火力發(fā)電廠汽輪機(jī)驅(qū)動給水泵節(jié)能分析

鄭彥俊

（嘉峪關(guān)宏晟電熱公司熱電分公司，甘肅嘉峪關(guān) 735100）

1 汽輪機(jī)驅(qū)動給水泵概述

火力發(fā)電廠一般將鍋爐產(chǎn)生的蒸汽回收利用，采用汽輪機(jī)將蒸汽回收，將蒸汽做功發(fā)電后排出，冷卻后通過冷清器引入熱力除氧器中，將凝結(jié)水中的氧氣通過鍋爐給水泵在此輸入鍋爐中，最終實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用的目標(biāo)。一般而言，鍋爐出口處的蒸汽壓力和溫度高于熱力除氧器出口處的蒸汽壓力和溫度，如果不經(jīng)過汽輪機(jī)給水泵，需要將前者的蒸汽壓力和溫度適當(dāng)?shù)亟档停３謨烧咂胶獠趴梢韵嗷鬏?，在此過程中會有部分能量被消耗掉。因此需要通過汽輪機(jī)給水泵來起到中轉(zhuǎn)作用，以此確保能量守恒，提高能源利用率。在操作汽輪機(jī)給水泵的過程中，需要根據(jù)運(yùn)行中的環(huán)境變化來控制速度，以此確保鍋爐可以源源不斷地供應(yīng)熱量，一般需要通過電解液調(diào)節(jié)系統(tǒng)來控制其運(yùn)行速度。該系統(tǒng)操作簡單，可調(diào)速的范圍廣，主要通過信號控制系統(tǒng)反饋裝置來操作的，汽輪機(jī)驅(qū)動給水泵基本原理主要為：先通過終端信號收集器將信號傳輸給調(diào)速器，后根據(jù)系統(tǒng)調(diào)節(jié)汽輪機(jī)主汽閥開口來控制進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽速度，并適當(dāng)?shù)卣{(diào)整汽輪機(jī)轉(zhuǎn)輪速度，以此來調(diào)節(jié)給水泵的流量[1]。

當(dāng)前，汽輪機(jī)給水泵和各種冷卻、控制調(diào)速系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備都已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在了相關(guān)企業(yè)中，汽輪機(jī)給水泵作為一種一體化集成技術(shù)，可以有效提高生產(chǎn)效率，簡化安裝程序?；鹆Πl(fā)電廠，也廣泛應(yīng)用了一體化集成設(shè)備系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由汽輪機(jī)主機(jī)、調(diào)速器和給水泵、油箱、冷卻器組成，安裝簡便，造型輕小，應(yīng)用效果佳。火力發(fā)電廠汽輪機(jī)驅(qū)動方式主要采用揚(yáng)程的方式，可以極大降低功率運(yùn)行限制，以此提高水泵機(jī)組功率運(yùn)行需求，當(dāng)鍋爐處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)時，汽輪機(jī)可以自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，以此保護(hù)水閥門不受影響。另外，給水泵和汽輪機(jī)是一體的，可以直接進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化，最終提高機(jī)組的運(yùn)行效率和能源利用率。當(dāng)前火力發(fā)電廠抽氣處理也是通過汽輪機(jī)機(jī)組來運(yùn)行的，以此降低的能源消耗。

汽輪機(jī)驅(qū)動給水泵可以將能量轉(zhuǎn)化過程中的熱能先轉(zhuǎn)化為電能、再轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，其傳統(tǒng)的模式是定速模式，后期通過技術(shù)改造，采用了變頻模式，該模式可以有效解決傳統(tǒng)模式的弊端和不足，也可以有效控制能量消耗率?？傊?，汽輪機(jī)主要將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，通過汽輪機(jī)主機(jī)進(jìn)氣量來控制給水泵的壓力，以此提高運(yùn)行效率降低能耗[2]。

2 火力發(fā)電廠汽輪機(jī)驅(qū)動給水泵節(jié)能分析

汽輪機(jī)給水泵供水過程中，可以自動調(diào)節(jié)汽輪機(jī)的功率，以此確保水泵驅(qū)動在額定功率內(nèi)，火力發(fā)電廠汽輪機(jī)工作時，先需要啟動汽輪機(jī)驅(qū)動給水泵，后將水泵中的水輸入鍋爐中，燃燒鍋爐，促使水蒸發(fā)為水蒸氣。在此過程中，汽輪機(jī)會自動控制功率和速度，并通過調(diào)系統(tǒng)控制給水泵中的水流速度，不僅可以確保鍋爐持續(xù)加熱，也可以提高熱能利用率，最終最大效率地節(jié)約了電能，有效控制了汽輪機(jī)的運(yùn)行負(fù)荷?；鹆Πl(fā)電廠汽輪機(jī)的運(yùn)行中關(guān)閉出水閥門時也會對冷水泵節(jié)流產(chǎn)生一定的影響，汽輪機(jī)在額定功率下，蒸汽以額定速度噴出，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速也是額定的，最終通過控制輪子速度減少汽輪機(jī)的熱能量消耗率，最終實(shí)現(xiàn)汽輪起驅(qū)動給水泵的節(jié)能目標(biāo)。另外，也可以通過改造水泵來提高效率，一方面可以先預(yù)測給水泵中的流量，通過水泵進(jìn)出流量和速度作為汽輪機(jī)測定數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)來調(diào)節(jié)汽輪機(jī)運(yùn)行功率，另一方面也可以在汽輪機(jī)驅(qū)動給水泵運(yùn)行前，先預(yù)測整個過程中的數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)差異來改造設(shè)備，以此控制能源消耗量。

汽輪機(jī)驅(qū)動給水泵系統(tǒng)也可能會出現(xiàn)人為操作失誤，因此需要做好系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的控制工作，避免出現(xiàn)能源浪費(fèi)現(xiàn)象，最終降低發(fā)電廠的運(yùn)行成本。其具體的性能表現(xiàn)如下：①大功率運(yùn)轉(zhuǎn)。汽輪機(jī)驅(qū)動給水泵可以優(yōu)化一體化設(shè)備水泵運(yùn)行方式，通過驅(qū)動裝置將汽輪機(jī)產(chǎn)生的熱能將水分氣化，以蒸汽作為驅(qū)動力來控制水泵閥門，不需要人工操作，提高了水泵的工作效率，有效避免了水泵運(yùn)行中的熱能損失，提高了節(jié)能效率。汽輪機(jī)本身轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速不受功率的影響，因此火力發(fā)電廠發(fā)電站運(yùn)行中可以適當(dāng)?shù)靥岣咂喒β?，以此確保水泵中的流量和水壓符合標(biāo)準(zhǔn)，以此實(shí)現(xiàn)大功率供電。②高效率的調(diào)節(jié)功能。汽輪機(jī)本身就具有一定的負(fù)荷變載作用，汽輪機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的熱能可以驅(qū)動水泵持續(xù)供水，以此調(diào)節(jié)鍋爐中的高低負(fù)荷變化，最終調(diào)節(jié)水泵中的水流速度，實(shí)現(xiàn)火力發(fā)電過程中的節(jié)流和控制目標(biāo)。汽輪機(jī)驅(qū)動水泵工作時，汽輪機(jī)主要通過調(diào)節(jié)水流速度和流量來保證汽輪機(jī)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，最終在汽輪機(jī)體轉(zhuǎn)速達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)上控制氣缸氣壓。由此可見，氣壓控制和調(diào)節(jié)，可以確保汽輪機(jī)根據(jù)火力發(fā)電廠實(shí)際生產(chǎn)需求來輸出發(fā)電量，在滿足電力需求的基礎(chǔ)上，提高電力利用效率[3]。

3 火力發(fā)電廠汽輪機(jī)驅(qū)動給水泵改造

3.1 案例分析

某火力發(fā)電企業(yè)循環(huán)流化床鍋爐總共6臺，電動能源給水泵總共6臺，為鍋爐提供水，背壓機(jī)組和背壓供熱機(jī)組各2臺，以此滿足火力發(fā)電企業(yè)日常生產(chǎn)供電、用熱需求，以上這些設(shè)備可以都可以有效提高發(fā)電企業(yè)用電效率。以上電動給水泵設(shè)備主要采用工頻電機(jī)組間接驅(qū)動方式進(jìn)行運(yùn)作的，因此無法有效控制水泵轉(zhuǎn)速，如果供熱負(fù)荷減小，會影響管道內(nèi)的水壓流速，因此需要企業(yè)加強(qiáng)給水泵改造力度，通過節(jié)能降低、延長設(shè)備使用時間，來提高電廠的總用電效率。

火力發(fā)電企業(yè)改造給水泵前，先需要綜合考慮各方面因素，遵循經(jīng)濟(jì)性和適用性原則來制定相關(guān)參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，以此給出多種方案：①運(yùn)用3臺給水泵和1臺變頻器，主要調(diào)節(jié)汽輪機(jī)的頻率，以此滿足鍋爐給水量和轉(zhuǎn)速要求，最終實(shí)現(xiàn)節(jié)電目標(biāo)，該方案的設(shè)備運(yùn)行預(yù)算成本為35萬元。②運(yùn)用3臺汽輪機(jī)驅(qū)動給水泵，考慮到設(shè)備運(yùn)行機(jī)組的不同，需要對各機(jī)組設(shè)備進(jìn)行改造，以保證整體運(yùn)行方式統(tǒng)一，改造后的安裝和維護(hù)費(fèi)用為20萬元。③優(yōu)化機(jī)組運(yùn)行方式，該方法是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)效的方法，通過以上方案綜合對比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，改造后的汽輪機(jī)驅(qū)動給水泵，預(yù)算成本遠(yuǎn)低于前者，因此可以選擇第三種方案。

3.2 運(yùn)行數(shù)據(jù)分析

驅(qū)動給水泵汽輪機(jī)型號、額定功率、額定進(jìn)汽壓力、汽耗率需要根據(jù)工作需要和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)試，當(dāng)鍋爐運(yùn)行臺數(shù)為5、4、3臺時，對汽輪機(jī)給水泵運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時測量，并將測量后數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、記錄（見表1）。

表1 汽輪機(jī)給水泵各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)

以上數(shù)據(jù)都考慮了火力發(fā)電廠汽輪機(jī)參數(shù)變化的影響，將進(jìn)排汽參數(shù)作為額定值，對表格的數(shù)據(jù)進(jìn)行了以下分析：第一，對汽輪機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)可以提高水泵汽輪機(jī)功率，節(jié)約熱能損失，負(fù)荷越低功率節(jié)約效率越高，相比較于2臺鍋爐運(yùn)行時的功能，節(jié)能效率極大提高。其原因主要是汽輪機(jī)運(yùn)動效率比電動機(jī)運(yùn)行效率高，且在定速運(yùn)行時需要及時調(diào)節(jié)閥門水流量，以此會造成水泵的水流損失。第二，汽輪機(jī)給水泵額定功率效率高，相比較于額定功率，其在汽輪機(jī)水泵組運(yùn)行時總效率降低值僅為5.30%，可見，汽輪機(jī)水泵組轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)后的運(yùn)行效率降低值較少。第三，采用公式計算出的給水泵流量高于鍋爐進(jìn)水流量，其主要因?yàn)楦郀t采用的是母管制高壓系統(tǒng)，如果對流量轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，會導(dǎo)致壓力大幅降低，無法滿足鍋爐供水流量需求，也無法保證鍋爐運(yùn)行安全。此時就需要通過水循環(huán)利用，確保給水泵揚(yáng)程方式可以滿足鍋爐高壓運(yùn)行需求，避免出現(xiàn)流量過大，導(dǎo)致水泵內(nèi)的水發(fā)生氣化現(xiàn)象。第四，對原來的汽輪機(jī)給水泵進(jìn)行改造升級后，有效節(jié)約了電功率和電費(fèi)，如果采用除氧器汽源壓差驅(qū)動汽輪機(jī)，可以節(jié)約運(yùn)行成本和人工成本，最終極大提高經(jīng)濟(jì)效益[4]。

3.3 汽輪機(jī)驅(qū)動水泵技術(shù)改進(jìn)

當(dāng)前，火力發(fā)電廠汽輪機(jī)水泵控制，主要對單元發(fā)電機(jī)組進(jìn)行調(diào)節(jié)，促使汽輪機(jī)實(shí)現(xiàn)高驅(qū)動化，最終整合水泵運(yùn)行中的分散單元，在推動輔助操作工藝的基礎(chǔ)上，更好的完善了水泵系統(tǒng)。隨著汽輪機(jī)驅(qū)動水泵技術(shù)的改進(jìn)和提升，火力發(fā)電廠設(shè)備自動化控制技術(shù)和水平極大提升，由此可見，加強(qiáng)設(shè)備控制可以有效推動設(shè)備自動化發(fā)展水平，也推動了汽輪機(jī)驅(qū)動水泵運(yùn)行中的操作工藝的提升。另外，想要確保電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，就需要采用多種系統(tǒng)檢測技術(shù)，尤其是信息監(jiān)控技術(shù)，以此對汽輪機(jī)進(jìn)行全方位調(diào)控，最終推動汽輪機(jī)驅(qū)動水泵系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。但是此過程中也會出現(xiàn)高耗能的問題，對此需要通過增加水泵的方法來提高汽輪機(jī)單位功耗中的做功數(shù)量，以此提高汽輪機(jī)運(yùn)行效率，最終降低能耗?；鹆Πl(fā)電廠在實(shí)際運(yùn)用中，一般需要根據(jù)汽輪機(jī)組的型號安裝水泵系統(tǒng)，考慮到水泵負(fù)荷范圍、運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速、汽輪機(jī)功率需求的不同，需要根據(jù)發(fā)電站實(shí)際情況，科學(xué)配置水泵，避免對水泵正常運(yùn)行產(chǎn)生影響。在改造汽輪機(jī)驅(qū)動水泵系統(tǒng)時，需要根據(jù)具體的運(yùn)行單元進(jìn)行分項(xiàng)改進(jìn)，比如增強(qiáng)水泵數(shù)量時，也應(yīng)該增加除氧器設(shè)備，并對除氧器進(jìn)行持續(xù)加熱，以此保證熱量充足，可以滿足汽輪機(jī)熱量利用需求，最終提高汽輪機(jī)驅(qū)動水泵運(yùn)行效率[5]。

4 結(jié)束語

隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，人們對火力發(fā)電方式也提出了新的要求，對此火力發(fā)電廠需要加強(qiáng)裝備改造和升級，在遵循經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能環(huán)保的基礎(chǔ)上，采用汽輪機(jī)驅(qū)動給水泵進(jìn)行發(fā)電，通過優(yōu)化能源轉(zhuǎn)化過程，降低能源消耗量，以此實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。該一體化裝備可以直接將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，在運(yùn)行中也可以自動調(diào)節(jié)水流和速度，以此提高火力發(fā)電廠設(shè)備運(yùn)行效率。