火電廠鍋爐給水泵運行參數(shù)優(yōu)化改進及處理研究

劉 悅

（吉林省電力勘測設(shè)計院，吉林 長春 130022）

火電廠鍋爐給水泵運行參數(shù)優(yōu)化改進及處理研究

劉 悅

（吉林省電力勘測設(shè)計院，吉林 長春 130022）

文章著重研究和討論火電廠鍋爐機組變壓變流量的運行優(yōu)點及可行性，同時探究變壓運行對鍋爐和給水泵運行的影響，并進一步探究火電廠鍋爐給水泵運行參數(shù)的優(yōu)化與改進。通過對變壓方式進行大容量改進發(fā)現(xiàn)，其對火電廠給鍋爐給水泵的運行不僅符合實際情況，而且還具有較強的適用性，有助于火電廠生產(chǎn)過程中的節(jié)能降耗。

火電廠；鍋爐；給水泵；變壓運行；優(yōu)化改進

近年來，火力發(fā)電正朝著大容量的變壓運行方式進行轉(zhuǎn)變。大容量的變壓運行方式一方面能夠滿足電網(wǎng)負荷的變化，另一方面也能根據(jù)實際需要及時調(diào)整運行參數(shù)。大容量的變壓運行方式會是火電廠發(fā)展的重要趨勢之一。在火電廠發(fā)電過程中，鍋爐給水泵是整個發(fā)電過程中耗能最大的重要輔機之一，給水泵運行的質(zhì)量直接對影響著鍋爐的運行質(zhì)量，進而給整個機組的運行帶來影響。鍋爐給水泵一直以來都被稱之為火電廠的“心臟”，重要性可見一斑。作為火電廠的耗電大戶，通常情況下，鍋爐給水泵的耗電量占據(jù)整個發(fā)電廠發(fā)電的1．5%～3%。近幾年來，隨著人們對能源節(jié)約的重視以及火電廠機組容量的增長，火電廠鍋爐給水泵的運行經(jīng)濟性越來越受到人們的關(guān)注和重視，在保障生產(chǎn)正常進行和安全運行的前提下，如何進一步有效降低火電廠鍋爐給水泵的電能消耗，提升火電廠的經(jīng)濟效益，成了當前業(yè)內(nèi)關(guān)注且反復(fù)探究的重要課題。

1 火電廠鍋爐變壓變流量運行的原理

通常情況下，火電廠汽輪發(fā)電過程中，為了使汽輪機的出力與外界變動負荷相匹配，都需要針對外界負荷的變化，及時調(diào)整火電廠汽輪發(fā)電機的功率。汽輪發(fā)電機運行的整個過程中，鍋爐向汽輪發(fā)電機提供過熱蒸汽，蒸汽出力的具體狀況直接影響著整個汽輪發(fā)電機的運行情況。傳統(tǒng)的鍋爐運行方式主要采用定壓節(jié)流運行，即保持鍋爐出口的過熱蒸汽量和蒸汽壓力不變，通過改進汽輪發(fā)電機如后的調(diào)節(jié)閥開口度，進行蒸汽量和蒸汽壓力的調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)發(fā)電機組負荷的變化。經(jīng)過實踐之后發(fā)現(xiàn)，運用汽輪機調(diào)節(jié)閥開度大小這一定壓節(jié)流的方式，容易因為調(diào)節(jié)不當或者把握不準確，造成汽輪發(fā)電機進口的蒸汽量和蒸汽壓力陡然下降，導(dǎo)致汽輪機的葉輪遭遇巨大的溫度差距，從而產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力和熱變形，這一現(xiàn)象會給汽輪機造成極大損害，并且影響整個機組的使用壽命。這些設(shè)備往往造價高昂，修理和更換都會造成巨大的資金損耗，為此有必要優(yōu)化和改進火電廠鍋爐運行方式。采取變壓變流量的方式，在保持汽輪機調(diào)節(jié)閥門基本全開的基礎(chǔ)上，通過改變汽輪發(fā)電機的蒸汽壓力來改變機組的功率，根據(jù)官網(wǎng)瞬時變化的壓力、流量等參數(shù)，自動改變火電廠鍋爐給水泵的轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)變壓變流量的閉環(huán)調(diào)節(jié)。從變壓變流量工作原理可以明顯看出，其能夠有效地保持整個供水系統(tǒng)處于合理的運行狀態(tài)，不會因突然升高或降低的蒸汽量和壓力而給機組各部分零件造成損害，從而實現(xiàn)延長機組使用壽命的目的。

2 火電廠鍋爐變壓運行可行性分析

改進火電廠鍋爐運行方式之前，對新的運行方式進行可行性分析。決定火電廠鍋爐是否采取變壓運行方式之前，要看其運行過程中，各個受熱面所受到的工質(zhì)溫度是否偏離了安全值和水冷壁的水動力的特性。一方面，檢測各個受熱面的工質(zhì)溫度是否偏離安全是否偏離安全值范圍。一般在變壓運行情況下，所能承載的負荷值能夠在百分五十以上至最大連續(xù)負荷范圍以內(nèi)。因而在計算參數(shù)時，保持鍋爐出口的過熱蒸汽量溫度不變，對鍋爐出口的不同壓力值進行傳熱計算，通過計算值來判斷鍋爐的各個受熱面的工質(zhì)溫度是否在安全范圍之內(nèi)。如果在安全范圍值以內(nèi)，則可以保持不變，而一旦超出安全范圍值時，就要對其進行相應(yīng)的調(diào)整；另一方面，則取決于水冷壁的水動力特性。當鍋爐進行變壓運行時，水冷壁的工作壓力會相應(yīng)的降低，但是這一變化經(jīng)過實驗證明，水動力特性的下降幅度較小，仍在設(shè)計允許的范圍之內(nèi)。鑒于以上結(jié)論可以得出，火電廠鍋爐給水泵采取變壓變流運行這一方式是可行的。

3 火電廠鍋爐給水泵變壓運行方式的經(jīng)濟效益

電網(wǎng)容量的增大，進一步帶動了火電廠機組參加調(diào)峰的力度、深度的擴大，對提高火電

廠機組的經(jīng)濟性至關(guān)重要。過去的定壓節(jié)流配汽時，需要考慮到部分負荷的變化以及對整個汽輪發(fā)電機內(nèi)效率的影響，而采取變壓變流的運行方式則在部分負荷的全范圍內(nèi)都是節(jié)能的，但會造成初壓下降，而初壓下降會導(dǎo)致循環(huán)熱效率的降低?；痣姀S鍋爐給水泵運行方式的經(jīng)濟性應(yīng)當是根據(jù)機組內(nèi)效率與汽輪機相對內(nèi)效率的乘積值來衡量。日本敦賀火力發(fā)電廠1號鍋爐的性能實驗實測可以看出（見圖1），在確認變壓時，整個機組運行在高負荷向低負荷變壓的全過程都可以保持高效率的運行。由此可以看出變壓運行方式具有高經(jīng)濟性的優(yōu)點。

當前，火電廠鍋爐給水泵的調(diào)節(jié)方式主要有三種：①節(jié)流調(diào)節(jié)；②變速調(diào)節(jié)；③變壓調(diào)節(jié)。這三種調(diào)節(jié)方式的節(jié)能效果比較（見圖2），A、B、C分別為節(jié)流、定壓、變壓變流三種不同運行方式下的給水泵工作狀態(tài)點。圖2表明功率和流量呈三次方的關(guān)系，流量下降至額定流量的百分之五十時，其運行功率為額定功率的百分之十二點五；當流量下降至額定流量的百分之八十時，其功率下降為原功率的百分之五十一點二；該數(shù)據(jù)表明，采取變壓運行方式，能夠大幅減少火電廠鍋爐給水泵的耗電量，節(jié)約幅度達百分之三十至百分之六十之間。

4 給水泵運行參數(shù)的優(yōu)化、改進及處理匹配

圖2 運行方式的節(jié)能比較效果圖

通過對火電廠鍋爐給水泵運行方式進行優(yōu)化，采取變壓變流的運行方式，該方式本身的變頻調(diào)速具有一定的特點和限定的應(yīng)用范圍。如果使用不當，不僅不能收到效果，反而還會對節(jié)能省電不利。為此需要針對火電廠鍋爐給水泵運行參數(shù)進行優(yōu)化、改進及處理匹配?；痣姀S鍋爐給水泵在額定轉(zhuǎn)速下的H—Q曲線（見圖3），由左及右，分為五段，從不穩(wěn)定區(qū)經(jīng)過左邊低效區(qū)再至中間高效區(qū)再到右邊低效區(qū)，最后為汽蝕區(qū)。OC和OE為高效區(qū)與左右低效區(qū)的分界線。當參數(shù)設(shè)定發(fā)生變化時，OC和OE將共同聚集到J點，CDEJ的陰影面積正是該火電廠鍋爐給水泵運行的高效區(qū)。

圖3 調(diào)速泵運行工況分區(qū)

值得注意的是，當火電廠鍋爐進行混合給水時，此時的定速泵與調(diào)速泵開始以并聯(lián)的狀態(tài)進行運轉(zhuǎn)。此時定速泵和調(diào)速泵的揚程相等，鍋爐給水泵的流量為定速泵和調(diào)速泵的并聯(lián)總流量?，F(xiàn)在假設(shè)，有一個鍋爐給水泵是由定速泵和調(diào)速泵兩個進行混合給水，定速泵和調(diào)速泵都處在額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)進行運轉(zhuǎn)。具體的運行工況（見圖4），AB1+2段至F1+2G1+2段分別為不穩(wěn)定區(qū)經(jīng)過左邊低效區(qū)再至中間高效區(qū)再到右邊低效區(qū)再到汽蝕段。且確保定速泵高效運行的條件為HE≤H≤HC，即可得知混合給水狀態(tài)下定速泵的高效工作區(qū)、調(diào)速泵的高效區(qū)以及定速泵與調(diào)速泵混合給水情況下的調(diào)速范圍和流量調(diào)節(jié)范圍。

圖4 并聯(lián)水泵混合給水運行工況分區(qū)

5 結(jié)束語

總而言之，火電廠發(fā)展的一大趨勢是變壓運行不斷朝著大容量方向發(fā)展。大多數(shù)的火電廠都在不斷地嘗試和采取大容量的變壓運行方式。故而大容量變壓運行方式在火力發(fā)電廠中具有良好的運用前景，為此，有必要針對火電廠鍋爐給水泵這一電廠耗電大戶進行參數(shù)改進、優(yōu)化和處理匹配，從而進一步提升火電廠的運行效率，同時有效的實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。

TM621

A

2096-2789（2016）12-0092-02

劉悅（1980-），男，吉林長春人，吉林大學(xué)動力機械及工程專業(yè)碩士，研究方向：內(nèi)燃機設(shè)計。