電站給水泵汽輪機在主機低負荷工況運行時的經(jīng)濟特性分析

張 冰

（寧夏大唐國際大壩發(fā)電有限責任公司，寧夏 青銅峽 751607）

0 引言

為了使給水泵汽輪機在主汽輪機低負荷工況是能夠正常的工作，就必須采用某種措施使其保證發(fā)出足夠的功率來驅(qū)動給水泵，而不至于使系統(tǒng)瓦解。通常，在主汽輪機低負荷工況運行時，給水泵汽輪機有以下幾種運行方式。

1 增加噴嘴面積

采用這種方式的給水泵汽輪機，其第一級噴嘴面積必須具有很大的富裕度，在主汽輪機抽汽參數(shù)下降的時候使給水泵汽輪機仍具有足夠的蒸汽流量驅(qū)動給水泵以保證要求的給水負荷。假如要求的主機負荷太低的話，主汽輪機抽汽參數(shù)就很低，給水泵汽輪機的有效焓降也就很小，額定工況運行的效率也就很低，從而影響了整個發(fā)電廠的熱效率。通常，凝汽式給水泵汽輪機的抽汽能維持正常運行的最低主機負荷的負荷點為40%，低于這個工況點，給水泵汽輪機在運行經(jīng)濟性和造價方面都將得不償失。所以，增大給水泵汽輪機的噴嘴面積對機組在低負荷運行的經(jīng)濟性和安全性有著一定的益處。

2 輔助電動給水泵

當主汽輪機的負荷降低到40%以下時，也可以有輔助電動泵來承擔部分或全部的承擔給水泵供水。實驗表明，在低負荷滑壓工況下泵組效率較定壓運行的泵組效率要小，（通常相差不大）汽耗率要大，但其給水泵汽輪機的耗汽量卻不相同，對于不同試驗工況下給水泵汽輪機的耗汽量的差異可分別計算其不同的耗汽量對汽輪機熱耗率的影響，然后確定各個工況下泵組的經(jīng)濟性差異。

通過對低負荷下泵組的不同組合方式，（雙汽泵運行、單汽泵運行、電泵備用和單汽泵運行汽泵備用）的優(yōu)化試驗，可以確定在不同負荷下汽動泵組的最佳配置方式，即：可以確定出雙汽泵運行和單汽泵與運行的轉(zhuǎn)換負荷點及汽泵和電泵不同備用方式的經(jīng)濟性。

從運行方式來看，汽動泵備用的運行工況下，備用泵在熱備用中保持轉(zhuǎn)速3000r/min以維持給水泵再循環(huán)流量，這樣備用泵必然要多消耗部分蒸汽流量，泵組汽耗量必然增大。因此，在低負荷下采用單泵運行，電泵備用的運行方式要比采用一泵運行、一泵備用的運行方式經(jīng)濟。但是，由于汽動泵起停會帶來一定的經(jīng)濟損失，所以單單根據(jù)負荷的變化來決定泵組的運行方式是不合理、不全面的。還應考慮到負荷變化持續(xù)的時間的長短，對于泵組來說，在低負荷期間，泵組汽泵被用比電泵備用多耗煤量的計算式為：

式中：Ng為汽輪機負荷；τ為低負荷運行時間；bt為汽泵備用時的煤耗率；bp為電泵備用時的煤耗率。

若汽泵起停的損失為△Btp，則可以確定汽泵備用和電泵備用運行方式的臨界時間為τcr。令△BL=△BQ，即可求得：

由此可知，只有當?shù)拓摵沙掷m(xù)時間大于臨界時間τcr時，改為電泵備用方式運行才是經(jīng)濟的，在負荷變化較為頻繁的情況下，就不太適合進行電泵和汽泵的切換。另外，電動泵備用方式的確定還應考慮到電動泵的容量問題，若電動泵的容量小于運行汽動泵，當運行汽動泵故障或跳閘后，短時間內(nèi)只能依靠電動泵聯(lián)動來維持主機運行，運行人員必須同時將機組負荷快速降至于電動泵容量相配的負荷，對于此時汽輪機的安全運行問題應予充分的考慮。此時，汽動給水泵的可靠性與運行人員能否正確處理異常情況密切相關，因此，僅僅依靠優(yōu)化試驗的結(jié)果來確定給水泵組的經(jīng)濟運行方式是不夠的，還應充分考慮到泵組的安全運行問題。

在采用輔助電動給水泵的系統(tǒng)中，由于電動給水泵與汽動給水泵的控制給水流量的方式不同，因此理想的運行方式是讓電動泵全容量工作，而用汽動泵來調(diào)整給水流量，但是這樣機組的經(jīng)濟性就降低了。

3 采用高壓補汽的方式

高壓補汽方式就是指的汽源的切換方式，一般分為兩種：一是高壓蒸汽內(nèi)切換，二是高壓蒸汽外切換。

主汽輪機在工作時，無論是定壓運行或滑壓運行，給水泵汽輪機的抽汽來自主汽輪機的哪一個抽汽口以及采用的哪種配汽方式。當機組負荷下降的時候，對于給水泵汽輪機來說，必然要有一個汽源切換的過程，在這個過程中就必須考慮到主汽輪機在多少負荷的時候才進行汽源切換。為了使主汽輪機能夠在更低的負荷下工作，就必須將供汽切換到更高的壓力點上，來保證給水泵汽輪機的正常運行。這個工作點叫做切換點。對于汽源切換計算必須避開鍋爐給水泵的小流量不穩(wěn)定區(qū)域與汽輪機的臨界轉(zhuǎn)速區(qū)域。

3.1 高壓蒸汽內(nèi)切換

高壓蒸汽內(nèi)切換方式與外切換方式類似，所不同的是，它的高壓蒸汽內(nèi)切換有兩個彼此獨立的蒸汽室和相應的配汽系統(tǒng)，他們分別與低壓汽源及高壓汽源相聯(lián)。

3.2 高壓蒸汽外切換

在給水泵汽輪機達到切換點時，要把給水泵汽輪機的供汽點有壓力較低的抽汽口大改換到壓力較高的抽汽口，則可繼續(xù)維持其低壓負荷下運行。

3.3 新汽內(nèi)切換

采用鍋爐新汽內(nèi)切換時，需要設置兩組獨立的噴嘴組，一組接受來自主汽輪機的抽汽口的蒸汽，另一組接受來自鍋爐的新蒸汽。分別稱為低壓噴嘴組和高壓噴嘴組。

3.4 輔助電動泵切換

主汽輪機的負荷降到切換點時，有輔助電動泵承擔一部分或全部給水泵負荷，這種切換方式可以使主汽輪機的負荷一直降到零，但與其他切換方式相比，輔助電動泵切換要增加電廠的附加設備投資，一般不采用。

4 備用汽源的合理選擇

給水泵汽輪機的備用汽源有兩種選擇，一種是鍋爐新蒸汽，另一種是在再熱汽冷端蒸汽。備用汽源的目的就是為了在40%額定負荷下滿足鍋爐給水泵所需功率的要求，采用新蒸汽作為備用汽源可以使主機負荷降到零。但是，存在著汽源切換擾動大、高、低汽源溫度偏差過大，排汽溫度高而引起轉(zhuǎn)子不對中以及備用時易泄漏一些列問題，而且從經(jīng)濟性和結(jié)構(gòu)設計的合理性而言，這種選擇既浪費了能源又使機組造價大大提高。采用再熱器冷端蒸汽作為備用汽源，只能使機組負荷降到10%的額定負荷，當機組要繼續(xù)降低負荷時，必須借助新蒸汽。這樣使供汽系統(tǒng)復雜化，但這只是對于只采用汽動給水泵的機組而言。而我國300MW機組除了兩臺汽動泵以外，還備用一臺電動給水泵，這樣當機組負荷降到一定程度可以采用電動給水泵向鍋爐供水。

因此，對于我國300MW機組來說，采用再熱器冷端蒸汽作為備用汽源就不存在機組負荷在10%額定負荷以下要投入新蒸汽而使系統(tǒng)復雜化的問題。正好相反，采用再熱器冷端蒸汽作為備用汽源可以省去輸送新蒸汽去給水泵汽輪機所需的管道，使供汽系統(tǒng)簡單化，利于電廠管道布置，減少投資，同時也提高了機組的內(nèi)效率。另外，采用再熱器冷端蒸汽作為備用汽源，在高、低汽源切換時，再熱器冷端蒸汽壓力為1.431MPa，溫度為320℃，四段抽汽的壓力為0.315MPa，溫度為 323℃。這既不會因壓差過大而引起汽源切換時的擾動現(xiàn)象，也不會因兩汽源的溫差過大而引起汽室較大的熱應力，排汽溫度也不會太高。這樣就避免了轉(zhuǎn)子的不對中和凝汽器工作的惡化。

5 結(jié)束語

總之，提高了鍋爐給水泵汽輪機的效率，同時也就是提高了給水泵效率，降低了給水泵的耗功，降低了廠用電，提高了整個熱力系統(tǒng)的經(jīng)濟性。所以，在火電廠中，給水泵汽輪機的分析不僅對小汽機機是現(xiàn)在要進行的研究課題，對機組的經(jīng)濟性提高也具有重要現(xiàn)實意義。

[1]王錦榮，吳日舜.鍋爐給水泵的經(jīng)濟運行和改進[M].水利電力出版社，1991.

[2]游永坤，姚華.國產(chǎn)200MW機組改汽動給水泵熱經(jīng)濟性對比分析[J].華北電力技術，1999（09）：1-3.