1 000 MW超超臨界機(jī)組無電動泵啟動方式探討

祁積滿

（廣東惠州平海發(fā)電廠有限公司，廣東 惠州 5163632）

1 000 MW超超臨界機(jī)組無電動泵啟動方式探討

祁積滿

（廣東惠州平海發(fā)電廠有限公司，廣東 惠州 5163632）

通過對汽動給水泵啟動方式的分析，在機(jī)組啟停過程中，由汽動給水泵代替電動給水泵運(yùn)行，不僅降低了機(jī)組廠用電率，更重要的是簡化了機(jī)組啟停操作，提高鍋爐給水系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

超超臨界機(jī)組；汽動給水泵；電動給水泵

隨著我國燃煤發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量的不斷增大，如何降低機(jī)組單位能耗，提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)水平，越來越受到發(fā)電企業(yè)的重視。某廠2×1 000 MW超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組的三大主機(jī)均由上海電氣集團(tuán)生產(chǎn)，其循環(huán)熱效率目前均處于國內(nèi)領(lǐng)先水平，但由于在機(jī)組啟停階段，仍采用傳統(tǒng)的電動給水泵（簡稱電動泵）啟停方式，大大增加了機(jī)組啟停階段的廠用電耗。

1 000 MW超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組采用無電動泵啟停時，機(jī)組經(jīng)濟(jì)性、安全性都較高。而隨著未來我國對燃煤發(fā)電機(jī)組節(jié)能要求的提高，掌握大容量發(fā)電機(jī)組無電動泵啟動方式，實(shí)現(xiàn)機(jī)組快速、平穩(wěn)、安全啟停就顯得尤為重要。

1 設(shè)備概況

某廠1 000 MW超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組給水系統(tǒng)采用的是在啟停階段啟動電動泵，正常運(yùn)行時啟動汽動給水泵（簡稱汽動泵）的方式。給水系統(tǒng)的作用是將除氧器中的除氧水通過給水泵送到鍋爐，同時提供高旁減溫水和過熱器一、二、三級減溫水，該廠給水系統(tǒng)簡圖如圖1所示。該廠給水系統(tǒng)采用單元制型式布置，每臺機(jī)組配備2臺50%額定容量的汽動泵，每臺汽動泵配1臺定速電動前置泵（簡稱汽前泵）。1臺30%額定容量，采用液力偶合器調(diào)速的電動泵，揚(yáng)程為1 418 m，用于機(jī)組啟停階段及低負(fù)荷期間鍋爐給水，其前置泵與電動泵用同一電機(jī)同軸驅(qū)動。

汽動給水泵的汽輪機(jī)為上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)，型號為ND（Z）89/84/06。該汽輪機(jī)為單缸、沖動式、單流、純凝汽式、高排汽內(nèi)切換，同時具備變參數(shù)、變轉(zhuǎn)速、變功率和能采用多種汽源切換等功能。該汽輪機(jī)汽源有冷段再熱蒸汽、四段抽汽和輔助蒸汽，第一臨界轉(zhuǎn)速為 2 245 r/min，可調(diào)轉(zhuǎn)速范圍為 2 650～6 000 r/min。

圖1 給水系統(tǒng)簡圖

2 機(jī)組無電動泵啟動過程分析

2.1 汽動泵再循環(huán)開啟試驗(yàn)

利用輔助蒸汽作為給水泵汽輪機(jī)汽源，在機(jī)組啟停階段不同工況下，全開汽動泵再循環(huán)閥，關(guān)閉汽動泵出口電動閥，逐步升高汽動泵轉(zhuǎn)速，從而探索出汽動泵轉(zhuǎn)速和汽動泵出口壓力之間的關(guān)系。

2.2 鍋爐上水

1 000 MW超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組冷態(tài)啟動點(diǎn)火前，鍋爐上水沖洗到具備點(diǎn)火條件約需4小時，鍋爐點(diǎn)火到并網(wǎng)帶穩(wěn)定燃燒工況負(fù)荷至少需要8小時。該廠在鍋爐點(diǎn)火前采用設(shè)計揚(yáng)程為132 m的獨(dú)立汽前泵進(jìn)行鍋爐上水，對鍋爐進(jìn)行冷態(tài)沖洗；在鍋爐點(diǎn)火前直接采用汽動泵向鍋爐上水，滿足鍋爐啟動流量要求；當(dāng)機(jī)組因故障停運(yùn)而采用熱態(tài)啟動時，直接利用輔助蒸汽沖轉(zhuǎn)給水泵汽輪機(jī)，滿足鍋爐快速啟動的給水流量要求。

2.3 汽動泵沖轉(zhuǎn)建立給水流量

利用鄰機(jī)輔助蒸汽啟動一臺給水泵汽輪機(jī)，鄰機(jī)輔助蒸汽根據(jù)機(jī)組負(fù)荷情況，及時投入冷段再熱蒸汽調(diào)節(jié)輔助蒸汽汽源，確保機(jī)組啟動過程中輔助蒸汽壓力大于0.7 MPa。將汽動泵轉(zhuǎn)速升至給水泵汽輪機(jī)臨界轉(zhuǎn)速2 500 r/m以上的安全區(qū)域，盡可能降低給水壓力和過熱器減溫水調(diào)節(jié)閥前后的差壓。

2.4 鍋爐啟動升壓階段

鍋爐啟動點(diǎn)火后，鍋爐內(nèi)蒸汽量逐漸增多，鍋爐內(nèi)壓力慢慢升高，進(jìn)入鍋爐升壓階段。給水調(diào)節(jié)閥后的壓力也慢慢升高，此時給水泵應(yīng)根據(jù)鍋爐的要求，結(jié)合給水調(diào)節(jié)閥的壓差限值（差壓不大于2 MPa），逐步提升運(yùn)行轉(zhuǎn)速。在給水泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)時要特別注意躲開小汽輪機(jī)的臨界轉(zhuǎn)速區(qū)域。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷升至一定值時，需把小汽輪機(jī)的汽源由輔助蒸汽聯(lián)箱切換由四段抽汽供給，一直到機(jī)組帶滿負(fù)荷。圖2所示為鍋爐啟動升壓階段給水調(diào)節(jié)閥開度、壓差及給水流量間關(guān)系。

圖2 鍋爐啟動升壓階段給水調(diào)節(jié)閥與給水流量關(guān)系

2.5 機(jī)組滑參數(shù)停運(yùn)階段

在機(jī)組滑參數(shù)停運(yùn)階段，全程使用汽動泵，不啟用電動泵。隨著鍋爐給水流量的下降，及時開啟汽動泵再循環(huán)閥，保證小汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速大于臨界轉(zhuǎn)速；及時開啟給水泵汽輪機(jī)排汽減溫水閥門，保證小汽輪機(jī)排汽溫度不大于90 ℃。

3 優(yōu)化機(jī)組給水泵啟動方式特點(diǎn)

機(jī)組啟動前使用汽前泵（1 000 kW）給鍋爐上水，對鍋爐進(jìn)行冷態(tài)沖洗。在鍋爐點(diǎn)火階段，為滿足鍋爐啟動流量要求，用汽動泵給鍋爐上水，機(jī)組啟動全程不開啟電動泵（6 200 kW），達(dá)到降低機(jī)組啟動電耗目的。

從安全性角度考慮，在機(jī)組啟停過程中若有電動泵作為備用，則當(dāng)汽動泵出現(xiàn)異常工況時，電動泵能夠迅速啟動保證鍋爐給水流量。反之，在使用電動泵啟停時，汽動泵組的啟動需要一定時間，無法起到隨時備用的作用。因此，在機(jī)組啟停過程中，采用無電動泵方式，提高了機(jī)組運(yùn)行的可靠性。

從機(jī)組運(yùn)行操作上分析，在鍋爐點(diǎn)火前沖轉(zhuǎn)第1臺汽動泵，直至機(jī)組負(fù)荷升至300 MW時沖轉(zhuǎn)第2臺汽動泵，在此期間都無需對給水泵進(jìn)行啟停操作。而這段時間恰恰是機(jī)組啟動過程中操作最為頻繁的時間段。因此，無電動泵啟動方式減少了運(yùn)行人員的操作量。

4 存在的問題及解決方法

4.1 給水泵汽輪機(jī)汽源

機(jī)組在啟停過程中完全使用汽動泵的條件是必須有外部汽源，在通常情況下，全廠機(jī)組全部停運(yùn)的可能性較小，因此，使用鄰機(jī)汽源完成本機(jī)組汽動泵啟動完全是滿足條件的。在極端情況下，比如全廠首臺機(jī)組啟動，可以使用啟動鍋爐提供汽源，因此，在任何工況下汽動泵都可以代替電動泵進(jìn)行機(jī)組啟停工作。

4.2 減溫水流量的控制

為了保證給水泵汽輪機(jī)的安全運(yùn)行，給水泵汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)以后，必須將其轉(zhuǎn)速控制在2 650 r/min以上（該汽輪機(jī)臨界轉(zhuǎn)速為2 202～2 300 r/min）。因此，汽動泵供水壓力較電動泵高，而鍋爐過熱器減溫水來自高壓加熱器出口給水，在機(jī)組啟停過程中需要投用減溫水時，因給水壓力較高，減溫水調(diào)節(jié)閥前后差壓偏高，過熱器減溫水調(diào)節(jié)閥不易控制，甚至保持較小的調(diào)節(jié)閥開度，而使減溫水流量非線性升高，導(dǎo)致過熱蒸汽溫度的突變。減溫水調(diào)節(jié)閥開度與流量關(guān)系如圖3所示。

圖3 減溫水調(diào)閥開度與流量關(guān)系

4.3 小汽輪機(jī)臨界轉(zhuǎn)速和排汽溫度

在給水泵調(diào)節(jié)過程中，為避免小汽輪機(jī)由于臨界轉(zhuǎn)速而導(dǎo)致振動的問題，一般限制給水泵轉(zhuǎn)速在2 245 r/min以上，所以在用給水泵向鍋爐上水時，一定要考慮到避開小汽輪機(jī)的臨界轉(zhuǎn)速。小汽輪機(jī)在低轉(zhuǎn)速運(yùn)行時，由于進(jìn)入的蒸汽流量較小，不足以帶走其末幾級由于鼓風(fēng)摩擦產(chǎn)生的熱量，此時使得小汽輪機(jī)的排汽溫度較高，嚴(yán)重時會影響小汽輪機(jī)的安全。所以在低轉(zhuǎn)速時，要及時對小汽輪機(jī)排汽缸進(jìn)行強(qiáng)制噴水減溫，同時采取適當(dāng)增大汽動泵的出水流量和開大汽動泵再循環(huán)閥的方式，將給水泵汽輪機(jī)的排汽溫度降至90 ℃以下。給水泵汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速與排汽溫度關(guān)系如圖4所示。

圖4 給水泵汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速與排汽溫度關(guān)系

4.4 鍋爐給水調(diào)節(jié)閥汽蝕控制

在給水調(diào)節(jié)過程中，若鍋爐給水調(diào)節(jié)閥前后壓差較大，將會不可避免地導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥閥芯汽蝕，操作中應(yīng)盡可能降低汽動泵出口壓力，開大給水調(diào)節(jié)閥，保證前后差壓不大于2 MPa，緩解給水調(diào)節(jié)閥汽蝕的程度。

5 結(jié)束語

通過對機(jī)組啟停過程中給水泵操作方法的改進(jìn)，不僅降低了電動泵的運(yùn)行時間，減小了電廠的廠用電率；同時，還可以使電動泵作為機(jī)組整個啟停過程中的備用泵，保證機(jī)組啟停過程的順利進(jìn)行。因此，1 000 MW超超臨界機(jī)組采用無電動泵啟停方案，有利于整個機(jī)組安全性和經(jīng)濟(jì)性的提高，對后面類似機(jī)組的給水系統(tǒng)設(shè)計具有一定的參考價值。

［1］ 楊敏媛. 火電廠動力設(shè)備［M］. 北京：中國水利電力出版社，1996.

［1］ 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.

A Study on the Start Mode of the 1000MW USC Unit Without an Electrically-driven Feed Pump

QI Ji-man
（Guangdong Huizhou Pinghai Power Plant Co., Ltd.of Guangdong Yudean Group Co., Ltd.，Huizhou Guangdong 516363，China）

Based on the analysis of the start mode of the 1000MW USC unit with a steam-driven feed pump，this article probes into a new start mode of replacing the electrically-driven feed pump with a steam-driven one during the start-stop process of the unit，which can reduce the station service power consumption rate，simplify the start-stop operation of the unit and enhance the security and economy of the operation of the water supply system of the boiler．

USC unit；steam-driven feed pump；electrically-driven feed pump

TM621

A

1008-8032（2015）06-0055-03

2015-09-04

祁積滿（1976-），工程師，主要從事火電廠運(yùn)行管理工作。