淺議大型火力發(fā)電機(jī)組汽動給水泵的熱經(jīng)濟(jì)性

張　俊

（北京中電遠(yuǎn)方電力技術(shù)有限公司, 北京 100048）

淺議大型火力發(fā)電機(jī)組汽動給水泵的熱經(jīng)濟(jì)性

張俊

（北京中電遠(yuǎn)方電力技術(shù)有限公司, 北京 100048）

摘要：隨著社會經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，人民生活水平不斷提高，不僅對用電的“量”的需求提高了而且對電力服務(wù)的“質(zhì)”提出了更高的要求。火力發(fā)電機(jī)組作為一個熱力系統(tǒng)，為社會生產(chǎn)生活供電作出了巨大的貢獻(xiàn)。近年來，我國大型火力發(fā)電廠汽輪發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量和蒸汽參數(shù)不斷提高，主汽輪機(jī)運(yùn)行效率與熱力系統(tǒng)中各個輔機(jī)配置和形式直接決定了汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。汽動給水泵作為大型火力發(fā)電廠重要的輔助設(shè)備，對整個機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性影響較大。筆者結(jié)合實(shí)際工作，對大型火力發(fā)電機(jī)組中汽動給水泵的熱經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了分析，從而有效地提高整個機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，對節(jié)能降耗具有十分重要的意義。

關(guān)鍵詞：大型火力發(fā)電廠；汽動給水泵；熱經(jīng)濟(jì)性

1　引言

近年來，我國裝機(jī)容量不斷增大，大型火力發(fā)電機(jī)組作為電網(wǎng)中的主力軍，直接關(guān)系著我國社會生產(chǎn)生活用電。在火力發(fā)電機(jī)組中，給水泵驅(qū)動著工質(zhì)的循環(huán)流動，給水泵功率隨著機(jī)組容量增大而增大，其消耗的資源逐年增加，影響著火力發(fā)電廠的健康發(fā)展。給水泵常用驅(qū)動方式有兩種，即電動與汽動。與電動給水泵相比，汽動給水泵剛度大、轉(zhuǎn)速高，運(yùn)行效率快，節(jié)流損失小且容量不受限制，能節(jié)約用電3％～5％，有利于整個機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的提高。因此在大型火力發(fā)電廠中，充分利用汽動給水泵加以輔助，在提高機(jī)組運(yùn)行安全性和可靠性的同時，避免因廠用電中斷而給鍋爐帶來缺水危險。

2　大型火力發(fā)電機(jī)組汽動給水泵熱經(jīng)濟(jì)性分析

目前世界各地煤炭價格持續(xù)上漲，熱電行業(yè)競爭力日益激烈，迫使熱電企業(yè)必須在節(jié)能降耗上下功夫。在這樣的背景下，大多數(shù)火力發(fā)電廠對熱力系統(tǒng)進(jìn)行改造和優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)最大化經(jīng)濟(jì)效益。下文就火力發(fā)電機(jī)組汽動給水泵的熱經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析，從而確保做功后排出蒸汽得到全部利用，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的發(fā)展目標(biāo)。

（1）給水泵效率變化對機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性影響分析。在分析汽動給水泵對整個機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性影響時，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，采用定性與定量結(jié)合方式，確保數(shù)據(jù)計算和分析的便捷性與準(zhǔn)確性。以小汽輪機(jī)使用低壓汽源為例，一旦汽動給水泵運(yùn)行效率出現(xiàn)變化，那么給水泵焓升和小汽輪機(jī)進(jìn)汽系數(shù)也會發(fā)生相應(yīng)的變化。按照等效熱降理論，與設(shè)計工況相比給水泵效率變化引起的等效熱降變化增加量為：

若吸熱量保持不變，機(jī)組實(shí)際循環(huán)效率會發(fā)生一定的變化，機(jī)組消耗煤炭率為：△bb=δηib。

（2）小汽輪機(jī)效率變化對機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的影響分析。以小汽輪機(jī)采用低壓汽源為例，與設(shè)計工況相比小汽輪機(jī)效率變化情況的等效熱降變化增加量為：△H=αf（hf-hn），kJ/kg。若吸熱量保持不變，機(jī)組實(shí)際循環(huán)效率會發(fā)生一定的變化，機(jī)組消耗煤炭率為：△bt=δηib。

（3）通過等效熱降法進(jìn)行局部定量分析可知，在給水泵對機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性影響分析中，汽動給水泵和給水泵汽輪機(jī)的效率發(fā)生變化時，均會對整個機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生一定的影響。給予兩者運(yùn)行效率相同的下降幅度時，給水泵汽輪機(jī)會造成更大的裝置循環(huán)效率下降幅度，主要原因是：在相同的流量下，給水泵的效率一旦下降，就會消耗更多的機(jī)械能，造成更多的能量損失，一些損失的能量被工質(zhì)吸收而溫度上升，給水泵后的第一個高壓加熱器會受此溫升的影響將部分抽汽排擠出去，這部分抽汽則需要在汽輪機(jī)中做更多的功，從而降低了汽輪機(jī)的效率：如果給水泵汽輪機(jī)的運(yùn)行效率下降，沒有被利用的能量會轉(zhuǎn)變成熱能，使給水泵汽輪機(jī)溫度升高，部分熱量被蒸汽吸收，使小機(jī)排汽溫度升高，實(shí)際做功量減少，從而使抽汽量增加，主汽輪機(jī)效率下降增大。

綜上所述，給水泵汽輪機(jī)的運(yùn)行特性對機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的影響比汽動給水泵的影響大。

（4）小機(jī)與主機(jī)一樣，都是以蒸汽的熱能為動力的，其工作原理與主機(jī)類似，但小機(jī)是一種變參數(shù)，變轉(zhuǎn)速，變功率的原動機(jī)。由變工況特性可知，主機(jī)功率基本與蒸汽流量成正比，由此，小機(jī)功率也基本上與主機(jī)流量成正比變化。主機(jī)功率變化，要保持汽泵的平穩(wěn)運(yùn)行，需要對小機(jī)進(jìn)汽進(jìn)行噴嘴配汽調(diào)節(jié)。隨著主機(jī)負(fù)荷下降，調(diào)節(jié)汽門逐個關(guān)閉，關(guān)到一定程度負(fù)荷繼續(xù)下降，調(diào)節(jié)汽門又逐個開啟。隨著主機(jī)負(fù)荷繼續(xù)下降，小機(jī)功率已不能滿足給水需要，小機(jī)汽源由低壓切至高壓帶。因此汽動給水泵在機(jī)組負(fù)荷變化時，其變參數(shù)，變轉(zhuǎn)速，變功率的汽動調(diào)節(jié)方式通過對機(jī)組的抽汽量的改變，相比不使用電泵而節(jié)省的廠用電，更有利于機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

（5）不同負(fù)荷工況下，給水泵汽輪機(jī)和汽動給水泵效率下降所引起的裝置效率的相對變化將逐漸增大。因?yàn)殡S著機(jī)組負(fù)荷的降低，當(dāng)汽動給水泵和給水泵汽輪機(jī)效率下降幅度相同時，其效率變化所引起的等效熱降變化增大，又由于負(fù)荷降低時裝置循環(huán)效率降低，新蒸汽的做功能量降低，新蒸汽的等效熱降減少，而導(dǎo)致裝置效率的相對變化增大。

綜上所述，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷越低時，汽泵和小機(jī)效率下降幅度相同時所引起的汽輪機(jī)裝置效率相對變化越大，對機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性影響也越大。

3　給水泵系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計

3.1汽動給水泵

近年來，我國裝機(jī)容量、設(shè)備質(zhì)量逐漸提高，汽動給水泵的臺數(shù)與容量也逐漸增加，對整個機(jī)組的作用越來越大。比如對600MW及以上機(jī)組運(yùn)行的給水泵，需要設(shè)置兩臺容量各為最大給水量50％的汽動給水泵。目前我國大型火力發(fā)電廠機(jī)組多采用2臺、50％容量汽動給水泵方案，個別采用1臺、100％容量汽動給水泵方案。采用2臺、50％容量汽動給水泵方案，若一臺汽動給水泵出現(xiàn)故障無法運(yùn)行時，另外一臺給水泵能以65％左右的額定負(fù)荷運(yùn)行，不會對整個機(jī)組負(fù)荷造成太大的影響，具有安全性、可靠性及運(yùn)行靈活性等。采用1臺、100％容量汽動給水泵方案，主機(jī)與泵負(fù)荷匹配，系統(tǒng)具有操作簡單、調(diào)節(jié)方便等優(yōu)勢。但機(jī)組負(fù)荷下降至40％時，需要切換至備用汽源，確保整個機(jī)組正常運(yùn)行。因此熱電企業(yè)在設(shè)計給水泵方案時，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況，盡可能實(shí)現(xiàn)降低煤耗、提高熱經(jīng)濟(jì)性的目標(biāo)。

3.2汽泵前置泵布置方式

汽動給水泵前置泵布置方式包括兩種，即同軸與不同軸布置。同軸汽動給水泵組是前置泵和主泵同層布置，充分利用給水泵汽輪機(jī)驅(qū)動作用。不同軸汽動給水泵組是給水泵前置泵布置在零米層，需要采用單獨(dú)電動機(jī)驅(qū)動。汽動給水泵采用同軸與不同軸布置，主要有以下區(qū)別：

（1）同軸設(shè)置在運(yùn)轉(zhuǎn)層，直接利用給水泵汽輪機(jī)驅(qū)動，而不同軸前置泵在零米層，需要單獨(dú)設(shè)置電動機(jī)驅(qū)動，多了電動機(jī)及相關(guān)配置，中、低壓給水管管道增長。

（2）采用電動機(jī)驅(qū)動能減少給水泵汽輪機(jī)進(jìn)汽量，進(jìn)入主汽輪機(jī)低壓缸進(jìn)汽量增加，主汽輪機(jī)低壓缸效率明顯大于給水泵汽輪機(jī)的效率。給水泵汽輪機(jī)省略了電動機(jī)，用電量明顯減少，但總體來看，不同軸布置方式的全廠效率顯著大于同軸布置方式效率。

（3）前置泵布置在零米層，需要采用專門的單軌吊，低壓力、結(jié)構(gòu)簡單，電動機(jī)檢修和維護(hù)工作量比給水泵汽輪機(jī)少。前置泵在運(yùn)轉(zhuǎn)層，采用汽輪機(jī)房行車進(jìn)行檢修，方便可靠；但給水泵汽輪機(jī)采用一帶主泵和前置泵布置形式，往往需要拆卸前置泵，導(dǎo)致檢修維護(hù)工作量增大。

因此在大型火力發(fā)電廠中，為確保整個熱力系統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)具體配置，采用汽動給水泵輔助設(shè)備，并不斷優(yōu)化給水泵系統(tǒng)設(shè)計，降低能耗，有效地提高火力發(fā)電機(jī)組汽動給水泵的熱經(jīng)濟(jì)性。

4　結(jié)束語

近年來，我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛，能源資源不斷增加，火力機(jī)組建設(shè)為我國社會生產(chǎn)生活供電作出了巨大的貢獻(xiàn)。目前我國大型火力發(fā)電機(jī)組蒸汽參數(shù)不斷提高，給水泵作為整體熱力系統(tǒng)中重要的輔助設(shè)備，其機(jī)組額定功率比值相應(yīng)增大，給火力發(fā)電廠發(fā)展帶來了一系列的挑戰(zhàn)。汽動給水泵具有轉(zhuǎn)速高、軸較短、剛度大等特點(diǎn)，不僅能提高機(jī)組運(yùn)行的可靠性，還能節(jié)約全廠用電，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。因此在火力發(fā)電廠中，企業(yè)應(yīng)根據(jù)自身生產(chǎn)與發(fā)展情況，采用科學(xué)合理地汽動給水泵方案，盡可能提高機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性，實(shí)現(xiàn)最大化經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

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