本科毕业设计---300mw燃煤机组锅炉给水泵配置方式的研究.doc
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1、 300MW燃煤机组锅炉给水泵配置方式的研究 CHENGNAN COLLEGE OF CUST 毕业设计(论文)题目: 300MW燃煤机组锅炉给水泵 配置方式的研究课题类别: 设计 论文学生姓名: 周乐学 号: 201181250124班 级: 258111101专 业: 热能与动力工程指导教师: 王运民2015 年 06 月 300MW燃煤机组锅炉给水泵配置方式的研究学生姓名: 周乐 学 号: 201181250124 班 级: 258111101专业(全称): 热能与动力工程指导教师: 王运民 完成日期: 2015年6月3日300MW燃煤机组锅炉给水泵配置方式的研究摘要锅炉给水泵是火力发电
2、厂的重要辅机,国内给水泵常用的驱动方式有小汽轮机驱动和液力耦合器调速电动机驱动两种。本文以大机与小机均湿冷的大型燃煤火力发电机组为研究对象,通过对300MW火电机组汽动给水泵、电动给水泵配置标准的调研,提出全部为电动给水泵配置方式、全部为汽动给水泵配置方式、电动给水泵和汽动给水泵综合配置方式3种方案,采用定性分析和定量计算相结合的方法,对3种方案的经济性进行分析和计算得出结论。关键词:燃煤机组;给水泵;小汽轮机驱动;电动机驱动;经济性STUDY ON THE 300 MW COAL-FIRED UNIT BOILER FEED WATER PUMP CONFIGURATION MODEABST
3、RACTBoiler feed pump is one of the most important auxiliary equipment in thermal power plant, the two main driving modes of feed pumps are motor-driven mode and steam-driven mode in China power stations. This paper takes large coal-fired generating unit with the big turbine and small turbine can coo
4、l by water as the object of study, investigated the two driving modes running situation and collocation standard, all proposed for electric feed water pump configuration mode, all for the steam feed pump configuration mode and steam feed water pump, electric pump is integrated configuration way thre
5、e kinds of schemes,adopts the method of combining qualitative analysis and quantitative calculation, analysis and calculation of the economy of three kinds of schemes for the conclusion.Key words:coal-fired unit; feed water pump; motor-driven; steam-driven; economy目 录1 绪论. .1 1.1 课题背景. .1 1.2 研究的目的和
6、意义. . 1 1.3 国内外研究现状.1 1.4 课题研究内容 .42 给水泵的配置方式.5 2.1 给水泵组的配置原则. 5 2.2 国内300MW机组给水泵组的配置情况调研分析.5 2.2.1 国内给水泵配置情况.5 2.2.2 国内300MW机组给水泵组的配置方式分析.6 2.2.3 备用给水泵的容量配置分析 .7 2.2.4 给水泵运行情况统计.7 2.3 给水泵组的驱动方案.83 热经济性比较.10 3.1 火力发电厂的热经济性指标.10 3.2 锅炉给水泵热经济性比较方法介绍.13 3.2.1 比较两种方式的相对效率.13 3.2.2 比较各自的输出净功率.144 300MW机组
7、不同配置方式经济性比较实例.16 4.1 给水泵组驱动方案及配置情况.16 4.2 主要热力参数.16 4.2.1 主机的主要技术规范.16 4.2.2 不同工况下的数据.16 4.3 热力计算公式.18 4.3.1 给水泵组的轴功率.18 4.3.2 电动调速方式时主机的发电量.18 4.3.3 汽动方式时主机的发电量.18 4.3.4 泵组耗电量以及因泵组耗功而使主机少供电量.19 4.3.5 机组净热耗.19 4.4 计算结果.20 4.5技术经济比较. .20 4.5.1 投资费用比较.20 4.5.2 热力系统比较.21 4.5.3 可靠性比较.21 4.5.4 运行方式的比较.21
8、5 结论与展望.22 5.1 结论.22 5.2展望.22参考文献.23致谢.251 绪论1.1 课题背景改革开放30年来,电力工业有了天翻地覆的变化。在1978年,中国的电力装机容量还只有5712万kW,年发电量仅2566亿kWh。但到了2013年底,全国发电装机容量已达到12.5亿kW,首次超越了美国成为世界第一的电力生产大国。火力发电在电力生产中占据着主导的地位,由2015年国家能源局发布的数据显示,2014年底全国火电装机容量为9.2亿千瓦。据统计,我国发电燃煤占煤总产量比例的50%以上,这一状况预计还要持续相当长的一段时间。在2013年底,火电机组供电标准煤耗率为321g/(kWh)
9、,使我国煤电机组继续达到世界先进水平,提前达到了国家节能减排“十二五”规划的标准。根据国家发改委、环保部和国家能源局联合印发的煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020),将计划到2020年,现役燃煤发电机组改造后平均供电煤耗率低于310g/(kWh)。但是由于雾霾等环境问题的日益突出,环保标准日益严苛,水电、核电、风电等清洁能源迅猛发展,倒逼电厂在保证发电量的情况下降低能耗。1.2 研究的目的和意义 在发电厂中,给水泵的作用是向锅炉供给一定压力和温度的给水,因此它是电厂中最重要的辅助设备,同时又是电厂辅机设备中耗能最大的设备,其安全而经济地运行对火电机组关系重大。对于单机容量为300
10、MW的火电机组给水泵组功率大约在7000kW,约可占主机功率的3%。如果能把给水泵的耗功降低,不但对提高机组运行经济性的贡献巨大,而且符合国家节能降耗政策。给水泵的配置方式不但影响到热力系统的安全性及经济性,而且不同的配置方式对电厂的投资影响较大,不同配置所带来的布置上的变化会导致土建、管道材料、电缆等投资上的变化1-3。因此,本论文是根据300MW燃煤机组的特点,通过对给水泵组的选择提出比选方案,定性和定量地分析和比较,从而达到使电厂能够安全与经济运行、实用以及降低设备投资的目的。1.3 国内外研究现状 国内常用的给水泵驱动方式主要有小汽轮机驱动(简称汽动)和电动机驱动(简称电动)两种: 凝
11、汽式 小汽轮机驱动 背压式给水泵驱动方式 液力耦合器变速 变频调速 电动机驱动 无转向器电机调速 交流变频调速 串级调速 国内外的研究结果一般认为:300MW以下容量机组采用电动调速泵,300MW以上容量机组采用汽动泵经济效益比较明显,对于300MW机组采用电动泵与汽动泵方式相比经济效益差别不大4。 给水泵驱动方式的选择主要取决于热经济性的高低。从国际上看,以英、法、德、意等为代表的西欧国家,倾向于采用电动方式。原因是:他们生产的小汽机内效率几乎相等于电能传递效率和主机低压缸内效率的乘积,电动驱动方式的综合投资要比汽动驱动低得多。而美、日、前苏联则认为他们生产的小汽机内效率高,并大于电能传递效
12、率和主机低压缸内效率的乘积,故认为汽动驱动方式优于电动驱动方式。我国由于引进美国技术而多采用小汽机驱动方案。实际上,由于国产小汽机的内效率较主机低压缸内效率低得多,其经济性需作进一步论证3。 国内很大一部分人认为汽动方式优于电动方式,比如张春发等就认为汽动给水泵方案与电动方案相比增大了主机的出力,降低了发电净热耗率和综合成本煤耗率,小汽轮机驱动给水泵节约了厂用电,提高了机组运行效率,且运行稳定性较好,调节性能良好,故应该选取汽动方式5。然而国内的另一些观点却认为从表面上看,汽动方式可增加供电量,电动方式能量转换的环节多,消耗电量多,厂用电率高。但实际上由于国产小汽机的内效率较主机低压缸的效率低
13、得多,导致汽动方式消耗的能量更多,由于其消耗的热能未计入厂用电,造成其厂用电率低、经济性好的假象,并对300MW机组给水泵电动和汽动驱动方式的经济性进行比较,指出电动驱动方式的运行费用低,投资省,经济性明显优于汽动方式16。 大型机组运行多年后,根据机组运行的实际情况,一种新的选型思路逐渐清晰:采用100%全容量汽泵配置,新建电厂取消电泵备用功能,条件合适的扩建电厂直接取消电泵。对300 MW机组,采用全容量汽泵,不设电泵或只设满足机组启动功能要求的启动电动泵具有节约投资、节省占用空间和简化系统的优点78。目前国内已有部分电厂成功实现了上述方案,而国外300 MW及更大容量机组配置全容量汽泵已
14、很普遍,从实际应用上也验证了这一方案的可行性。全容量汽泵在机组低负荷时运行的经济性好于2台半容量汽泵。从长远发展的观点出发,对300MW机组设置100%全容量汽泵,不设电动泵或只设满足机组启动功能要求的启动电动泵是给水泵配置的发展趋势。 随着现代先进变速驱动技术的发展,出现了新型锅炉给水泵驱动技术。新出现的高效液力耦合器,其在50%负荷时还有高达92%左右的效率,比传统的液力耦合器高20%左右,对传统意义上汽泵方案热经济性占优的理论提出了挑战。赵恩婵将调速之星与传统液力耦合器进行比较,年节电收益约405.8万元9。因此,应用高效液力耦合器技术对提高电厂经济性无疑是一种好方法。在交流变频调速技术
15、中,无换向器电机调速技术是在大型机组锅炉给水泵驱动方面应用最广泛、经验最成熟的一种。它具有热经济性好和热力系统简单的优点10。随着电力电子技术的不断发展,从长远观点看,无换向器电机调速方式是比较经济而又有发展前途的驱动方案。对于新型的主机同轴驱动给水泵,在减少厂用电消耗的同时,可简化工艺系统,减少设备工程投资并提高机组热经济性11-12。虽然它在过去在美国应用中遇到困难而被淘汰,但是它减少了能量传递环节,提高了能量转换效率,所以它也是给水泵配置方式中重要的发展方向。 给水泵是发电厂最重要的辅机之一,国内对给水泵配置方式的研究早已不是新鲜话题13。总结国内有关文献,归纳了前人在锅炉给水泵驱动方案
16、热经济性研究上尚存在以下一些不足:(1)片面强调降低厂用电率,忽视了发电机组的实际能耗指标;(2)片面强调小汽轮机的额定工况下的高效率,忽视了小机变工况下的低效率;(3)管道效率及汽动方案其他耗功没有充分考虑;(4)国内大型火电机组锅炉给水泵容量及驱动设备容量偏大,没有充分分析容量偏大对热经济性的影响。综上所述,国内外300 MW燃煤机组给水泵配置方式多种多样,国际上,英、法、意、比利时等西欧国家倾向采用电动方式,美、日、前苏联等国家倾向采用汽动方式。由于国外小汽机的内效率较高,达86%,故国外学者认为2种方式的经济性相差不大。而国内却普遍认为汽动方式较电动方式供电量大、经济性好,所以300M
17、W机组几乎都采用汽动给水泵。但由于国产小汽轮机的内效率较主机低压缸内效率低得多,所以在实际中必须根据工程的具体情况,通过综合分析选择合理的给水泵配置方式,以提高电厂的经济效益。1.4 课题研究内容 本文对燃煤机组给水泵不同配置方式进行研究,主要以上海汽轮机有限公司生产的300MW机组为例,主要进行的工作如下: (1)通过进图书馆查阅文献,上网查询资料,走访电厂获取第一手资料,尽可能多角度、全面地了解本课题的发展状况。 (2)对收集的资料进行研究和分析,总结300MW机组给水泵不同配置方式的特点。 (3)通过对上面的分析来确定比选方案,对国内300MW机组的不同给水泵配置方式进行计算,初始数据由
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