火電廠汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵節(jié)能研究

張 麒

（國(guó)能（泉州）熱電有限公司，泉州 362100）

在現(xiàn)代能源生產(chǎn)領(lǐng)域，火力發(fā)電廠扮演著重要角色，而汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵是其關(guān)鍵組成部件。文章深入探討汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵的工作原理及其在節(jié)能降耗、靈活性和穩(wěn)定性等方面的重要優(yōu)勢(shì)，通過(guò)案例分析和綜合分析，以期提高汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵能源利用效率，減少資源浪費(fèi)。

1 火力發(fā)電廠汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵的工作原理

火力發(fā)電廠通過(guò)鍋爐燃燒產(chǎn)生的高溫高壓蒸汽包含大量熱能，且這些蒸汽的壓力和溫度都高于給水泵的所需。在傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式中，蒸汽需要通過(guò)閥門等設(shè)備降壓、降溫，以滿足給水泵的需求，但過(guò)程中會(huì)損失部分能量[1]。采用汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵時(shí)，蒸汽被引入汽輪機(jī)，蒸汽的能量直接轉(zhuǎn)化為機(jī)械能推動(dòng)汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)。汽輪機(jī)是一個(gè)關(guān)鍵組件，可以根據(jù)需求智能控制汽輪機(jī)主汽閥的開口大小，以調(diào)整進(jìn)入系統(tǒng)的蒸汽速度，進(jìn)而調(diào)整汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，實(shí)現(xiàn)機(jī)械能直接轉(zhuǎn)化為給水泵的流量。系統(tǒng)配備了智能調(diào)速系統(tǒng)，可以根據(jù)實(shí)際需求智能調(diào)整水泵的運(yùn)行速度，確保供水的穩(wěn)定性。這種智能控制系統(tǒng)使得汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵能夠靈活適應(yīng)不同負(fù)荷狀態(tài)和環(huán)境變化，以保證水壓穩(wěn)定和電力供應(yīng)的可靠性。

2 汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵的優(yōu)點(diǎn)

2.1 節(jié)能降耗

汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵在節(jié)能降耗方面性能卓越，核心優(yōu)勢(shì)在于高效的能源利用效率。汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵以鍋爐產(chǎn)生的高溫高壓蒸汽為動(dòng)力源，將熱能直接轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，能夠顯著減少能量損失，有效提高系統(tǒng)的能源利用效率。

傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵需先將熱能轉(zhuǎn)化為電能，再用于驅(qū)動(dòng)給水泵。這個(gè)轉(zhuǎn)化過(guò)程不可避免地產(chǎn)生了電能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)化損耗，尤其在電動(dòng)機(jī)的效率和電纜輸電的阻力方面存在大量的能量損耗[2]。相比之下，汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵將這個(gè)過(guò)程的能耗最小化，直接利用高溫高壓蒸汽驅(qū)動(dòng)給水泵，避免了轉(zhuǎn)化損耗。此外，汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵具備智能調(diào)速系統(tǒng)，可以根據(jù)供水需求智能控制給水泵的運(yùn)行速度。在不同負(fù)荷狀態(tài)下，系統(tǒng)能夠自動(dòng)調(diào)整給水泵的運(yùn)行，確保水壓穩(wěn)定，同時(shí)最大限度地降低電廠的運(yùn)行成本。這種靈活性和自適應(yīng)性使得汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵能夠充分滿足電廠需求，進(jìn)一步提高了電廠的綜合用電效率。

2.2 靈活性和穩(wěn)定性

汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵具有卓越的靈活性和穩(wěn)定性，能夠自動(dòng)適應(yīng)不同負(fù)荷狀態(tài)，確保水壓穩(wěn)定，同時(shí)減少長(zhǎng)距離管道的壓力損失，提升系統(tǒng)的可靠性。

汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵的運(yùn)行負(fù)荷范圍較大，意味著可以在不同負(fù)荷狀態(tài)下自動(dòng)調(diào)整，確保水壓穩(wěn)定。無(wú)論是面臨高負(fù)荷還是低負(fù)荷，汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵都能夠有效滿足給水需求，不會(huì)出現(xiàn)供水不足或者過(guò)剩的情況。這種靈活性對(duì)于電廠應(yīng)對(duì)負(fù)荷波動(dòng)非常重要，能夠在不同生產(chǎn)需求下實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定運(yùn)行，減少能源浪費(fèi)，降低生產(chǎn)成本。另外，直接連接的設(shè)計(jì)減少了長(zhǎng)距離管道的壓力損失，提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。傳統(tǒng)的汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵通常需要長(zhǎng)距離的輸水管道，會(huì)導(dǎo)致水壓損失，增加系統(tǒng)運(yùn)行的不穩(wěn)定性。但是，汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵能夠?qū)⒔o水泵與汽輪機(jī)直接連接，減少了輸送過(guò)程中的損耗。這不僅提高了水泵效率，還降低了設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)，確保了電力供應(yīng)的可靠性。這一特性對(duì)于電廠的連續(xù)運(yùn)行至關(guān)重要，尤其是在面臨突發(fā)情況時(shí)，能夠穩(wěn)定供應(yīng)電力，保障電力系統(tǒng)安全運(yùn)行。

3 汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵的節(jié)能分析

3.1 熱能直接轉(zhuǎn)化

汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵是現(xiàn)代火力發(fā)電廠的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，節(jié)能特點(diǎn)在于熱能的直接轉(zhuǎn)化，為電廠實(shí)現(xiàn)高效的能源利用提供了強(qiáng)有力的支持。在火力發(fā)電廠中，燃料的燃燒產(chǎn)生大量的熱能，其中一部分用于產(chǎn)生蒸汽，另一部分被充分利用以提高發(fā)電效率。

傳統(tǒng)的汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵存在一定的能量損失。熱能先被轉(zhuǎn)化為電能，再轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，過(guò)程中伴隨有能量轉(zhuǎn)化效率的損失[3]。而汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵不同，通過(guò)將熱能直接轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，大大降低了能量損失。

這種節(jié)能特點(diǎn)可以進(jìn)一步通過(guò)調(diào)整汽輪機(jī)功率實(shí)現(xiàn)。因?yàn)槠啓C(jī)直接驅(qū)動(dòng)給水泵，通過(guò)控制汽輪機(jī)的運(yùn)行，可以智能調(diào)整給水泵的運(yùn)行速度，以滿足不同負(fù)荷的需求。這就意味著在負(fù)載較低時(shí)，可以降低給水泵的運(yùn)行速度，減少能量消耗，而在負(fù)載增加時(shí)，可以相應(yīng)提高給水泵的運(yùn)行速度，確保足夠的供水量。這種智能的控制方式可最大限度地提高給水泵的工作效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。

3.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)

自動(dòng)控制系統(tǒng)是汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵的一大亮點(diǎn)，為節(jié)能提供了強(qiáng)大支持。在現(xiàn)代火力發(fā)電廠中，電力需求和供冷需求會(huì)隨著外部環(huán)境和工作負(fù)載的變化不斷波動(dòng)[4]。在這種情況下，傳統(tǒng)的給水泵可能無(wú)法滿足精確的需求匹配，從而導(dǎo)致不必要的能量浪費(fèi)。汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵配備了智能調(diào)速系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并響應(yīng)外部環(huán)境條件的變化和電廠工作負(fù)載的波動(dòng)，從而精確控制給水泵的運(yùn)行速度。

自動(dòng)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵在于智能性，能夠根據(jù)實(shí)際情況動(dòng)態(tài)調(diào)整給水泵的運(yùn)行速度，確保需求與能力的精確匹配。例如，在高溫季節(jié)或高負(fù)載時(shí)，系統(tǒng)可以自動(dòng)提高給水泵的運(yùn)行速度，以滿足更大的需求。而在低負(fù)載或氣溫較低的情況下，系統(tǒng)則可以自動(dòng)降低給水泵的運(yùn)行速度，避免不必要的能量浪費(fèi)。這種自動(dòng)控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于它不受外部環(huán)境變化的干擾，可以在不同的氣候條件下和工作負(fù)載下持續(xù)高效運(yùn)行，即電廠可以在各種情況下實(shí)現(xiàn)最佳的節(jié)能效果，不僅降低了能源消耗，還減少了對(duì)環(huán)境的不利影響。

3.3 減少管道損失

汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵直接連接的特點(diǎn)為能源節(jié)約提供了支持，尤其是通過(guò)減少管道損失，可進(jìn)一步減少能源浪費(fèi)。

一方面，直接連接設(shè)計(jì)降低了管道的壓力損失。傳統(tǒng)的給水泵需要通過(guò)長(zhǎng)距離的管道輸送到達(dá)目標(biāo)位置，而在輸送過(guò)程中，由于管道摩擦、阻力和管道彎曲等，會(huì)產(chǎn)生能源損失。汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵采用直接連接的設(shè)計(jì)，無(wú)須通過(guò)長(zhǎng)距離的管道輸送，減少了管道對(duì)能源的消耗，提高了工作效率。

另一方面，通過(guò)優(yōu)化管道布局和維護(hù)，確保順暢供應(yīng)，進(jìn)一步減少了能源浪費(fèi)。在傳統(tǒng)系統(tǒng)中，如果管道布局不合理或者管道未定期維護(hù)，容易出現(xiàn)管道堵塞、漏水等問(wèn)題。這不僅易導(dǎo)致能源浪費(fèi)，還可能對(duì)系統(tǒng)的可靠性造成威脅。汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵采用直接連接方式，縮短了管道長(zhǎng)度，降低了管道的復(fù)雜性，使得管道更易布局和維護(hù)，最大限度地減少了能源浪費(fèi)。

3.4 數(shù)據(jù)分析和改進(jìn)

數(shù)據(jù)分析和改進(jìn)在汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵的節(jié)能過(guò)程中具有重要作用。通過(guò)監(jiān)控和分析系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，可以識(shí)別潛在的能源浪費(fèi)問(wèn)題，并采取相應(yīng)的改進(jìn)措施，不斷優(yōu)化系統(tǒng)性能，提高能源利用率，最終實(shí)現(xiàn)更高水平的節(jié)能[5]。

首先，監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)是實(shí)現(xiàn)節(jié)能的第一步?，F(xiàn)代汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵通常配備了先進(jìn)的監(jiān)控裝置，可以實(shí)時(shí)采集各種可反映系統(tǒng)運(yùn)行狀況的數(shù)據(jù)，包括溫度、壓力、流量等。通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)的持續(xù)監(jiān)測(cè)和分析，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況，如能源浪費(fèi)、效率下降等問(wèn)題。其次，基于數(shù)據(jù)分析的改進(jìn)措施是實(shí)現(xiàn)節(jié)能的關(guān)鍵。一旦發(fā)現(xiàn)潛在的能源浪費(fèi)問(wèn)題，可以采取一系列改進(jìn)措施來(lái)解決。例如，根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，可以調(diào)整系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，優(yōu)化工作模式，以確保系統(tǒng)以最佳狀態(tài)運(yùn)行；采用先進(jìn)的控制策略，如智能調(diào)度、能源管理系統(tǒng)等，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的能源利用效率。最后，這些數(shù)據(jù)分析和改進(jìn)措施有助于減少電力資源浪費(fèi)，提高電廠的綜合效率。通過(guò)降低能源消耗，不僅可以降低電力生產(chǎn)成本，還有助于減少對(duì)有限能源資源的依賴，降低對(duì)環(huán)境的影響，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)能源供應(yīng)。

4 汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵的耗能影響因素

火電廠汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，組成部件繁多，雖然具有較為突出的節(jié)能優(yōu)勢(shì)，但是實(shí)踐中也有許多因素會(huì)對(duì)其耗能造成影響，使其能耗增加。影響其能耗的因素主要有兩個(gè)方面。

一是工作人員的節(jié)能意識(shí)。人的主觀意識(shí)往往會(huì)對(duì)生活生產(chǎn)產(chǎn)生巨大影響。在火電廠中，工作人員的主觀節(jié)能意識(shí)是影響汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵能耗的主要因素。這主要體現(xiàn)在火電廠部分工作人員的節(jié)能意識(shí)不強(qiáng)，對(duì)設(shè)備的損耗缺少足夠關(guān)注，日常設(shè)備維護(hù)、維修和系統(tǒng)更新過(guò)程中未能夠按照規(guī)定進(jìn)行操作，從而導(dǎo)致汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵的損耗增大。此外，現(xiàn)代汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵的技術(shù)在不斷更新，如果技術(shù)引進(jìn)和更新不及時(shí)，無(wú)法有效降低設(shè)備能耗嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備直接損耗報(bào)廢。

二是硬件因素。汽輪機(jī)組硬件自身的運(yùn)行參數(shù)，如汽輪機(jī)負(fù)荷率、排煙溫度、再熱溫度、凝汽器排氣溫度等都會(huì)對(duì)其能耗產(chǎn)生較大影響。如果汽輪機(jī)負(fù)荷率過(guò)低，會(huì)導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行效率下降，因?yàn)闄C(jī)組在低負(fù)荷狀態(tài)下，蒸汽流量和壓力都會(huì)發(fā)生變化，影響熱能的轉(zhuǎn)化和利用。如果排煙溫度過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致熱量損失增加；如果排煙溫度過(guò)低，說(shuō)明機(jī)組存在結(jié)垢或腐蝕等問(wèn)題，影響汽輪機(jī)的安全性和可靠性?？梢?jiàn)，硬件因素是火電廠在對(duì)汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵進(jìn)行節(jié)能改造和維護(hù)過(guò)程中不能忽視的因素。

5 火力發(fā)電廠汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵改造案例分析

在某電力發(fā)電企業(yè)中，采用汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵取得了顯著的節(jié)能效果和穩(wěn)定性改進(jìn)。該企業(yè)擁有4 臺(tái)30 t·h-1循環(huán)流化床鍋爐，需要5 臺(tái)230 kW 電動(dòng)能源給水泵為這4 臺(tái)鍋爐提供用水，以及2 臺(tái)6 000 kW背壓機(jī)組和2 臺(tái)3 500 kW 背壓供熱機(jī)組滿足用戶的生產(chǎn)和生活用熱需求。

首先，A 方案通過(guò)采用3 臺(tái)200 kW 的電動(dòng)給水泵和1 臺(tái)200 kVA 進(jìn)口變頻器組合的方案實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)泵的改造。這種改造方式利用智能調(diào)速系統(tǒng)，可以根據(jù)實(shí)際需求智能控制水泵的運(yùn)行速度，以匹配不同負(fù)荷，從而減少電廠用電量。這一方案雖然投資成本為30 萬(wàn)元，但是帶來(lái)的節(jié)能效果十分顯著，不僅降低了用電成本，還提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性，減少了供水過(guò)程中的壓力波動(dòng)，確保了電力供應(yīng)的可靠性。

其次，B 方案通過(guò)采用3 臺(tái)220 kW 的汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵替換原來(lái)的電動(dòng)給水泵，雖然需要對(duì)剩余的機(jī)組設(shè)備進(jìn)行全部更新改造，加上設(shè)備安裝費(fèi)用，總投資成本為25 萬(wàn)元，但是實(shí)現(xiàn)了更大范圍的運(yùn)行和智能調(diào)速，確保了穩(wěn)定性，適應(yīng)了火力發(fā)電廠對(duì)負(fù)荷波動(dòng)和環(huán)境變化的需求。

最后，C 方案采用2 臺(tái)400 kW 的汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵，整體改造成更加簡(jiǎn)化的機(jī)組運(yùn)行方式，總投資20 萬(wàn)元。這一方案不僅降低了綜合投資成本，還有效節(jié)約了電力資源，提高了電廠的綜合效率。

經(jīng)過(guò)研究和比較，該企業(yè)最終選擇C 方案，即采用汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵，以最小的投資成本實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。

6 結(jié)語(yǔ)

火力發(fā)電廠汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵代表能源領(lǐng)域的重要進(jìn)步，通過(guò)將熱能直接轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)高效的能源利用，同時(shí)借助智能控制系統(tǒng)，提升系統(tǒng)的靈活性和穩(wěn)定性。汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵不僅實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗，還有助于減少能源浪費(fèi)，提高了電廠的綜合效率。