淺議大型火力發(fā)電機(jī)組汽動(dòng)給水泵的熱經(jīng)濟(jì)性

張　俊

（北京中電遠(yuǎn)方電力技術(shù)有限公司, 北京 100048）

淺議大型火力發(fā)電機(jī)組汽動(dòng)給水泵的熱經(jīng)濟(jì)性

張俊

（北京中電遠(yuǎn)方電力技術(shù)有限公司, 北京 100048）

摘要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，人民生活水平不斷提高，不僅對(duì)用電的“量”的需求提高了而且對(duì)電力服務(wù)的“質(zhì)”提出了更高的要求?；鹆Πl(fā)電機(jī)組作為一個(gè)熱力系統(tǒng)，為社會(huì)生產(chǎn)生活供電作出了巨大的貢獻(xiàn)。近年來(lái)，我國(guó)大型火力發(fā)電廠汽輪發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量和蒸汽參數(shù)不斷提高，主汽輪機(jī)運(yùn)行效率與熱力系統(tǒng)中各個(gè)輔機(jī)配置和形式直接決定了汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。汽動(dòng)給水泵作為大型火力發(fā)電廠重要的輔助設(shè)備，對(duì)整個(gè)機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性影響較大。筆者結(jié)合實(shí)際工作，對(duì)大型火力發(fā)電機(jī)組中汽動(dòng)給水泵的熱經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了分析，從而有效地提高整個(gè)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，對(duì)節(jié)能降耗具有十分重要的意義。

關(guān)鍵詞：大型火力發(fā)電廠；汽動(dòng)給水泵；熱經(jīng)濟(jì)性

1　引言

近年來(lái)，我國(guó)裝機(jī)容量不斷增大，大型火力發(fā)電機(jī)組作為電網(wǎng)中的主力軍，直接關(guān)系著我國(guó)社會(huì)生產(chǎn)生活用電。在火力發(fā)電機(jī)組中，給水泵驅(qū)動(dòng)著工質(zhì)的循環(huán)流動(dòng)，給水泵功率隨著機(jī)組容量增大而增大，其消耗的資源逐年增加，影響著火力發(fā)電廠的健康發(fā)展。給水泵常用驅(qū)動(dòng)方式有兩種，即電動(dòng)與汽動(dòng)。與電動(dòng)給水泵相比，汽動(dòng)給水泵剛度大、轉(zhuǎn)速高，運(yùn)行效率快，節(jié)流損失小且容量不受限制，能節(jié)約用電3％～5％，有利于整個(gè)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的提高。因此在大型火力發(fā)電廠中，充分利用汽動(dòng)給水泵加以輔助，在提高機(jī)組運(yùn)行安全性和可靠性的同時(shí)，避免因廠用電中斷而給鍋爐帶來(lái)缺水危險(xiǎn)。

2　大型火力發(fā)電機(jī)組汽動(dòng)給水泵熱經(jīng)濟(jì)性分析

目前世界各地煤炭?jī)r(jià)格持續(xù)上漲，熱電行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力日益激烈，迫使熱電企業(yè)必須在節(jié)能降耗上下功夫。在這樣的背景下，大多數(shù)火力發(fā)電廠對(duì)熱力系統(tǒng)進(jìn)行改造和優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)最大化經(jīng)濟(jì)效益。下文就火力發(fā)電機(jī)組汽動(dòng)給水泵的熱經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析，從而確保做功后排出蒸汽得到全部利用，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的發(fā)展目標(biāo)。

（1）給水泵效率變化對(duì)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性影響分析。在分析汽動(dòng)給水泵對(duì)整個(gè)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性影響時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，采用定性與定量結(jié)合方式，確保數(shù)據(jù)計(jì)算和分析的便捷性與準(zhǔn)確性。以小汽輪機(jī)使用低壓汽源為例，一旦汽動(dòng)給水泵運(yùn)行效率出現(xiàn)變化，那么給水泵焓升和小汽輪機(jī)進(jìn)汽系數(shù)也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。按照等效熱降理論，與設(shè)計(jì)工況相比給水泵效率變化引起的等效熱降變化增加量為：

若吸熱量保持不變，機(jī)組實(shí)際循環(huán)效率會(huì)發(fā)生一定的變化，機(jī)組消耗煤炭率為：△bb=δηib。

（2）小汽輪機(jī)效率變化對(duì)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的影響分析。以小汽輪機(jī)采用低壓汽源為例，與設(shè)計(jì)工況相比小汽輪機(jī)效率變化情況的等效熱降變化增加量為：△H=αf（hf-hn），kJ/kg。若吸熱量保持不變，機(jī)組實(shí)際循環(huán)效率會(huì)發(fā)生一定的變化，機(jī)組消耗煤炭率為：△bt=δηib。

（3）通過(guò)等效熱降法進(jìn)行局部定量分析可知，在給水泵對(duì)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性影響分析中，汽動(dòng)給水泵和給水泵汽輪機(jī)的效率發(fā)生變化時(shí)，均會(huì)對(duì)整個(gè)機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生一定的影響。給予兩者運(yùn)行效率相同的下降幅度時(shí)，給水泵汽輪機(jī)會(huì)造成更大的裝置循環(huán)效率下降幅度，主要原因是：在相同的流量下，給水泵的效率一旦下降，就會(huì)消耗更多的機(jī)械能，造成更多的能量損失，一些損失的能量被工質(zhì)吸收而溫度上升，給水泵后的第一個(gè)高壓加熱器會(huì)受此溫升的影響將部分抽汽排擠出去，這部分抽汽則需要在汽輪機(jī)中做更多的功，從而降低了汽輪機(jī)的效率：如果給水泵汽輪機(jī)的運(yùn)行效率下降，沒(méi)有被利用的能量會(huì)轉(zhuǎn)變成熱能，使給水泵汽輪機(jī)溫度升高，部分熱量被蒸汽吸收，使小機(jī)排汽溫度升高，實(shí)際做功量減少，從而使抽汽量增加，主汽輪機(jī)效率下降增大。

綜上所述，給水泵汽輪機(jī)的運(yùn)行特性對(duì)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的影響比汽動(dòng)給水泵的影響大。

（4）小機(jī)與主機(jī)一樣，都是以蒸汽的熱能為動(dòng)力的，其工作原理與主機(jī)類似，但小機(jī)是一種變參數(shù)，變轉(zhuǎn)速，變功率的原動(dòng)機(jī)。由變工況特性可知，主機(jī)功率基本與蒸汽流量成正比，由此，小機(jī)功率也基本上與主機(jī)流量成正比變化。主機(jī)功率變化，要保持汽泵的平穩(wěn)運(yùn)行，需要對(duì)小機(jī)進(jìn)汽進(jìn)行噴嘴配汽調(diào)節(jié)。隨著主機(jī)負(fù)荷下降，調(diào)節(jié)汽門逐個(gè)關(guān)閉，關(guān)到一定程度負(fù)荷繼續(xù)下降，調(diào)節(jié)汽門又逐個(gè)開(kāi)啟。隨著主機(jī)負(fù)荷繼續(xù)下降，小機(jī)功率已不能滿足給水需要，小機(jī)汽源由低壓切至高壓帶。因此汽動(dòng)給水泵在機(jī)組負(fù)荷變化時(shí)，其變參數(shù)，變轉(zhuǎn)速，變功率的汽動(dòng)調(diào)節(jié)方式通過(guò)對(duì)機(jī)組的抽汽量的改變，相比不使用電泵而節(jié)省的廠用電，更有利于機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

（5）不同負(fù)荷工況下，給水泵汽輪機(jī)和汽動(dòng)給水泵效率下降所引起的裝置效率的相對(duì)變化將逐漸增大。因?yàn)殡S著機(jī)組負(fù)荷的降低，當(dāng)汽動(dòng)給水泵和給水泵汽輪機(jī)效率下降幅度相同時(shí)，其效率變化所引起的等效熱降變化增大，又由于負(fù)荷降低時(shí)裝置循環(huán)效率降低，新蒸汽的做功能量降低，新蒸汽的等效熱降減少，而導(dǎo)致裝置效率的相對(duì)變化增大。

綜上所述，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷越低時(shí)，汽泵和小機(jī)效率下降幅度相同時(shí)所引起的汽輪機(jī)裝置效率相對(duì)變化越大，對(duì)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性影響也越大。

3　給水泵系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1汽動(dòng)給水泵

近年來(lái)，我國(guó)裝機(jī)容量、設(shè)備質(zhì)量逐漸提高，汽動(dòng)給水泵的臺(tái)數(shù)與容量也逐漸增加，對(duì)整個(gè)機(jī)組的作用越來(lái)越大。比如對(duì)600MW及以上機(jī)組運(yùn)行的給水泵，需要設(shè)置兩臺(tái)容量各為最大給水量50％的汽動(dòng)給水泵。目前我國(guó)大型火力發(fā)電廠機(jī)組多采用2臺(tái)、50％容量汽動(dòng)給水泵方案，個(gè)別采用1臺(tái)、100％容量汽動(dòng)給水泵方案。采用2臺(tái)、50％容量汽動(dòng)給水泵方案，若一臺(tái)汽動(dòng)給水泵出現(xiàn)故障無(wú)法運(yùn)行時(shí)，另外一臺(tái)給水泵能以65％左右的額定負(fù)荷運(yùn)行，不會(huì)對(duì)整個(gè)機(jī)組負(fù)荷造成太大的影響，具有安全性、可靠性及運(yùn)行靈活性等。采用1臺(tái)、100％容量汽動(dòng)給水泵方案，主機(jī)與泵負(fù)荷匹配，系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)單、調(diào)節(jié)方便等優(yōu)勢(shì)。但機(jī)組負(fù)荷下降至40％時(shí)，需要切換至備用汽源，確保整個(gè)機(jī)組正常運(yùn)行。因此熱電企業(yè)在設(shè)計(jì)給水泵方案時(shí)，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況，盡可能實(shí)現(xiàn)降低煤耗、提高熱經(jīng)濟(jì)性的目標(biāo)。

3.2汽泵前置泵布置方式

汽動(dòng)給水泵前置泵布置方式包括兩種，即同軸與不同軸布置。同軸汽動(dòng)給水泵組是前置泵和主泵同層布置，充分利用給水泵汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)作用。不同軸汽動(dòng)給水泵組是給水泵前置泵布置在零米層，需要采用單獨(dú)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。汽動(dòng)給水泵采用同軸與不同軸布置，主要有以下區(qū)別：

（1）同軸設(shè)置在運(yùn)轉(zhuǎn)層，直接利用給水泵汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，而不同軸前置泵在零米層，需要單獨(dú)設(shè)置電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，多了電動(dòng)機(jī)及相關(guān)配置，中、低壓給水管管道增長(zhǎng)。

（2）采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)能減少給水泵汽輪機(jī)進(jìn)汽量，進(jìn)入主汽輪機(jī)低壓缸進(jìn)汽量增加，主汽輪機(jī)低壓缸效率明顯大于給水泵汽輪機(jī)的效率。給水泵汽輪機(jī)省略了電動(dòng)機(jī)，用電量明顯減少，但總體來(lái)看，不同軸布置方式的全廠效率顯著大于同軸布置方式效率。

（3）前置泵布置在零米層，需要采用專門的單軌吊，低壓力、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電動(dòng)機(jī)檢修和維護(hù)工作量比給水泵汽輪機(jī)少。前置泵在運(yùn)轉(zhuǎn)層，采用汽輪機(jī)房行車進(jìn)行檢修，方便可靠；但給水泵汽輪機(jī)采用一帶主泵和前置泵布置形式，往往需要拆卸前置泵，導(dǎo)致檢修維護(hù)工作量增大。

因此在大型火力發(fā)電廠中，為確保整個(gè)熱力系統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)具體配置，采用汽動(dòng)給水泵輔助設(shè)備，并不斷優(yōu)化給水泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)，降低能耗，有效地提高火力發(fā)電機(jī)組汽動(dòng)給水泵的熱經(jīng)濟(jì)性。

4　結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛，能源資源不斷增加，火力機(jī)組建設(shè)為我國(guó)社會(huì)生產(chǎn)生活供電作出了巨大的貢獻(xiàn)。目前我國(guó)大型火力發(fā)電機(jī)組蒸汽參數(shù)不斷提高，給水泵作為整體熱力系統(tǒng)中重要的輔助設(shè)備，其機(jī)組額定功率比值相應(yīng)增大，給火力發(fā)電廠發(fā)展帶來(lái)了一系列的挑戰(zhàn)。汽動(dòng)給水泵具有轉(zhuǎn)速高、軸較短、剛度大等特點(diǎn)，不僅能提高機(jī)組運(yùn)行的可靠性，還能節(jié)約全廠用電，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。因此在火力發(fā)電廠中，企業(yè)應(yīng)根據(jù)自身生產(chǎn)與發(fā)展情況，采用科學(xué)合理地汽動(dòng)給水泵方案，盡可能提高機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性，實(shí)現(xiàn)最大化經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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