給水泵汽輪機排汽方式不同對機組性能的影響

張 穎，夏 豹，陳 鵬

(華北電力大學(xué)，河北 保定 071003)

1 中小熱電廠汽動給水泵排汽方式

中小熱電廠給水泵常采用電動機拖動。采暖期最大熱負(fù)荷時全廠鍋爐蒸發(fā)量如有富余，為節(jié)省給水泵廠用電，可將電動泵改為汽動泵，利用富余新汽進(jìn)入汽動泵汽輪機，其排汽進(jìn)入外供熱網(wǎng)系統(tǒng)，可增加外供電量，提高經(jīng)濟(jì)效益，但不可能有節(jié)能效益。若采用供熱抽汽驅(qū)動給水泵汽輪機，排汽排入回?zé)嵯到y(tǒng)除氧器作為加熱蒸汽，回收節(jié)流損失來驅(qū)動小汽輪機，經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能效益均為最大。

1.1 用富余新汽拖動給水泵

以3×75 t/h中溫中壓CFB鍋爐2×C12－3.43/0.98抽凝機組為例，其采暖期負(fù)荷為100 t/h，非采暖期負(fù)荷為75 t/h。常規(guī)設(shè)計3臺鍋爐配4臺電動給水泵，1臺備用，3臺運行。根據(jù)新汽富余量和給水量要求，選用2臺汽動給水泵，小型背壓汽輪機作功后的排汽同0.98 MPa供熱抽汽匯合后外供。汽動給水泵汽輪機的主要參數(shù):額定功率為250 kW，進(jìn)汽壓力為3.5 MPa，進(jìn)汽溫度為450℃，進(jìn)汽量為7 t/h，排汽壓力為0.98 MPa，排汽溫度為330℃，排汽焓值為3 176 kJ/kg，額定轉(zhuǎn)速為3 000 r/min。

由表1可知，在發(fā)電量和供熱量不變的情況下，鍋爐產(chǎn)汽量增加4 t/h(冷源損失增加約4 t/h)，發(fā)電煤耗略有增加，有經(jīng)濟(jì)效益無節(jié)能效益。

表1 不同給水泵的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

1.2 用抽汽驅(qū)動汽動給水泵

以裝機容量30 MW、2×C12－3.43/0.98抽凝機組和1臺C6－3.43/0.98抽凝機組配置4臺75 t/h中壓中溫鍋爐為例，其除氧器用汽量為12 t/h。原采用工業(yè)抽汽參數(shù)為0.98 MPa和310℃，經(jīng)節(jié)流減壓送往大氣式除氧器。若采用抽汽驅(qū)動汽動給水泵的方案，可回收節(jié)流損失。投資雖增加87萬元，但上網(wǎng)電收入年增加322萬元，經(jīng)濟(jì)效益良好。在保證發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗和供熱標(biāo)準(zhǔn)煤耗不變時，可多供電1 000 kW，兼顧了節(jié)能與熱經(jīng)濟(jì)性。

2 300 MW濕冷機組排汽方式

2.1 常規(guī)排入主凝汽器

如圖1所示，常規(guī)小汽輪機的排汽直接引入主機凝汽器[1]。

2.1.1 排汽壓力變化的耗差

給水泵用汽量增大使4段抽汽等效焓降降低，煤耗增大。排汽直接進(jìn)入主凝汽器必然引起凝汽器真空度降低，排汽壓力增大。此時，排汽焓的變化引起機組有效焓降的變化;凝結(jié)水溫的改變引起最末一級低壓加熱器抽汽量的變化。

圖1 常規(guī)小汽輪機排汽熱力系統(tǒng)

式中:bb、ηi、hc、hn、h8、η′分別為標(biāo)準(zhǔn)煤耗、汽輪機內(nèi)效率、排汽焓、凝結(jié)水焓、第8段抽汽焓和抽汽效率;ΔH1為排汽壓力變化導(dǎo)致新蒸汽作功減少;ΔH2為凝結(jié)水溫變化、第8段抽汽變化導(dǎo)致新蒸汽等效焓降增加。

2.1.2 計算結(jié)果

以某300 MW機組為例，分析小汽輪機排汽排入凝汽器時的排汽壓力和機組煤耗等變化情況。計算結(jié)果如表2所示。

由此可知，排汽壓力升高1 kPa，標(biāo)準(zhǔn)煤耗增加約0.68 g/kW·h。

2.2 加裝小汽輪機排汽冷卻器

如圖2所示，在除鹽裝置DE后加一排汽冷卻器，設(shè)計為混合式。凝結(jié)水在冷卻器內(nèi)經(jīng)過霧化噴嘴霧化后與排入冷卻器的小汽輪機排汽混合，混合后的凝結(jié)水經(jīng)凝結(jié)水升壓泵BP送入軸封加熱器加熱[5]。

表2 排汽進(jìn)入凝汽器前后主要參數(shù)

圖2 加裝排汽冷卻器的熱力系統(tǒng)

表3 改造前后機組的主要熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)[4]

以某300 MW機組為例，其主蒸汽流量D0=918 t/h，主蒸汽排汽壓力pc=5.4 kPa，排汽焓hc=2 359.7 kJ/kg;凝結(jié)水流量Dn=695.83 t/h，凝汽器蒸汽負(fù)荷 Dc=563.31 t/h，凝結(jié)水焓 hn=143.4 kJ/kg;給水泵小汽輪機排汽壓力為6.57 kPa，進(jìn)汽焓值 hxq=3 134.2 kJ/kg，排汽焓 hcq=2 477.7 kJ/kg，小汽輪機的抽汽份額 αxq=0.037 933。

由表3可知，加裝小汽輪機排汽冷卻器后，機組裝置效率提高約0.037%，標(biāo)準(zhǔn)煤耗能降低0.24 g/kW·h。

3 結(jié)論

a. 中小熱電廠給水泵拖動方式多數(shù)采用電動，個別采用汽輪機拖動。利用鍋爐富余蒸汽驅(qū)動小汽輪機拖動給水泵，只能提高經(jīng)濟(jì)效益;采用抽凝式小汽輪機拖動方式，可有效回收排汽進(jìn)入除氧器的節(jié)流損失，既節(jié)能又經(jīng)濟(jì)。

b. 300 MW及以上機組鍋爐大部分都采用汽動給水泵供水，小汽輪機排汽直接引入主機凝汽器，雖簡化了系統(tǒng)，增加了運行靈活性，但因小汽輪機排汽與主凝汽器壓力相差1 kPa以上，排汽管阻力又偏大，導(dǎo)致小汽輪機排汽壓力和排汽焓偏高，主凝汽器熱負(fù)荷偏大。

c. 加裝小汽輪機排汽冷卻器后，主機凝結(jié)水與小汽輪機排汽在冷卻器內(nèi)混合換熱，可減少凝汽器蒸汽負(fù)荷，提高凝汽器真空，減少第8段抽汽量和小汽輪機進(jìn)汽量，提高了機組熱經(jīng)濟(jì)性。

[1]鄭體寬.熱力發(fā)電廠 [M].北京:中國電力出版社，2000.

[2]沈士一，康 松.汽輪機原理[M].北京:中國電力出版社，1992.

[3]齊復(fù)東，賈樹本，馬義偉.電站凝汽設(shè)備和冷卻系統(tǒng)[M].北京:水利電力出版社，1990.

[4]林萬超.火電廠熱系統(tǒng)節(jié)能理論[M].西安:西安交通大學(xué)出版社，1994.

[5]周蘭欣，安 娜，陳素敏.給水泵汽輪機排汽引入冷卻器熱經(jīng)濟(jì)性分析 [J].華東電力，2008，36(9):99－101.