600 MW 發(fā)電機(jī)組采用汽動給水泵優(yōu)化運(yùn)行的優(yōu)勢

王 鋮

(晉能集團(tuán)嘉節(jié)燃?xì)鉄犭?，山?太原 030032)

根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)，鍋爐點(diǎn)火、煮爐、吹管時(shí)，主汽機(jī)尚在安裝，凝汽器系統(tǒng)無法正常投運(yùn)，如果不設(shè)電動給水泵組，就只能等主機(jī)凝汽器及循環(huán)水系統(tǒng)可投用后才能使用汽動給水泵向鍋爐上水。因此，目前國內(nèi)600 MW 機(jī)組給水泵的配置模式大多為2 臺50%汽動給水泵和1 臺25%～30%調(diào)速電動給水泵。

鑒于省內(nèi)一些大型電廠例如兆光、瑞光、軒崗電廠等都有了直接用汽動給水泵啟動獲得成功的經(jīng)驗(yàn)，考慮到單元制機(jī)組相鄰機(jī)組供應(yīng)輔助蒸汽，可由輔助蒸汽向給水泵汽輪機(jī)供汽，來驅(qū)動給水泵汽輪機(jī)啟動。由此，可進(jìn)一步省去30%電動啟動給水泵。山西兆光電廠二期1 號、2 號汽輪機(jī)均由上海汽輪機(jī)廠設(shè)計(jì)出廠，機(jī)組額定容量為600 MW，鍋爐給水系統(tǒng)配置為2 臺50%額定容量汽動給水泵(以下簡稱汽泵)和1 臺50%額定容量的電動給水泵(以下簡稱電泵)。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，2 臺汽泵保持連續(xù)運(yùn)行，電泵只在機(jī)組啟?；蛘咂霉收蠒r(shí)使用，正常時(shí)作為備用。

給水泵汽輪機(jī)汽源設(shè)計(jì)有3 路:主蒸汽、4 段抽汽和低壓輔助蒸汽，輔助蒸汽只在機(jī)組調(diào)試期間使用，其余時(shí)間不使用。給水泵汽輪機(jī)在機(jī)組負(fù)荷小于40%額定負(fù)荷時(shí)使用主蒸汽供汽，而機(jī)組負(fù)荷大于40%額定負(fù)荷時(shí)自動內(nèi)切換到4 段抽汽供汽。

為了實(shí)現(xiàn)安全、穩(wěn)定、節(jié)能的運(yùn)行方式，結(jié)合本人的工作經(jīng)歷現(xiàn)將600 MW 發(fā)電機(jī)組采用汽動給水泵的優(yōu)化運(yùn)行的優(yōu)勢作如下介紹。

1 采用汽動給水泵和電動給水泵的特點(diǎn)

無論是哪種類型的給水泵都必須保證其出口壓力。給水泵的出口壓力主要決定于鍋爐的工作壓力，此外給水泵的出水還必須克服以下阻力:給水管道以及閥門的阻力，各級加熱器的阻力，給水調(diào)門的阻力，各級省煤器的阻力，鍋爐進(jìn)水口和給水泵出水口間的靜給水高度，給水泵出口壓力最小值應(yīng)為鍋爐最大壓力的1.25 倍。拖動方式常見的有電動機(jī)拖動和小汽輪機(jī)拖動兩種［2］。

1.1 電動調(diào)速給水泵

電動給水泵為適應(yīng)負(fù)荷變化，一般采用變速調(diào)節(jié)方式。變速調(diào)節(jié)需要設(shè)置液力偶合器來進(jìn)行，液力偶合器是利用工作油傳遞轉(zhuǎn)矩，泵輪與渦輪不直接接觸，無磨損，可隔離電動機(jī)和泵的振動，減小沖擊，利用快速充、排油能做到空載離合，降低起動電流，無級調(diào)速，調(diào)速范圍25%～100%，適應(yīng)汽輪發(fā)電機(jī)組的啟、停和大范圍負(fù)荷變化及滑參數(shù)運(yùn)行的需要，控制方便，可通過手動、遙控及自動進(jìn)行控制［1］。300 MW 以上機(jī)組的電動調(diào)速給水泵，其啟動電流大，耗用的廠用電多，(目前大機(jī)組所用給水泵多為國外進(jìn)口)故其經(jīng)濟(jì)性差。與汽動給水泵相比，其優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡單。

1.2 汽動給水泵

汽動給水泵，是通過一臺單獨(dú)的小汽輪機(jī)驅(qū)動的給水泵。該汽機(jī)從抽汽管道上抽取蒸汽，通過小汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)動來帶動給水泵，泵的轉(zhuǎn)速是通過調(diào)節(jié)小汽輪機(jī)的進(jìn)氣量來實(shí)現(xiàn)的。小汽輪機(jī)可采用凝汽式、背壓式。小汽輪機(jī)的正常運(yùn)行，需要相應(yīng)的汽、水管道系統(tǒng)，調(diào)速系統(tǒng)，備用汽源等［2］。

2 采用小型汽動給水泵的優(yōu)勢及必要性

2.1 用小型汽動給水泵有如下優(yōu)勢

1)小型汽泵可根據(jù)給水泵需要采用高轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)速可從2 800 r/min 提高到6 000 r/min)變速調(diào)節(jié)，高轉(zhuǎn)速可使給水泵的級數(shù)減少，重量減輕，轉(zhuǎn)動部分剛度增大，效率提高，可靠性增加，改變給水泵轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)給水流量比節(jié)流調(diào)節(jié)經(jīng)濟(jì)性更高，消除了閥門因長期節(jié)流而造成的磨損，同時(shí)簡化了給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)，調(diào)節(jié)方便［4］;

2)大型機(jī)組電動給水泵耗電量約占全部廠用電量的40%左右，采用汽動給水泵后，可以減少廠用電，使整個(gè)機(jī)組向外多供5%～6%的電量;

3)大型機(jī)組采用小汽輪機(jī)帶動給水泵后，可提高機(jī)組的熱效率0.3%～0.7%。從投資和運(yùn)行角度看，大型電動機(jī)加上升速齒輪液力耦合聯(lián)軸器及電氣控制設(shè)備的投資比小型汽輪機(jī)還貴，而且大型電動機(jī)起動電流大，對廠用電系統(tǒng)運(yùn)行安全十分不利。

2.2 汽泵代替電泵的必要性

電泵一般是火電廠中功率最大的輔機(jī)，在機(jī)組啟動、停機(jī)過程中消耗了大量的廠用電。冷態(tài)啟動過程中一般需要運(yùn)行電泵8 h～10 h 以上，機(jī)組停機(jī)過程中需要運(yùn)行長達(dá)5 h以上。如果考慮到鍋爐加藥保養(yǎng)、大小修前燒空原煤倉和粉倉，則運(yùn)行時(shí)間更長，一般為8 h 以上。電泵功率高，啟動電流大，啟動瞬間將對廠用電系統(tǒng)產(chǎn)生較大的沖擊，易造成6 kV 廠用電母線電壓降低，對全廠電氣設(shè)備的安全運(yùn)行造成一定影響，甚至造成低電壓保護(hù)動作。兆光電廠就曾發(fā)生因啟動電泵時(shí)造成6 kV 段母線電壓過低、廠用電自動切換的事故，在切換過程中部分磨煤機(jī)變頻器失電，磨煤機(jī)跳閘，送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)發(fā)生擺動，負(fù)壓波動以至鍋爐滅火。使用電動給水泵，在機(jī)組啟動、停機(jī)過程中，如果電泵發(fā)生故障，將造成鍋爐給水中斷，對機(jī)組運(yùn)行安全可靠性來說是一種隱患。由于電泵本身設(shè)備復(fù)雜，一旦發(fā)生電源故障或者設(shè)備故障，短時(shí)間很難恢復(fù)，這將造成機(jī)組啟動時(shí)間大幅度延長或者無法正常運(yùn)行，影響機(jī)組帶負(fù)荷能力或者影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，機(jī)組的可靠性評分將大大降低。

但是汽輪機(jī)存在啟動時(shí)間長，有暖機(jī)沖轉(zhuǎn)等過程，汽水管路復(fù)雜，還需要備用汽源等，因此針對汽輪機(jī)驅(qū)動給水泵的不足之處做了如下改進(jìn):

1)獨(dú)立供油系統(tǒng)

大型機(jī)組配套的給水泵一般都有獨(dú)立的供油系統(tǒng)，主要由主油泵、輔助油泵、油濾網(wǎng)、冷油器、油箱及其管道、閥門組成。正常運(yùn)行時(shí)由主油泵供油，啟動和停泵時(shí)由輔助油泵供油。

2)設(shè)置中間抽頭

現(xiàn)代大功率機(jī)組，為了提高經(jīng)濟(jì)性，減少輔助水泵，往往采取從給水泵的中間級抽取一部分水量作為鍋爐的減溫水(主要是再熱器的減溫水)。

3)設(shè)置前置泵

大型機(jī)組汽動給水泵的流量很大，而受廠房布置限制，除氧器和給水泵進(jìn)口的位差很大不能保證必要的汽蝕余量，所以增加前置泵提高給水泵進(jìn)口壓力防止汽蝕。

3 電動給水泵與汽動給水前置泵比較

比較電動給水泵與汽動給水前置泵所耗電量對機(jī)組啟動經(jīng)濟(jì)性的影響(以一天為例)。

1)電動給水泵耗電量計(jì)算:

Q1=UI×1.732 ×0.85=6 kV×968 A×1.732 ×0.85=8 550.537 6 kW

Q 總=Q1×h=8 550.537 6×24=205 212.902 4 kW·h。

(其中Q1 為電動給水泵每小時(shí)功率，U 為電壓，I 為電動給水泵電流;以額定電流為968 A［5］計(jì)算Q 總為24 h 電量)

2)汽動給水泵前置泵耗電量計(jì)算:

Q2=UI×1.732×0.85=6 kV×65.1 A×1.732 ×0.85=575.041 32 kW

Q3=Q2×h=575.041 32 kW×24 h=13 800.99 kW·h。

(其中U 為電壓，I 為前置泵電流，以額定電流為65.1 A［5］計(jì)算，Q2 為前置泵每小時(shí)功率，Q3 為前置泵24 h 總電量)

電動給水泵與前置泵耗電量差值計(jì)算:

Q 差=Q 總－ Q3=205 212.902 4－ 13 800.99=191 411.912 4 kW·h

Q 差為電動給水泵與B 前置泵比較后消耗電量差值;以目前電廠供電標(biāo)煤煤耗平均360 g/kW·h 計(jì)算減少標(biāo)煤耗煤量。

D=Q 差×360/1 000=×360/1 000=68 908.288 kg=68.908 t。

D 為電動給水泵多消耗電量折合為標(biāo)煤煤量。

4 汽動給水泵系統(tǒng)應(yīng)用及制造水平現(xiàn)狀

國內(nèi)火電機(jī)組中，各等級火力發(fā)電機(jī)組的汽動給水泵系統(tǒng)和工業(yè)汽輪機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)十分成熟:

1)300 MW 以上等級的發(fā)電機(jī)組，一般都采用2 臺50%容量的小汽輪機(jī)拖動鍋爐給水泵。汽源采用汽輪機(jī)本體汽缸第四段抽汽，并且有高壓汽源補(bǔ)充和切換功能以實(shí)現(xiàn)低負(fù)荷穩(wěn)定供汽［3］。

2)200 MW 以下等級的發(fā)電機(jī)組，原設(shè)計(jì)鍋爐給水泵采用電動機(jī)拖動，往往帶液力偶合器調(diào)速。但在近階段的200 MW 機(jī)組增容改造中，已采用1 ×100%汽輪機(jī)拖動鍋爐給水泵的案例(如國電大同第二發(fā)電廠)，小汽輪機(jī)汽源用汽缸第四級抽汽，并有高壓蒸汽作為低負(fù)荷時(shí)補(bǔ)充。

近年來，各大工業(yè)用汽輪機(jī)制造廠如杭州汽輪機(jī)廠、青島汽輪機(jī)廠在引進(jìn)、消化國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，在小汽輪機(jī)制造方面有了進(jìn)步，安全可靠性、效率和純電調(diào)節(jié)的品質(zhì)等日漸成熟和提高。

5 結(jié)論

通過一系列的討論和方案優(yōu)化，給水泵采用小汽輪機(jī)驅(qū)動是合理的，熱力系統(tǒng)是安全穩(wěn)定的，節(jié)約的廠用電等于新增了發(fā)電量，而且全部能上網(wǎng)獲得主營收入，其意義相當(dāng)于主機(jī)增容改造，節(jié)約了大量廠用電的同時(shí)創(chuàng)造更多的效益。

歸納主要有以下優(yōu)點(diǎn):

1)可提高機(jī)組熱效率。

2)不耗廠用電，因而可增加對外的供電量。

3)當(dāng)電力系統(tǒng)故障或全廠停電時(shí)，可保證鍋爐供水不間斷，提高了電廠的可靠性。

4)從投資和運(yùn)行角度看，大型電動機(jī)加上升速齒輪液力聯(lián)軸器及電氣控制設(shè)備比小型汽輪機(jī)還貴，且大型電動機(jī)起動電流大，對廠用電系統(tǒng)運(yùn)行不利。

5)在條件具備的情況下，采用汽動給水泵能節(jié)約大量電能，提高全廠的熱經(jīng)濟(jì)性和效益，值得推廣。

［1］肖興和.火電廠水泵調(diào)速經(jīng)濟(jì)運(yùn)行問題研究［J］.水泵技術(shù)，1990(2):27－34.

［2］洪波，楊自奮，李琴.火電廠并聯(lián)運(yùn)行鍋爐給水泵的優(yōu)化運(yùn)行［J］.水泵技術(shù)，2995(2):16－21.

［3］王錦榮.鍋爐給水泵的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及改造［M］.北京:水利電力出版社，1991.

［4］劉吉祥.鍋爐給水泵幾種調(diào)整運(yùn)行方式的比較［J］.電站輔機(jī)，2004(4):22－25.

［5］山西兆光發(fā)電有限責(zé)任公司.600 MW 集控運(yùn)行規(guī)程.