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[摘 要]随着火电机组蒸汽参数的提高，给水泵组的功耗与机组额定功率的比值相应增大，对于350MW 超临界机组，可达4～5%，由于给水泵处于机组工艺流程的关键地位，其运行的可靠性与经济性显得更为重要，其地位甚至可以与三大主机相提并论。对于350MW 超临界空冷供热机组，给水泵的选型更为重要。
[关键词]空冷机组 给水泵配置 技术经济分析
中图分类号：TM311 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）02-0120-03
一.空冷机组给水泵配置的主要方式
根据《火力发电厂设计技术规程》（DL5000-2000）第10.3.5 条，对300MW机组的运行给水泵，宜配置一台容量为最大给水量100%或两台容量各为最大给水量50%的汽动给水泵；第10.3.7条，对于300～600MW 等级空冷机组，明确“采用空冷系统的机组，可设置三台容量各为最大给水量50%的调速电动给水泵”。
国内投产发电的间接空冷机组有国电大同第二发电厂一期5、6 号机组200MW 机组、太原第二热电厂四期、五期200MW 机组、内蒙古丰镇200MW 机组以及山西阳城发电厂二期600MW 机组，上述电厂均配置了电动调速给水泵。
根据空冷机组机炉电匹配、铭牌功率标定的原则，空冷机组的铭牌功率未扣除给水泵功率，厂用电较大。然而，目前我国电网的调度特点是按照发电机端的输出功率进行调度，当发电功率相同时，采用汽泵比采用电泵的可比输出功率要大，由此可增加上网电量提高电厂的经济效益。近几年，无论是直接空冷机组还是间接空冷机组均出现了配置汽动给水泵的要求和趋势。
二.机组冷却方式对给水泵驱动方式选择的影响
机组冷却方式分为：湿冷、间接空冷和直接空冷等几种。当机组冷却方式采用湿冷方式时，国内外大量机组采用汽动和电动给水泵的方式证明，无论采用汽动给水泵和电动给水泵均可以安全可靠运行。
当机组采用直接空冷时，由于直接空冷汽轮机的低压缸排汽靠空气冷却，空冷机组的背压明显高于湿冷机组，且变化幅度大。小汽轮机的工作条件发生了根本的变化，这对小汽机的设计和运行带来了很大难度，主要体现在，当背压高时，给水泵汽轮机进汽的可用焓降减少，若采用给水泵汽轮机自带凝汽器方案时，不仅增加了初投资，而且布置困难，使电厂热力系统更加复杂，从而降低了该方案的综合经济性 。因此直接空冷机组一般采用电动驱动方案，若采用汽动泵方案，则直接空冷机组最大的优点，即经济性好的优点将大打折扣。
当机组采用间接空冷，解决了直接空冷对于给水泵汽轮机的种种影响。给水泵采用汽动驱动方式是可行的。
三.国内空冷机组给水泵的配置方案
1. 汽动给水泵配置方式
采用汽动给水泵，有如下配置方式：
1）2×50%汽动给水泵+1×30%电动给水泵用作启动；
2）1×100%汽动给水泵+1×30%～50%电动给水泵用作启动/备用；
目前国内电厂这两种配置均有实施。机组运行时给水由除氧器水箱经前置泵升压后进入给水泵，再经高压加热器加热后进入锅炉省煤器。启动时采用电动给水泵，达到一定负荷时切换至汽动给水泵。汽动给水泵通过调节其驱动汽轮机转速改变给水流量，电动给水泵在启动阶段和低负荷时，通过给水泵出口调节阀，改变给水流量。
正常运行时，机组汽动给水泵汽源由主汽轮机四段抽汽提供，低负荷时由冷段或辅汽供汽。给水泵汽轮机排汽进入主机的表面式凝汽器。
采用1×100%全容量汽动给水泵，可简化系统，而且机组热耗要比采用2×50%容量配置方式要低，有利于提高机组运行的经济性。但当100%全容量汽动给水泵组故障时，如设有启动/备用功能的电动给水泵，则机组靠电泵维持低负荷运行，无需停机。如不设备用电泵，则100%容量汽泵故障时，整台机组需停运。
采用2×50%容量的汽动泵配置方式，运行灵活。当一台汽动泵组故障解列时，另一台汽动给水泵还可以运行，并维持约60%左右的负荷，提高电厂的经济性。对于新建电厂，2×50%汽动给水泵可配置一台30%电动给水泵用作启动。
2. 电动给水泵配置方式
根据2011年5月中国电力联合会电力可靠性管理中心发布的“2010年电力可靠性指标发布”报告中2010年给水泵组按主机容量分类的运行可靠性指标为：
由上表可以看出，给水泵组的运行可靠性与机组容量无关，也就是说与给水泵设备的容量大小无关。
从给水泵运行的统计数据来看，机组无论是配置2×50%容量的汽动给水泵还是配置1×100%容量的汽动给水泵，其可靠性均能够保证机组长期安全稳定运行，大修的间隔完全能做到与主机相同或更长。
四.给水泵配置方案的确定
给水泵是汽轮机热力循环中不可缺少的重要设备，其最常见的驱动方式有两种：即电动驱动（电动泵）和小汽轮机驱动（汽动泵）。它们各有优缺点，使用在不同的场合和条件下，以取得最佳的技术经济性。
2×350MW超临界空冷、抽汽凝汽式机组，给水泵配置拟考虑以下三种方案，并对以下三个方案进行技术经济比较：
1）汽动给水泵方案：给水泵采用1×100%汽动泵+1×30%电动启动给水泵，汽动给水泵汽轮机排汽直接进入主机凝汽器。
2） 汽动给水泵方案：给水泵采用2×50%汽动泵+1×30%电动启动定速给水泵，汽动给水泵汽轮机排汽直接进入主机凝汽器。
3） 电动给水泵方案：给水泵采用2×50%电动调速泵。
五.不同给水泵配置方案的技术特点比较
1×100%汽泵方案，系统相对简单，参照以往600MW 等级配汽泵方案的机组运行情况看，故障率一般不高，检修维护工作量不大。 2×50%汽泵方案，系统相对复杂，但故障率一般不高，检修维护工作量不是很大。
电动给水泵方案，给水系统与主机排汽系统是两个独立的系统，不受主机背压变化的影响，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，初投资较低，但厂用电耗较高。
1×100%汽动泵、2×50%汽动泵与2×50%电动泵的技术综合比较见下表：
> 安全可靠性及灵活性比较
1）采用2×50%容量汽动给水泵或电泵，这种配置方式的优点是运行灵活，当一台汽泵或电泵发生故障时，另一台汽泵或电泵一般仍能带60%以上额定负荷运行，机组运行可靠性较高。这有利于电厂运行，且对满足采暖期的供暖要求的可靠性高。
2）采用1×100%容量汽动给水泵，一旦给水泵组出现故障，机组将面临停机，因此对小机的可靠性要求较高。鉴于单抽供热机组，当1×100%容量汽动给水泵在采暖期发生故障，机组必须停机。任意一台机组停运时，另外一台机组在最大抽汽工况下仍可满足67%的平均热负荷需求，对市民生活质量带来一定程度影响，但能保证最低供热要求。
> 电气方案比较
汽泵方案：厂用电率降低，运行成本低。
电泵方案：厂用高压负荷较大，厂用高压变压器的容量增大，电气设备投资增加，厂用电率也相应较高，电动机启动容量和自启动容量较大。
六.不同给水泵配置方案的经济性比较
因本阶段无机组运行模式，不能按全年加权做经济比较，也无法考虑电网调度的影响。故在现有条件下仅按额定工况进行计算。为便于三个方案的比较，假定三个方案所配套的锅炉最大蒸发量相同。初投资计算仅考虑三方案不同部分的设备费用、土建费用等，其它相同部分不在计算范围内。
1.初投资比较
2.电泵方案年少对外输电减少费用
采用汽泵、电泵效率法比较，首先设定比较条件：
> 三个方案所配套的锅炉最大连续蒸发量相同；
> 三个方案除去厂用电后，所输出的上网电量基本相同；
> 三个方案所配套的汽机VWO工况下的出力不同，电泵方案出力要比汽泵方案多发出电泵所耗的厂用电；
有一点需说明的是：三个方案的汽机高、中压缸完全相同；电泵方案通过低压缸流量增加了约60t/h的蒸汽量，通过从汽机厂了解，此项变化，对空冷机组而言，不影响主机价格。
电泵方案比汽泵方案多耗的能主要在能量的转化和传递环节上：
电泵方案：四段汽通过大机作功产生机械能，通过发电机转化为电能（99%），电能通过厂变压器输送（96%），电能通过电动机转化为机械能（97%），再通过偶合器调速（96%），传给给水泵；
汽泵方案： 四段汽通过小机的作功，再通过齿轮变速箱（96%）将机械能传给给水泵。
根据以上各环节的效率，算出电泵的多出环节的能量消耗为8.5%，但四段汽通过大机作功的效率要高于小机的效率；所以采用汽泵方案比电泵方案节约的电不超过水泵总耗能的8%。
锅炉最大连续蒸发量相同情况下，采用电泵方案，汽轮机额定出力为350MW，厂用电高。采用汽泵方案，由于约60t/h 中间抽汽来驱动给水泵汽轮机，因此汽轮机额定出力为336.5 MW，但厂用电低。
一台机组采用电动给水泵时，年少对外输电功率981.75×104kW.h，年少对外输电减少费用85.95 万元，两台机组年少对外输电减少费用171.9 万元。计算如下表：
注：1）标煤价（含税）450元/吨；
2）对外输电功率差只有在电力公司发电机端调度机组出力时出现。
七.年费用比较
对给水泵不同配置方式的完整的经济评价，不仅要考虑不同配置方式的投资费用、年运行费用，还应考虑设备的折旧费、大修费以及资金的时间价值规律等。在此，采用了最小年费用法对不同配置方案的经济性进行比较。所谓最小费用法是将总费用按资金的时间价值规律折算到某基准年（通常指项目完工年）后再平均分摊到项目经济运行期的各年，从而得到各方案的年费用，取年费用最小者为最佳方案。假定运行期间泵组年运行费用以及分摊利率保持不变，则泵组年费用的计算公式如下：
A=P·I （1+I）n/（（1+I）n-1）+R+S=0.0919P+R+S
A--年费用
P--初投资（见六.不同给水泵配置方案的经济性比较）
R--年运行费（含电费、检修维护费），
n—经济生产年（18年）
I--年利率（贷款）0.0594
S--系统费用，此处取零。
通过“最小年费用法”对不同驱动方案的经济性进行比较 ，计算如下表：
单位：万元
因机组全年运行工况是在不断变化的，因此，本经济比较计算，仅为理论计算，只能是一种趋势，与机组全年的运行负荷率有密切关系。
八.结论
1） 电泵方案初投资最省，年费用最大。系统简单，可靠性高，但厂用电率高，上网竞争力下降，且随着煤价、电价的上升，经济性会越来越差。
2） 50%汽泵方案，初投资最高，高于电泵方案980万元，年费用居中。这种配置方式的优点是运行灵活，当一台汽泵发生故障时，另一台汽泵一般仍能带60%以上额定负荷运行。
3） 100%汽泵方案，初投资高于电泵方案80万元，低于50%汽泵方案900万元，总估算年费用最低，经济性分析最优，符合当前国家的节能减排的政策。。
对于供热机组来说，在采暖季要保障居民的正常供暖，1×100%汽泵方案的初投资较低，系统也较为简单，但是如果给水泵在采暖季一旦出现故障就必须要停机，那么就会对居民的正常供暖造成极大的影响；而2×50%汽泵方案当一台汽泵发生故障，另一台50%汽泵仍可达到60%的负荷，对于采暖季居民的正常采暖不会造成影响。
参考文献：
1.《大型火电机组给水泵配置建议》 王桂峰 童科慰 王舰
2.《火力发电厂设计技术规程》 DL 5000-2000
3.《2010年电力可靠性指标报告》 中国电力联合会
[关键词]空冷机组 给水泵配置 技术经济分析
中图分类号：TM311 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）02-0120-03
一.空冷机组给水泵配置的主要方式
根据《火力发电厂设计技术规程》（DL5000-2000）第10.3.5 条，对300MW机组的运行给水泵，宜配置一台容量为最大给水量100%或两台容量各为最大给水量50%的汽动给水泵；第10.3.7条，对于300～600MW 等级空冷机组，明确“采用空冷系统的机组，可设置三台容量各为最大给水量50%的调速电动给水泵”。
国内投产发电的间接空冷机组有国电大同第二发电厂一期5、6 号机组200MW 机组、太原第二热电厂四期、五期200MW 机组、内蒙古丰镇200MW 机组以及山西阳城发电厂二期600MW 机组，上述电厂均配置了电动调速给水泵。
根据空冷机组机炉电匹配、铭牌功率标定的原则，空冷机组的铭牌功率未扣除给水泵功率，厂用电较大。然而，目前我国电网的调度特点是按照发电机端的输出功率进行调度，当发电功率相同时，采用汽泵比采用电泵的可比输出功率要大，由此可增加上网电量提高电厂的经济效益。近几年，无论是直接空冷机组还是间接空冷机组均出现了配置汽动给水泵的要求和趋势。
二.机组冷却方式对给水泵驱动方式选择的影响
机组冷却方式分为：湿冷、间接空冷和直接空冷等几种。当机组冷却方式采用湿冷方式时，国内外大量机组采用汽动和电动给水泵的方式证明，无论采用汽动给水泵和电动给水泵均可以安全可靠运行。
当机组采用直接空冷时，由于直接空冷汽轮机的低压缸排汽靠空气冷却，空冷机组的背压明显高于湿冷机组，且变化幅度大。小汽轮机的工作条件发生了根本的变化，这对小汽机的设计和运行带来了很大难度，主要体现在，当背压高时，给水泵汽轮机进汽的可用焓降减少，若采用给水泵汽轮机自带凝汽器方案时，不仅增加了初投资，而且布置困难，使电厂热力系统更加复杂，从而降低了该方案的综合经济性 。因此直接空冷机组一般采用电动驱动方案，若采用汽动泵方案，则直接空冷机组最大的优点，即经济性好的优点将大打折扣。
当机组采用间接空冷，解决了直接空冷对于给水泵汽轮机的种种影响。给水泵采用汽动驱动方式是可行的。
三.国内空冷机组给水泵的配置方案
1. 汽动给水泵配置方式
采用汽动给水泵，有如下配置方式：
1）2×50%汽动给水泵+1×30%电动给水泵用作启动；
2）1×100%汽动给水泵+1×30%～50%电动给水泵用作启动/备用；
目前国内电厂这两种配置均有实施。机组运行时给水由除氧器水箱经前置泵升压后进入给水泵，再经高压加热器加热后进入锅炉省煤器。启动时采用电动给水泵，达到一定负荷时切换至汽动给水泵。汽动给水泵通过调节其驱动汽轮机转速改变给水流量，电动给水泵在启动阶段和低负荷时，通过给水泵出口调节阀，改变给水流量。
正常运行时，机组汽动给水泵汽源由主汽轮机四段抽汽提供，低负荷时由冷段或辅汽供汽。给水泵汽轮机排汽进入主机的表面式凝汽器。
采用1×100%全容量汽动给水泵，可简化系统，而且机组热耗要比采用2×50%容量配置方式要低，有利于提高机组运行的经济性。但当100%全容量汽动给水泵组故障时，如设有启动/备用功能的电动给水泵，则机组靠电泵维持低负荷运行，无需停机。如不设备用电泵，则100%容量汽泵故障时，整台机组需停运。
采用2×50%容量的汽动泵配置方式，运行灵活。当一台汽动泵组故障解列时，另一台汽动给水泵还可以运行，并维持约60%左右的负荷，提高电厂的经济性。对于新建电厂，2×50%汽动给水泵可配置一台30%电动给水泵用作启动。
2. 电动给水泵配置方式
根据2011年5月中国电力联合会电力可靠性管理中心发布的“2010年电力可靠性指标发布”报告中2010年给水泵组按主机容量分类的运行可靠性指标为：
由上表可以看出，给水泵组的运行可靠性与机组容量无关，也就是说与给水泵设备的容量大小无关。
从给水泵运行的统计数据来看，机组无论是配置2×50%容量的汽动给水泵还是配置1×100%容量的汽动给水泵，其可靠性均能够保证机组长期安全稳定运行，大修的间隔完全能做到与主机相同或更长。
四.给水泵配置方案的确定
给水泵是汽轮机热力循环中不可缺少的重要设备，其最常见的驱动方式有两种：即电动驱动（电动泵）和小汽轮机驱动（汽动泵）。它们各有优缺点，使用在不同的场合和条件下，以取得最佳的技术经济性。
2×350MW超临界空冷、抽汽凝汽式机组，给水泵配置拟考虑以下三种方案，并对以下三个方案进行技术经济比较：
1）汽动给水泵方案：给水泵采用1×100%汽动泵+1×30%电动启动给水泵，汽动给水泵汽轮机排汽直接进入主机凝汽器。
2） 汽动给水泵方案：给水泵采用2×50%汽动泵+1×30%电动启动定速给水泵，汽动给水泵汽轮机排汽直接进入主机凝汽器。
3） 电动给水泵方案：给水泵采用2×50%电动调速泵。
五.不同给水泵配置方案的技术特点比较
1×100%汽泵方案，系统相对简单，参照以往600MW 等级配汽泵方案的机组运行情况看，故障率一般不高，检修维护工作量不大。 2×50%汽泵方案，系统相对复杂，但故障率一般不高，检修维护工作量不是很大。
电动给水泵方案，给水系统与主机排汽系统是两个独立的系统，不受主机背压变化的影响，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，初投资较低，但厂用电耗较高。
1×100%汽动泵、2×50%汽动泵与2×50%电动泵的技术综合比较见下表：
> 安全可靠性及灵活性比较
1）采用2×50%容量汽动给水泵或电泵，这种配置方式的优点是运行灵活，当一台汽泵或电泵发生故障时，另一台汽泵或电泵一般仍能带60%以上额定负荷运行，机组运行可靠性较高。这有利于电厂运行，且对满足采暖期的供暖要求的可靠性高。
2）采用1×100%容量汽动给水泵，一旦给水泵组出现故障，机组将面临停机，因此对小机的可靠性要求较高。鉴于单抽供热机组，当1×100%容量汽动给水泵在采暖期发生故障，机组必须停机。任意一台机组停运时，另外一台机组在最大抽汽工况下仍可满足67%的平均热负荷需求，对市民生活质量带来一定程度影响，但能保证最低供热要求。
> 电气方案比较
汽泵方案：厂用电率降低，运行成本低。
电泵方案：厂用高压负荷较大，厂用高压变压器的容量增大，电气设备投资增加，厂用电率也相应较高，电动机启动容量和自启动容量较大。
六.不同给水泵配置方案的经济性比较
因本阶段无机组运行模式，不能按全年加权做经济比较，也无法考虑电网调度的影响。故在现有条件下仅按额定工况进行计算。为便于三个方案的比较，假定三个方案所配套的锅炉最大蒸发量相同。初投资计算仅考虑三方案不同部分的设备费用、土建费用等，其它相同部分不在计算范围内。
1.初投资比较
2.电泵方案年少对外输电减少费用
采用汽泵、电泵效率法比较，首先设定比较条件：
> 三个方案所配套的锅炉最大连续蒸发量相同；
> 三个方案除去厂用电后，所输出的上网电量基本相同；
> 三个方案所配套的汽机VWO工况下的出力不同，电泵方案出力要比汽泵方案多发出电泵所耗的厂用电；
有一点需说明的是：三个方案的汽机高、中压缸完全相同；电泵方案通过低压缸流量增加了约60t/h的蒸汽量，通过从汽机厂了解，此项变化，对空冷机组而言，不影响主机价格。
电泵方案比汽泵方案多耗的能主要在能量的转化和传递环节上：
电泵方案：四段汽通过大机作功产生机械能，通过发电机转化为电能（99%），电能通过厂变压器输送（96%），电能通过电动机转化为机械能（97%），再通过偶合器调速（96%），传给给水泵；
汽泵方案： 四段汽通过小机的作功，再通过齿轮变速箱（96%）将机械能传给给水泵。
根据以上各环节的效率，算出电泵的多出环节的能量消耗为8.5%，但四段汽通过大机作功的效率要高于小机的效率；所以采用汽泵方案比电泵方案节约的电不超过水泵总耗能的8%。
锅炉最大连续蒸发量相同情况下，采用电泵方案，汽轮机额定出力为350MW，厂用电高。采用汽泵方案，由于约60t/h 中间抽汽来驱动给水泵汽轮机，因此汽轮机额定出力为336.5 MW，但厂用电低。
一台机组采用电动给水泵时，年少对外输电功率981.75×104kW.h，年少对外输电减少费用85.95 万元，两台机组年少对外输电减少费用171.9 万元。计算如下表：
注：1）标煤价（含税）450元/吨；
2）对外输电功率差只有在电力公司发电机端调度机组出力时出现。
七.年费用比较
对给水泵不同配置方式的完整的经济评价，不仅要考虑不同配置方式的投资费用、年运行费用，还应考虑设备的折旧费、大修费以及资金的时间价值规律等。在此，采用了最小年费用法对不同配置方案的经济性进行比较。所谓最小费用法是将总费用按资金的时间价值规律折算到某基准年（通常指项目完工年）后再平均分摊到项目经济运行期的各年，从而得到各方案的年费用，取年费用最小者为最佳方案。假定运行期间泵组年运行费用以及分摊利率保持不变，则泵组年费用的计算公式如下：
A=P·I （1+I）n/（（1+I）n-1）+R+S=0.0919P+R+S
A--年费用
P--初投资（见六.不同给水泵配置方案的经济性比较）
R--年运行费（含电费、检修维护费），
n—经济生产年（18年）
I--年利率（贷款）0.0594
S--系统费用，此处取零。
通过“最小年费用法”对不同驱动方案的经济性进行比较 ，计算如下表：
单位：万元
因机组全年运行工况是在不断变化的，因此，本经济比较计算，仅为理论计算，只能是一种趋势，与机组全年的运行负荷率有密切关系。
八.结论
1） 电泵方案初投资最省，年费用最大。系统简单，可靠性高，但厂用电率高，上网竞争力下降，且随着煤价、电价的上升，经济性会越来越差。
2） 50%汽泵方案，初投资最高，高于电泵方案980万元，年费用居中。这种配置方式的优点是运行灵活，当一台汽泵发生故障时，另一台汽泵一般仍能带60%以上额定负荷运行。
3） 100%汽泵方案，初投资高于电泵方案80万元，低于50%汽泵方案900万元，总估算年费用最低，经济性分析最优，符合当前国家的节能减排的政策。。
对于供热机组来说，在采暖季要保障居民的正常供暖，1×100%汽泵方案的初投资较低，系统也较为简单，但是如果给水泵在采暖季一旦出现故障就必须要停机，那么就会对居民的正常供暖造成极大的影响；而2×50%汽泵方案当一台汽泵发生故障，另一台50%汽泵仍可达到60%的负荷，对于采暖季居民的正常采暖不会造成影响。
参考文献：
1.《大型火电机组给水泵配置建议》 王桂峰 童科慰 王舰
2.《火力发电厂设计技术规程》 DL 5000-2000
3.《2010年电力可靠性指标报告》 中国电力联合会