背压汽轮机驱动给水泵，排汽对外供热的方案最为经济。另外经咨询杭州汽轮机有限公司，上述方案的两种小汽轮机（包括控制部分）造价均在700万左右，纯凝小机稍贵（杭汽机组为西门子模块化设计，背压机组较纯凝机组紧凑）。考虑到机组安装、土建、运行等费用差异不大，由此可得出结论，采用背压式给水泵汽轮机方案较纯凝汽轮机较经济。从周边泰州电厂、望亭电厂、华能苏州热电厂、谏壁电厂等了解，其引风机、给水泵电动改汽动均采用背压机，主要是因为背压机具有主冷凝器不需改造、工期短、运行热效率高等诸多优点。
（一）可行性分析
目前苏龙公司具有稳定的热负荷。根据对同类型电动调速给水泵热电厂改造为汽动给水泵运行情况的调研，初步选定采用背压式小汽轮机，不采用凝汽式小汽轮机，为尽可能减少给水泵汽轮机进汽量，以减少对主机运行的影响，拟采用高参数蒸汽进行小汽轮机驱动，排出的蒸汽作为供热热源供应给热用户。
1、本次改造项目小机进汽参数的选择
拟采用大汽轮机的主蒸汽与再热冷段蒸汽混合后的蒸汽（高/低=2.5：1）或大汽轮机的主蒸汽作为小机的汽源，其参数分别为4.0MPa.a/450℃和13.24MPa.a/535℃。下文将重点对比两种不同进汽参数下的经济性。
2、本次改造项目小机排汽参数的选择
根据目前我公司热用户的要求，以及考虑管路损失等实际情况，初步选定的排汽参数为1.7MPa.a/350℃和1.3MPa.a/280℃。初步规划#1机组和#4机组给水泵汽轮机的排汽参数为1.7MPa.a/350℃，#2机组和#3机组给水泵汽轮机的排汽参数为1.3MPa.a/280℃。
（二）经济性分析
1、经济性评价主要原则以及原始数据
以给水泵电机改为小汽轮机前后，主机汽轮发电机组出力不变、对外供热量不变作为经济性评价的条件（80%额定负荷）。
标煤价：400元/t
上网电价：0.332元/KWh（不含税）。
假定135MW机组年平均负荷80%（108MW）。
假定135MW机组年发电小时数为6000小时。2016年经信委核定一二期机组利用小时为5410小时。
假定供热热价成本为70元/t。
2、经济性定性分析
采用大汽轮机的主蒸汽和再热冷段蒸汽混合后的蒸汽（4.0MPa/450℃）或主蒸汽作为小汽轮机汽源，大汽轮机的主蒸汽和再热冷段流量减少，在其他外部条件不变的前提下，为保证发电机端的毛出力不变，需要加大锅炉蒸发量；另外，由于供给小汽轮机的蒸汽不回收，凝汽器需要补充除盐水以维持水量平衡，回热系统容量加大，加大回热抽汽量使得主汽轮机做功能力下降，也需要进一步加大主汽轮机的进汽量。改造后，与现状相比，由于采用小汽轮机代替给水泵电动机，厂用电将减少，减少的电量即为电动给水泵电机的轴功率，但锅炉蒸发量将加大。其实质就是锅炉蒸发量加大的代价与增加上网电量带来的好处之间的比较。
3、经济性定量分析
3.1 以中压蒸汽（4.0MPa/450℃）作为汽源
以排汽参数1.7MPa.a/350℃为例，假定改造前后大机功率108MW保持不变。
给水泵汽轮机实施改造前，以热段抽取约35t/h高温参数蒸汽，加上约9t/h减温水，计对外供热量为44t/h。主机负荷为80%负荷，即108MW。以此为基础进行技术经济比较。
3.2 以超高压蒸汽（13.24MPa/535℃）作为汽源
以排汽参数1.7MPa.a和300℃为例，假定改造前后大汽轮机功率108MW保持不变。
改造前以再热热段抽取35t/h高参数蒸汽，加上9t/h减温水，计对外供热量为44t/h。主机负荷为80%负荷，即108MW。以此为基础进行技术经济比较。
3.3 以中压蒸汽和高压蒸汽作为小汽轮机汽源的综合比较
假定大机功率均为108MW，对外供热量均为44t/h。
比较的工况：以排汽参数1.7MPa.a和300℃为例。
以中压蒸汽作为汽源：主汽抽取31.5t/h，冷段抽取12.5t/h，混合后作为小机汽源，对外供热44t/h，发电机功率108MW。
以超高压蒸汽作为汽源：主汽抽取22t/h作为小汽轮机汽源，加上热段抽取22t/h（包含4t/h减温水），对外供热44t/h，发电机功率108MW。
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（三）、投资经济评价
若采用超高压参数作为给水泵小汽轮机进汽汽源，经咨询杭汽，每台给水泵汽轮机（包括控制系统）的价格大约700万元左右。再加上土建、管道电缆以及安装调试等费用，每台机组的改造费用大约为1100万元。
若采用中压参数作为汽源，经咨询青岛捷能，每台给水泵汽轮机（包括控制系统）的价格大致在300万元左右，杭汽的价格约700万左右，蒸汽压力匹配器大约50万元。再加上土建、管道电缆以及安装调试等费用，选用青岛捷能机组每台机组的改造费用大约为750万元。
（四）、结论
1、根据以上数据表可以看出，超高压蒸汽作为小机汽源的方案，虽然改造初始投资较大（1100万），由于其热经济性较好，每年可节约燃料开支36.8万元。中压蒸汽作为小机汽源的方案，改造初始投资较低（750万）。两种方案年成本费用基本相当，投资回报期也比较接近。
2、无论采用超高压蒸汽作为小机汽源还是采用中压蒸汽作为小机汽源，改造后的发电煤耗率、汽轮机热耗都将上升，也就是机组的热效率是下降的，采用超高压汽源的方案其供电煤耗率略有降低，而采用中压汽源的方案其供电煤耗率将上升。
3、改造后全厂减少的厂用电量即为电动给水泵的轴功率，减去锅炉蒸发量增加引起的辅机消耗电量，其数量大约为2080KW，全年约1248万Kw.h。
（五）存在问题与建议
1、关于给水泵汽轮机选型，经咨询杭汽，进汽参数为8.83～
10.5MPa下高压参数的小汽轮机有运行业绩，且大部分为发电用的纯凝汽轮机，额定功率都是在25MW以上。目前没有超高压参数（13.24MPa）同容量背压式小汽轮机业绩，只有高压、超高压参数作为汽轮机汽源的同容量背压机业绩。据了解，华能苏州热电厂已成功实施高压参数背压小汽轮机驱动给水泵的改造（进汽8.93Mpa，535℃），谏壁电厂、泰州电厂、望亭电厂引风机电动改汽动均采用中压参数背压小汽轮机（进汽参数4.0Mpa，470℃）。杭汽认为增加高压级可以解决进汽压力高的问题，技术上可以实现。经咨询青岛捷能等其他厂家，没有超高压参数背压小汽轮机运行业绩，且认为这么大的压差（从13.24MPa到1.3MPa）对小汽轮机来说是比较恶劣的，而且流量较小（在大机80%额定负荷工况下，仅每小时二十吨蒸汽），对于小机和给水泵的调节性能带来考验。如采用超高压参数蒸汽作为小机的汽源，建议对小机运行的安全可靠性进行进一步的调研和论证。
2、本报告以电厂主机常年平均负荷（80%额定负荷，即发电机端毛出力108MW）作为比较的前提条件，在此工况下主给水泵轴功率大约为2100KW。
四、结论
经上述分析比较，我们可以认为电动给水泵改为小汽轮机驱动，纯凝汽轮机、中压参数背压汽轮机对于整机热耗、发电煤耗、供电煤耗都是上升的，与目前国家节能减排政策精神不符，超高压参数背压汽轮机对于整机热耗、发电煤耗都是上升的，供电煤耗略有下降（0.35g/Kw.h），但几种方案都能降低厂用电率2%左右。在目前煤价、电价的背景下，均有一定的经济收益，但背压汽轮机相对经济性较好，其中超高压参数小汽轮机又较中压参数小汽轮机经济性略高，但由于超高压参数小汽轮机投资较大（中压小汽轮机选用青岛捷能产品），建设回收期限较中压参数小汽轮机长1.24年左右。如同样选择杭汽的中压汽轮机则回收期较中压参数小汽轮机短1.3年左右。
参考文献：
[1]廖光明. 300MW机组电泵改汽泵可行性分析[J]. 华东科技：学术版（4）：334-334.
[2]殷红. 300MW机组循环水泵改造的可行性分析[J]. 重庆电力高等专科学校学报（1）：19-22.
[3]夏友才. 300MW机组给水泵的改造及经济性分析[J]. 河北电力技术，19（1）：15-16.
论文作者:苏春磊
论文发表刊物:《河南电力》2019年7期
论文发表时间:2020/1/3
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