350MW機(jī)組純汽動給水泵啟動的節(jié)能分析與應(yīng)用

林隆

(華能東方電廠，海南省東方市 572600)

0 引言

華能東方電廠為了響應(yīng)國家節(jié)能號召，尋求安全、經(jīng)濟(jì)的機(jī)組啟動方式，二期擴(kuò)建工程3號機(jī)組(350MW)取消了原電動給水泵方案，不僅節(jié)約了基建投資費用、降低啟動階段的廠用電消耗，而且節(jié)省了電動給水泵備品配件費用及運行、維護(hù)成本，減少了閉式冷卻水用戶及優(yōu)化了主廠房空間布置等［1-8］。本文分析純汽動給水泵啟動方式的節(jié)能效果，介紹其在東方電廠的應(yīng)用情況。

1 設(shè)備概況

華能東方電廠3號機(jī)組只配置1臺100%鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量(boiler maximum continue rate，BMCR)容量的汽動給水泵，汽動給水泵前置泵由小汽輪機(jī)通過減速箱柔性疊片式聯(lián)軸器驅(qū)動，整體布置在汽機(jī)主廠房0 m平臺。小汽輪機(jī)為單缸、單流、單軸、沖動式、純凝汽、上排汽汽輪機(jī)，小汽輪機(jī)只配有低壓汽源，即正常工作汽源來自主機(jī)四段抽汽(以下四抽)，備用和調(diào)試汽源采用輔助蒸汽。機(jī)組采用汽動給水泵啟動方式，通過聯(lián)合控制汽動給水泵轉(zhuǎn)速和給水旁路調(diào)節(jié)閥，以控制給水流量和壓力，實現(xiàn)機(jī)組快速啟停。

2 汽動給水泵啟動方式的節(jié)能分析

2.1 定性分析

(1)汽動給水泵能量轉(zhuǎn)換途徑為:燃料中的能量→鍋爐蒸汽能量→汽動給水泵小汽輪機(jī)→汽動給水泵。

(2)電動給水泵能量轉(zhuǎn)換途徑為:燃料中的能量→鍋爐蒸汽能量→汽輪機(jī)機(jī)械能→發(fā)電機(jī)電能→電動給水泵電動機(jī)→電動給水泵［2］。

可以看出，汽動給水泵能量轉(zhuǎn)換的環(huán)節(jié)要少于電動給水泵。從定性分析角度，轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)越少，能量的損失越少，汽動給水泵要比電動給水泵節(jié)能。

2.2 定量分析

通過比較電動給水泵與汽動給水泵在相同出力(相同給水流量和泵出口壓力)的情況下，單位時間內(nèi)所消耗的能量(即功率)來衡量汽動給水泵、電動給水泵啟動方式的能耗大小，從而得出2種啟動方式在能耗上的優(yōu)劣。

(1)電動給水泵啟動方式的能耗。設(shè)電動給水泵流量為q時，其電動機(jī)電流為I，電壓為U，功率因數(shù)為cosφ，此種方式的能耗為

(2)汽動給水泵啟動方式的能耗。設(shè)汽動給水泵流量為q時，汽動給水泵小汽輪機(jī)的蒸汽流量為qstm，小汽輪機(jī)進(jìn)口蒸汽的比焓值為h1，小汽輪機(jī)排出蒸汽的比焓值為h2。根據(jù)熱力學(xué)第一定律，1 kg蒸汽在給水泵汽輪機(jī)做的功為w=h1－h(huán)2，即在時間t內(nèi)，流量為qstm的蒸汽做的功為

給水泵汽輪機(jī)的功率為

(3)根據(jù)華能東方電廠2號機(jī)組電動給水泵(50%BMCR容量)與3號機(jī)組汽動給水泵的實際運行數(shù)據(jù)，計算了汽動給水泵啟動方式與電動給水泵啟動方式的實際功率，計算結(jié)果如表1所示。表中，K=S/E，如果K＜1，則說明汽動給水泵啟動方式較經(jīng)濟(jì)。

表1 電動給水泵和汽動給水泵的能耗分析Tab.1 Energy consumption analysis of electric feed pump and steam feed pump

由表1可知，汽動給水泵在鍋爐清洗階段運行的節(jié)能效果特別顯著，節(jié)能43%;100MW 工況、175 MW工況節(jié)能38%、25%。

3 純汽動給水泵啟動特點

3.1 純汽動給水泵啟動優(yōu)點

3.1.1 節(jié)約廠用電，提高經(jīng)濟(jì)性

火電廠將蒸汽轉(zhuǎn)化成電能的熱效率在40%以下，因此直接用蒸汽作為動力明顯比用電能作動力更節(jié)能，經(jīng)濟(jì)性顯著。以華能東方電廠一期設(shè)備為例，電動給水泵電機(jī)功率為4500 kW，正常冷態(tài)啟動至退電動給水泵約18 h，滑停時間約2～3 h，機(jī)組啟停1次將增加約8萬kW·h的用電量，廠用電大大增加，降低了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。若全程采用汽動給水泵啟動，機(jī)組所消耗的是一次能源(蒸汽)，使廠用電率大大下降。

3.1.2 減少啟停期間工作量，提高效率

機(jī)組采用電動給水泵啟動則需完成操作電動給水泵系統(tǒng)大量的輔助性工作，機(jī)組并網(wǎng)后還需要安排沖轉(zhuǎn)汽動給水泵備用，增加了系統(tǒng)啟動工作量及并汽動給水泵退電動給水泵操作，延長了啟動時間。機(jī)組采用汽動給水泵啟動則可減少工作量，緩解運行人員工作壓力，提高操作效率，縮短啟動時間，提高經(jīng)濟(jì)性;同時，有利于減少電動給水泵給水系統(tǒng)的設(shè)備故障維護(hù)量，避免電動給水泵啟動瞬間電流對6 kV母線電壓沖擊等弊端。

3.1.3 提高汽動給水泵啟動可靠性

華能東方電廠4臺機(jī)組全部投產(chǎn)后，輔汽系統(tǒng)采用母管制，為小汽機(jī)汽源提供可靠的保證，故在任何情況下汽動給水泵都可代替電動給水泵向鍋爐上水，提高汽動給水泵啟動可靠性。

3.2 純汽動給水泵啟動缺點

在實際應(yīng)用中，純汽動給水泵啟動機(jī)組也存在不足，如僅僅在機(jī)組啟動前給鍋爐上水，涉及的提前投運系統(tǒng)較多，一些設(shè)備、系統(tǒng)啟動順序需做調(diào)整。沖轉(zhuǎn)小汽輪機(jī)必須確保輔汽已暖好，同時主汽輪機(jī)投軸封、抽真空，投運這些系統(tǒng)前必須確保主汽機(jī)潤滑油、密封油、頂軸油、盤車系統(tǒng)已正常運行。

熱態(tài)沖轉(zhuǎn)汽動給水泵小汽輪機(jī)排氣溫度易超過120℃，造成汽動給水泵軸承振動超限跳閘，延長機(jī)組啟動時間。因此，要控制好沖轉(zhuǎn)參數(shù)、縮短暖機(jī)時間、提高升速率、快速通過小汽輪機(jī)臨界轉(zhuǎn)速。同時，在使用鄰機(jī)輔汽供小汽輪機(jī)運行至切換到本機(jī)汽源前，小汽輪機(jī)排汽做功后直接排入主汽輪機(jī)凝汽器，造成熱井水位過高，為維持熱井正常水位，勢必將凝結(jié)水直接排掉，增加鄰機(jī)補水率。

另一方面，因無電動給水泵備用，機(jī)組可靠性相對降低。若汽動給水泵故障跳閘，給水流量低，鍋爐主燃料跳閘(master fuel trip，MFT)動作，將增加機(jī)組非正常停運次數(shù)。

4 東方電廠純汽動給水泵啟停機(jī)組應(yīng)用實例

4.1 純汽動給水泵啟動機(jī)組調(diào)試運行情況

2012年2月10日，華能東方電廠3號機(jī)組首次采用鄰機(jī)輔汽沖轉(zhuǎn)小汽輪機(jī)并完成給水泵汽輪機(jī)電液(micro electro hydraulic，MEH)控制系統(tǒng)、汽輪機(jī)安全監(jiān)測儀表系統(tǒng) (turbinesupervisory instrumentation，TSI)電超速實驗。

2012年2月11日，首次啟動汽動給水泵，目標(biāo)轉(zhuǎn)速600 r/min運行10 min，對汽動給水泵本體碰摩及各參數(shù)檢查正常。

2012年2月12日，再次沖轉(zhuǎn)汽動給水泵至3000 r/min最小流量再循環(huán)運行，通過臨界轉(zhuǎn)速時汽動給水泵最大振動峰值為小汽輪機(jī)前軸承x方向的振動值57.2 μm，并完成小汽輪機(jī)MEH控制系統(tǒng)調(diào)試。

2012年3月20日，汽動給水泵首次給鍋爐上水、冷熱態(tài)清洗、升溫升壓、機(jī)組沖轉(zhuǎn)、暖機(jī)、并網(wǎng)低負(fù)荷暖機(jī)、升負(fù)荷完成小汽輪機(jī)汽源切換。

2012年4月6日，機(jī)組首次350MW穩(wěn)定運行，汽動給水泵滿出力運行，汽動給水泵軸承振動、溫度、油溫各參數(shù)良好。小汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)各階段參數(shù)如表2所示。

表2 小汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)各階段參數(shù)Tab.2 Parameters of small turbine in turning stage

4.2 純汽動給水泵啟動操作要點

(1)一期輔汽系統(tǒng)采用母管制，為小汽機(jī)汽源提供可靠的保證，實現(xiàn)全程純汽動給水泵機(jī)組冷態(tài)啟動。首先，沖轉(zhuǎn)小汽輪機(jī)前確認(rèn)汽機(jī)側(cè)所有系統(tǒng)投運正常，調(diào)整輔汽供汽電動門開度，暖管、疏水直至小汽輪機(jī)主汽門壓力、溫度達(dá)到?jīng)_轉(zhuǎn)條件。然后小汽輪機(jī)掛閘、沖轉(zhuǎn)、暖機(jī)，以汽動給水泵偏心度小于35 μm為暖機(jī)結(jié)束條件。暖機(jī)結(jié)束后小汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速升至3000 r/min，小汽輪機(jī)投鍋爐自動，汽動給水泵再循環(huán)全開。

(2)鍋爐上水冷熱態(tài)清洗。全開主給水旁路調(diào)節(jié)閥前、后電動閥，通過調(diào)節(jié)閥控制上水速度對鍋爐進(jìn)行冷態(tài)清洗。爐水水質(zhì)合格后鍋爐點火、升溫升壓、分離器出口溫度達(dá)190℃時，維持給水流量330 t/h進(jìn)行熱態(tài)清洗。給水流量、分離器水位通過汽動給水泵轉(zhuǎn)速、給水旁路調(diào)節(jié)閥、沖洗閥靈活調(diào)節(jié)。

(3)機(jī)組并網(wǎng)帶負(fù)荷至175 MW。機(jī)組并網(wǎng)低負(fù)荷運行期間確保臨機(jī)輔汽參數(shù)正常，逐漸調(diào)整水煤比使負(fù)荷增至175 MW，控制分離器低水位，維持過熱度2～6℃，分離器濕態(tài)轉(zhuǎn)干態(tài)運行。同時汽源管路暖管、備用。在整個過程中，通過汽動給水泵轉(zhuǎn)速、給水旁路調(diào)節(jié)閥控制給水母管壓力、分離器水位，注意將給水旁路閥前、后差壓控制在1～2 MPa。

(4)小汽輪機(jī)汽源切換切換。當(dāng)再熱冷段(下稱冷再)壓力≥1 MPa時，將輔聯(lián)汽源切至本機(jī)冷再，逐漸降低鄰機(jī)輔汽壓力，直至完全由本機(jī)冷再供汽。當(dāng)四抽壓力達(dá)到0.5 MPa后調(diào)整冷再供汽壓力，將小汽輪機(jī)汽源切換至四抽。切換過程中應(yīng)注意蒸汽壓力、溫度相匹配、疏水，要監(jiān)視小汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速、給水流量、金屬部件溫度變化情況等。汽源切換正常后，關(guān)閉一期輔汽供3號機(jī)組輔汽聯(lián)絡(luò)門，電動門前、后疏水門開啟，暖管備用。按調(diào)度指令負(fù)荷增至350MW，順利完成純汽動給水泵機(jī)組啟動。

4.3 純汽動給水泵停運操作步驟

(1)機(jī)組負(fù)荷減至175 MW。開啟一期輔汽母管供3號機(jī)組輔汽聯(lián)絡(luò)門，將3號機(jī)輔聯(lián)汽源切至鄰機(jī)輔汽，使兩者壓力、溫度相匹配。給水流量采用降汽動給水泵轉(zhuǎn)速和逐漸開啟汽動給水泵最小流量再循環(huán)閥的方法來靈活控制。

(2)繼續(xù)減負(fù)荷至20MW，鍋爐MFT，聯(lián)跳汽動給水泵，聯(lián)關(guān)小汽輪機(jī)供汽電動門、進(jìn)汽主汽門。

5 結(jié)語

取消電動給水泵系統(tǒng)，可減少電廠建設(shè)投資1050萬元，縮短機(jī)組建設(shè)周期，降低廠用電率。在機(jī)組啟動階段，采用汽動給水泵直接啟動機(jī)組有著明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，比電動給水泵更節(jié)能，通過機(jī)組啟動方式必要的控制與調(diào)整，純汽動給水泵能夠適應(yīng)機(jī)組啟動變化。運行實踐證明，華能東方電廠350MW超臨界機(jī)組純汽動給水泵啟動方式是安全、經(jīng)濟(jì)、可靠的，為同類機(jī)組的啟動及運行提供借鑒經(jīng)驗，在具備可靠啟動汽源的情況下可以嘗試進(jìn)行無電動給水泵啟停機(jī)組。

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