火電廠鍋爐給水泵優化運行分析

王浩杰 蘆松 白霞 靖欣榮 韓曉偉

摘 要：節約能源是我國社會主義建設中實現四個現代化的一項基本國策，也是我國今后長期的戰略任務。火力發電廠是耗電大戶，據統計，全國火力發電廠的平均廠用電率約為7%-8%，其中泵與風機的耗電量占廠用電的75%左右，所以，在火力發電廠中，大力開展泵與風機的節電，是節約廠用電的主要途徑。目前，我國火力發電廠中的一些中小型機組的泵與風機，還普遍存在著效率低、設計參數與主機的需要不匹配、調節效率低等問題，尚有很大的節電潛力可挖。

關鍵詞：鍋爐給水泵；優化運行；系統；經濟性

0 引言

鍋爐給水泵是火電廠的重要輔機之一，隨著大型高溫高壓火電廠的出現，給水泵的單機功率也不斷增大，成為火電廠的耗電大戶。近年來，我國電網的用電結構已發生了變化，農、輕、市政及人民生活用電的比例逐年增加。另外，由于季節性農罐用電和工廠晝夜負荷差等原因，致使電網年負荷曲線和日負荷曲線的峰谷差越來越大，其值一般達到電網最高負荷的30%，有的電網甚至達到50%，這就要求這類調峰機組配套的給水泵有一個合理的運行方案，以最大限度地降低給水泵的耗電量。

1國內機組運行現狀

對于大容量單元制機組，有些火力發電廠每臺機組配置了三臺50%容量的鍋爐給水泵。一般在高負荷時兩臺運行，一臺備用。當機組負荷變化時，通過改變給水泵的運行方式以適應變負荷的要求。例如當主機機組負荷等于或小于額定負荷50%時，可能采取的運行方式有以下六種：

（1）兩臺給水泵全速、主汽輪機定壓運行；

（2）單臺給水泵全速、主汽輪機定壓運行；

（3）兩臺給水泵變速、主汽輪機定壓運行；

（4）單臺給水泵變速、主汽輪機定壓運行；

（5）兩臺給水泵變速、主汽輪機滑壓運行；

（6）單臺給水泵變速、主汽輪機滑壓運行；

當主機機組負荷所需給水泵的流量超過單臺給水泵所規定的最大流量時，給水泵就只能采用兩臺并聯運行，而這時的運行方式也只可能有兩臺給水泵并聯全速、定壓，兩泵并聯變速、定壓，兩泵并聯變速、滑壓三種。

調峰機組經常處于低負荷運行，為提高低負荷運行時的經濟性，特別是降低給水泵的功率消耗，機組常采用變壓運行，變壓運行機組低負荷運行時，給水流量少，壓力低，采用變速給水泵可減少給水泵的功率消耗。而往往變速運行的經濟效益是比較大的，應當引起足夠的重視。

2水泵的節能原理

泵與風機的調節方式與節能的關系極為密切，過去的泵與見機普遍采用改變閥門或者擋板開席的節流方式，近年來，變速調節的經濟性得到了大家的廣泛認可，尤其對于大型機組和調峰機組的一些主要的泵與風機，采用經濟而可靠的調節方式更是當務之急。

給水泵的性能參數是針對某一轉速而言的，當實際運行轉速與額定轉速不同時，其運行參數也會發生變化，當轉速改變時，工況相似的一系列點是按二次拋物線規律變化的，且拋物線的頂點位于坐標原點。我們稱此拋物線為相似拋物線。

需要說明的是：上述節能效果的分析，實際上只是分析了在理想情況下最大可能的節能潛力。而實際的節能效果還要受到諸如轉速效應、變速調節設備本身的能量消耗等因素的制約。因此，變速調節的實際節能效果要小于理想情況下最大可能性的節能效果。

3目前給水系統并聯運行方式

目前母管制給水系統并聯運行的調度方式主要有以下幾種：

（1）臺數調度法：根據所需給水量的變化，增減容量大小基本相同的運行泵的臺數。這種方法由于存在節流損失，并且變負荷時效率下降而浪費了大量電能，同時其可調流量檔也受限制，因而經濟性很差，僅用于小型機組的鍋爐給水泵中。

（2）經濟調度法：給水系統配備了流量大小不同的給水泵，根據負荷大小搭配運行。這種方法和臺數調度法相比，可調流量檔有所增加，變負荷時效率有所增加，但仍存在較大的節流損失。

（3）轉速調度法：通過改變給水泵的轉速來改變流量、揚程及功率，從而達到調節的目的。采用這種方法，因不存在節流損失，并且運行效率高而節約了大量能源，但其調速范圍受到運行經濟性及安全可靠性的制約。如果轉速太低將引起效率降低、揚程不足和水泵運行不穩定等問題。

（4）優化調度法：考慮運行臺數、大小匹配和轉速的調節，同時兼顧安全可靠性的一種調度方法。由于兼顧了三方面的因素，就有可能使運行的給水泵組最大限度地降低能耗。

4火電廠鍋爐給水泵優化運行的數學模型

根據以上討論，建立在保證滿足鍋爐給水需求的前提下，優化調度給水系統中各給水泵組運行工況的數學模型。

4.1 目標函數

直接反映給水泵運行是否經濟的是輸送每m3水所耗功率的多少.因此，把耗電率的多少作為目標函數來求解.

4.2約束條件

（1）根據火電廠系統運行的前提條件，首先應滿足基本的約束條件，即流量需求。

（2）并聯運行的鍋爐給水泵一般采用母管制給水系統.從泵中流出的水流到母管之間有一個壓力降。

（3）流量限制，為了降低功耗，要求參與運行的每臺泵盡可能處于高效運行狀態，或盡量靠近高效區。

（4）轉速限制，從原理上可以根據電動機的調速方法將其分為電動機的非變頻調速（如調壓、串接電阻、變極、液耦調節等）和采用變頻調速裝置的變頻調速兩種方式。

5結論

（1）通過對節流調節和變速調節給水泵降低的功率消耗比較，可以得出變速調節也是一種節能潛力很大的調節方式。

（2）本文提出的“優化運行”方案以耗電率作為目標函數，約束條件全面考慮了所有能使給水泵處于最優運行狀態的條件。不但能盡量減小其耗電率，節約能源，提高運行經濟性，而且還兼顧了安全性。比起其他調度法來，其應用范圍和經濟效益都更好一些。

（3）以母管壓力作為主要控件，這就避免了由于出口壓力相同而母管壓力不同而導致的母管內水力損失。

參考文獻：

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