火電機組汽動給水泵最佳運行方式研究

史嘯曦，王培毅，李慧君

(1．上海外高橋發電責任有限公司，上海200137;2．華北電力大學 能源動力與機械工程學院，河北 保定071003)

0 引言

在國家節能減排政策下，小機組逐漸淘汰，新建大機組汽輪機單機容量和蒸汽參數越來越高［1］;由于火電廠是一個復雜的熱力系統，為了提高其運行的經濟性，不僅需要提高主機效率，而且還需改善熱力系統中所有輔機的配置和運行方式。給水泵作為電廠中的耗電大戶，是電廠重要的輔機，其運行狀況是降低廠用電率的重點環節［2］，所以優化給水泵的運行方式具有重要的實踐意義。

近年來，對給水泵運行方式的優化已經有相關的研究，2010 年國內研究人員提出300 MW 以上的機組采用汽動泵的有效性與可行性，通過分析鍋爐給水泵在電動和汽動兩種驅動方式下，對凈熱耗率、同等工作效率和綜合新煤耗率進行比較，結果表明對于300 MW 以上的機組，釆用汽動泵可以減少凈熱耗率、提高產量并且提高操作的穩定性和調節性能［3］。文獻［4］從熱經濟性角度，對大型火電廠鍋爐給水泵的幾種不同驅動方式，包括汽泵驅動、液力偶合器電泵驅動、大機主軸驅動進行了比較，得出了大機主軸驅動方案是最佳的;為了提高設備的可靠性，在給水泵配置方式上做了一些調整，由于汽動給水泵的可靠性還尚未成熟，有待進一步提高，因此通常主張釆用1 臺50%容量的電泵(備用)和2 臺50%容量汽泵的運行方式［5］;但在不同工況下，當火電廠機組中2 臺汽動泵給水流量分配不同時，研究機組的熱經濟性比較少。

本文以N600 MW 亞臨界和N1000 MW 超超臨界機組為例，忽略給水泵的管道特性的影響，在不同工況下，分析和比較兩臺汽動給水泵在給水流量分配情況不同時的機組熱經濟性，得出最佳的給水流量分配方案，確定給水泵的最佳運行方式。

1 機組的熱力系統模型

1.1 熱力系統模型

以 N600-16．7/537/537 亞 臨 界 和 N1000-26．25/600/600 超超臨界機組為例，兩臺機組正常運行時兩臺汽動給水泵并聯運行［6］，兩臺機組的熱力系統簡圖分別如圖1、2 所示。

圖1 600 MW 機組熱力系統簡圖

圖2 1 000 MW 機組熱力系統簡圖

1.2 熱經濟性計算式

在給水流量變化時，為了獲得兩臺給水泵對應小汽機抽汽量的變化趨勢以及相應第三、四段抽汽變化量，從而分析熱經濟性變化的原因，所以根據兩臺機組的熱力系統模型，采用熱平衡法對各加熱器建立能量守恒和質量守恒的關系式［7，8］。

在給水泵分配的流量不同時，泵的效率和焓升會變化;同時帶動給水泵的小汽機的抽汽量和3 號高壓加熱器的入口水焓也會受到影響，并影響整個機組的熱經濟性。相關的計算公式如下:

汽動給水泵的焓升［7］:

三號高壓加熱器的入口水焓:

兩臺小汽機的總抽汽量:

式中:vav為給水的平均比體積，m3/kg;Pin和Pout分別為給水泵的進出口壓力，MPa;ηpu為對應流量下的泵效率;GA和GB分別是兩臺泵A 泵和B泵的給水流量，t/h;和分別為小汽機的進出口焓，kJ/kg;ηt為小汽機的效率。

計算出各段抽氣系數后，為了比較不同方案的給水流量的熱經濟性，各項熱經濟性指標計算式如下所示:

標準煤的低位發熱量ql=29 270 kJ/kg，全廠標準煤耗率bscp，g/(kW·h)

全廠熱耗率qcp，kJ/(kW·h)

全廠熱效率ηcp

式中:ηe為汽輪發電機組絕對電效率;ηb和 ηp分別為鍋爐效率和管道效率，取 ηb=0．92，ηp=0．98。

2 給水泵流量分配方案

2.1 選取方案原則

取N600-16．7/537/537 機組的單臺給水泵的額定流量qmd=1 004．01(t/h)，N1000-26．25/600/600 機組單臺給水泵的額定流量 qmd=1 353．63(t/h);機組給水總量大于單泵額定流量，小于兩泵額定流量和;忽略兩臺給水泵的管道特性的影響，由于給水泵的流量不同，其效率也不同，所以泵間的流量分配方案不同，存在一個最佳運行方案。因此，在某負荷區，通過選取不同給水泵流量來確定效率，進而通過機組熱經濟參數，確定給水泵流量最佳分配方案。

2.2 600 MW 機組給水分配方案

N600 MW 亞臨界機組選取THA、TMCR、75%THA 工況，3 種不同工況下給水總流量qm和兩臺給水泵A 和B 的給水流量分配方案如表1 所示，同時給出了隨著流量不同時對應的泵效率［9］。

表1 600 MW 不同工況給水分配方案

2.3 1 000 MW 機組給水分配方案

N1 000 MW 超超臨界機組選取60%THA、75%THA、80%THA 工況，3 種不同工況下兩臺給水泵A和B 的給水流量的分配方案如表2 所示。

表2 1 000 MW 不同工況給水分配方案

3 給水泵最佳流量分配方案

3.1 機組熱經濟性分析

由于給水泵流量的分配方式不同，給水泵流量變化引起泵效率的改變;在兩臺汽動泵的給水流量逐漸接近直至相等的過程中，給水泵的出口水焓逐漸減少，給水泵的泵功減少，帶動給水泵的小汽機的抽汽量對應減少，即第三段抽汽量減少;同時由于給水泵出口水焓的減少，導致第四段抽汽量增加，但增加的量相對較少，最終汽輪機總體做功蒸汽增加，機組熱經濟性提高。

將各工況下給水流量相等的方案6 和單泵額定流量的方案1 做對比，第三段抽汽增加量和第四段抽汽減少量如圖3 和4 所示。

圖3 600 MW 機組不同工況抽汽變化量

圖4 1 000 MW 機組不同工況抽汽變化量

3.2 熱經濟性比較

根據以上分析，為了具體計算熱經濟性改善程度，選取標準煤耗率bscp和全廠熱效率ηcp作為熱經濟性的評價指標［10，11］;通過比較給水泵各流量分配方案下的熱經濟性指標，確定最佳給水流量的分配方式。N600 MW 亞臨界和N1 000 MW 超超臨界機組的熱經濟性參數如圖5～10 所示。

圖5 600 MWTHA 各方案熱經濟性

圖6 600 MW TMCR 各方案熱經濟性

圖7 600 MW 75%THA 各方案熱經濟性

圖8 1 000MW 60%THA 各方案熱經濟性

圖9 1 000 MW75%THA 各方案熱經濟性

通過對給水泵流量各分配方案的熱經濟性計算，可知機組的熱經濟性，在其它條件不變時，隨給水泵流量分配方案的不同而異。對于亞臨界N 600 MW 和超超臨界N 1 000 MW 機組，在給水泵流量分配方式不同時，其標準煤耗率和全廠熱效率具有相同的變化趨勢，即:在兩臺給水泵的給水流量慢慢接近時，機組熱經濟性逐漸提高，直至兩臺泵給水流量相等時，其熱經濟性最好，對應的給水分配方式是最佳的;并且在不同工況下，隨著兩臺給水泵流量接近時，機組的熱經濟性也逐漸提高。

圖10 1 000 MW 80%THA 各方案熱經濟性

4 結論

(1)兩臺汽動泵給水流量的分配不同對機組的熱經濟性有一定的影響;主要影響與給水泵進出口相連接的加熱器，特別是對與出口相聯的高加，其抽汽量有很大的變化。

(2)當兩臺給水泵流量相同時，機組熱經濟性指標最佳，所對應的給水系統運行方式亦最優。

［1］夏友才．200MW 機組給水泵驅動方式的研究與實踐［D］．保定:華北電力大學，2007．

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