330 MW熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組無(wú)電泵啟動(dòng)技術(shù)及應(yīng)用

汪 偉,黃二仙

(廣州中電荔新熱電有限公司,廣東 廣州 510140)

火力發(fā)電機(jī)組因自身的屬性限制,啟動(dòng)過(guò)程用時(shí)較長(zhǎng)。傳統(tǒng)火力發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)時(shí)一般采用電動(dòng)給水泵向鍋爐供水的方式。電動(dòng)給水泵因其出口壓力穩(wěn)定,控制方便,成為火力發(fā)電機(jī)組開(kāi)機(jī)首選。但電動(dòng)給水泵功率大,而機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程給水需求量低,且開(kāi)機(jī)過(guò)程時(shí)間又長(zhǎng),所以會(huì)耗大量的電能[1]。圍繞“雙碳”目標(biāo)及電力現(xiàn)貨市場(chǎng)化,實(shí)現(xiàn)成本領(lǐng)先,推進(jìn)生產(chǎn)業(yè)務(wù)降本降費(fèi),是火力發(fā)電廠節(jié)能工作的重中之重。降低開(kāi)機(jī)成本,解決開(kāi)機(jī)過(guò)程電動(dòng)給水泵的高能耗問(wèn)題,是其中一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)?；鹆Πl(fā)電機(jī)組無(wú)電泵啟動(dòng)技術(shù)具有能耗低、安全、操作簡(jiǎn)單靈活等優(yōu)點(diǎn),是機(jī)組啟動(dòng)節(jié)能降耗的一個(gè)優(yōu)質(zhì)方法,國(guó)內(nèi)外已有類似案例,取得了一定的節(jié)能成效[2]。

1 給水系統(tǒng)技術(shù)條件分析

1.1 給水泵組基本概況

某火力發(fā)電廠裝機(jī)2臺(tái)(330 MW×2)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組,機(jī)組給水系統(tǒng)各配有2臺(tái)汽泵(50%BMCR×2)和1臺(tái)電動(dòng)給水泵(30%BMCR)。汽泵為FK6D32M型臥式多級(jí)離心泵,由小汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)。小汽輪機(jī)為G6.6-1.0型變功率、變轉(zhuǎn)速多級(jí)蒸汽輪機(jī),驅(qū)動(dòng)蒸汽采用外部切換方式。MEH控制系統(tǒng)可自動(dòng)/手動(dòng)調(diào)整轉(zhuǎn)速,并在0～6 000 r/min范圍內(nèi)手動(dòng)可調(diào)。電動(dòng)給水泵為FK6G32AIM型多級(jí)離心泵,其為筒體芯包、臥式,采用液力耦合器調(diào)節(jié)。電動(dòng)給水泵因調(diào)節(jié)性能優(yōu)異,設(shè)計(jì)用作機(jī)組啟/停時(shí)向鍋爐上水,以及汽泵故障時(shí)聯(lián)鎖啟動(dòng)保水等。電動(dòng)給水泵可連續(xù)工作,當(dāng)1臺(tái)汽泵停運(yùn),另1臺(tái)汽泵與電動(dòng)給水泵可滿足鍋爐80%BMCR蒸發(fā)量。

1.2 汽泵工作條件

1.2.1 工作汽源條件

驅(qū)動(dòng)汽泵的小汽輪機(jī)配有2路汽源:一路采用該發(fā)電汽輪機(jī)第四級(jí)抽汽作為工作主汽源;另一路采用相鄰發(fā)電汽輪機(jī)的第四級(jí)抽汽作為輔助備用汽源,如圖1所示。發(fā)電汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)廠CC330/250-16.67/3.5/1.0/538/538型亞臨界、雙抽汽凝汽式供熱汽輪機(jī),其第四級(jí)抽汽參數(shù)為356 ℃/0.981MPa(a),該級(jí)設(shè)計(jì)最大抽汽流量為 300 t/h,完全滿足小汽輪機(jī)的暖機(jī)、沖轉(zhuǎn)及正常帶負(fù)荷運(yùn)行。2路汽源可進(jìn)行無(wú)擾外切換。

圖1 汽泵驅(qū)動(dòng)汽源示意圖

1.2.2 臨界轉(zhuǎn)速

G6.6-1.0型小汽輪機(jī)一階臨界轉(zhuǎn)速在2 620 r/min、二階臨界轉(zhuǎn)速在9 233 r/min。在無(wú)電泵啟動(dòng)技術(shù)應(yīng)用中,汽泵組只在800 r/min、1 800 r/min、3 000 r/min 3個(gè)轉(zhuǎn)速段運(yùn)行,這3個(gè)轉(zhuǎn)速也是廠家規(guī)定的暖機(jī)轉(zhuǎn)速。該技術(shù)巧妙利用了這3個(gè)轉(zhuǎn)速段的出口壓力和流量,既滿足暖機(jī)要求,又滿足鍋爐啟動(dòng)用水要求,并能完全規(guī)避給水泵組的臨界轉(zhuǎn)速區(qū)[3]。

1.2.3 泵組安全保護(hù)分析

FK6D32M型汽泵設(shè)置有再循環(huán)管,管上設(shè)置有可自動(dòng)調(diào)整再循環(huán)閥,當(dāng)給水流量tdtmax時(shí),再循環(huán)閥自動(dòng)全關(guān)(0%)[4]。汽泵在幾個(gè)特定轉(zhuǎn)速區(qū)間使用時(shí)再循環(huán)閥開(kāi)啟特性如表1所示。當(dāng)td<143.3 t/h時(shí),再循環(huán)閥自動(dòng)全開(kāi)(100%);當(dāng)143.3 t/h316 t/h時(shí),再循環(huán)閥自動(dòng)全關(guān)(0%)[5]。

表1 給水系統(tǒng)工況圖表

另外,汽泵驅(qū)動(dòng)小汽輪機(jī)的TSI及METS系統(tǒng)保護(hù)比較完善,不但設(shè)置有常規(guī)潤(rùn)滑油壓低保護(hù)、軸承溫度限制保護(hù)、振動(dòng)值限制保護(hù)、低水位保護(hù)、軸向位移保護(hù)等,而且設(shè)置的保護(hù)具有軟、硬兩套保護(hù)邏輯,保護(hù)成熟可靠,可以有效保護(hù)汽動(dòng)泵工作點(diǎn)落在其安全工作區(qū)域內(nèi)[6],如圖2所示。

圖2 汽泵多轉(zhuǎn)速曲線圖

1.2.4 給水系統(tǒng)接入系統(tǒng)方式

該廠2臺(tái)機(jī)組給水系統(tǒng)采用相同的配置方式,分別由2臺(tái)汽泵(50%BMCR×2)和1臺(tái)電動(dòng)給水泵(30%BMCR)、給水管路、相關(guān)閥門及給水調(diào)節(jié)平臺(tái)組成,3臺(tái)給水泵并聯(lián)布置,各泵出口分別經(jīng)各自的出口電動(dòng)截止閥后匯入給水母管。在進(jìn)入鍋爐省煤器前母管設(shè)置有給水平臺(tái),給水平臺(tái)分主路和旁路2路。給水旁路最大流量為30%BMCR,旁路管道上設(shè)置有電動(dòng)調(diào)節(jié)閥及電動(dòng)截止閥,用于低負(fù)荷下給水流量調(diào)整及主路切換;給水主路流量為100%BMCR,主路上設(shè)置單一電動(dòng)截止閥。為保持旁路與主路切換過(guò)程中給水安全,主路電動(dòng)截止閥可中停但不作調(diào)節(jié)用。為提高給水泵進(jìn)口壓力,防止主給水泵汽化,在3臺(tái)主給水泵入口分別串聯(lián)1臺(tái)離心式前置泵(以下稱汽泵的前置泵為“汽前泵”),將電動(dòng)給水泵組的主給水泵與汽前泵設(shè)置為同軸雙泵。各汽前泵的進(jìn)口也分別設(shè)置有電動(dòng)截止閥,如圖3所示。

圖3 機(jī)組給水系統(tǒng)原理圖

2 無(wú)電泵啟動(dòng)控制策略

2.1 控制邏輯

該廠給水系統(tǒng)控制邏輯采用330 MW火力發(fā)電機(jī)組典型的設(shè)置方式,包含了多種控制邏輯與功能,包括對(duì)汽泵、電動(dòng)給水泵轉(zhuǎn)速控制,閥門選擇和控制,旁路和主路的切換及泵組聯(lián)鎖保護(hù)等,如圖4所示,可滿足不同工況下對(duì)控制方式的自動(dòng)適應(yīng),實(shí)現(xiàn)給水系統(tǒng)的有效控制[7]。該火力發(fā)電機(jī)組無(wú)電泵啟動(dòng)技術(shù)是在充分利用現(xiàn)有控制邏輯的基礎(chǔ)上,科學(xué)安全地利用了汽泵沖轉(zhuǎn)和暖機(jī)過(guò)程中的壓力和流量,是對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)控制方式的優(yōu)化和創(chuàng)新使用,最終達(dá)到火力發(fā)電機(jī)組無(wú)電動(dòng)給水泵啟動(dòng)的目的[8]。

PI1——給水旁路調(diào)節(jié)器;PI2——電動(dòng)給水泵單沖量調(diào)節(jié)器;PI3——給水三沖量主調(diào)節(jié)器;PI4——電動(dòng)給水泵副調(diào)節(jié)器;PI5——汽泵副調(diào)節(jié)器;PV-M/A——旁路調(diào)節(jié)閥控制M/A站;EP-M/A——電動(dòng)給水泵M/A站;A-M/A——A汽泵轉(zhuǎn)速M(fèi)/A站;B-M/A——B汽泵轉(zhuǎn)速M(fèi)/A站

2.2 無(wú)電泵啟動(dòng)技術(shù)關(guān)鍵過(guò)程控制

2.2.1 準(zhǔn)備階段控制

通過(guò)PI5選擇該汽泵的相關(guān)閥門,完成給水系統(tǒng)閥門方式的準(zhǔn)備;然后啟動(dòng)第一臺(tái)汽前泵,完成鍋爐上水等準(zhǔn)備工作。

2.2.2 鍋爐點(diǎn)火升溫升壓階段過(guò)程控制

關(guān)閉給水平臺(tái)主給水電動(dòng)截止閥,通過(guò)PI1控制給水旁路調(diào)節(jié)閥開(kāi)度。當(dāng)?shù)谝慌_(tái)汽前泵出口壓力不能滿足鍋爐上水需求時(shí),選擇該泵對(duì)應(yīng)汽泵,用MEH控制系統(tǒng)控制該汽泵沖轉(zhuǎn),并根據(jù)汽泵的出口壓力與汽包壓力壓差,階梯式提升汽泵轉(zhuǎn)速,以保持汽泵出口壓力與汽包壓力間有效的壓差,滿足給水旁路調(diào)節(jié)閥安全調(diào)節(jié)的需求。

2.2.3 第一臺(tái)汽泵轉(zhuǎn)速>3 000過(guò)程控制

當(dāng)?shù)谝慌_(tái)汽泵轉(zhuǎn)速>3 000 r/min時(shí),該泵控制權(quán)由MEH控制系統(tǒng)交由DCS控制系統(tǒng)控制,PI1將給水旁路調(diào)節(jié)閥投入自動(dòng)控制。

2.2.4 給水旁路與主路切換

當(dāng)給水流量td在25%～30%BMCR時(shí),通過(guò)PV-M/A站將給水旁路切換至主路。旁路/主路切換完成后,旁路調(diào)節(jié)閥退出運(yùn)行,通過(guò)汽泵M/A站將汽包水位控制方式轉(zhuǎn)換為汽泵轉(zhuǎn)速調(diào)整。在td<30%BMCR階段時(shí),系統(tǒng)采用汽包水位單沖量控制方式;當(dāng)td>30%BMCR時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)切換至三沖量控制方式[9]。聯(lián)鎖邏輯通過(guò)PI3將汽包水位信號(hào)疊加蒸汽流量和給水流量,輸出至PI4和PI5,給水流量td在30%～100%BMCR運(yùn)行過(guò)程中,均采用串級(jí)三沖量控制。

2.2.5 主給水流量40%～50%BMCR階段控制

選擇PI5,啟動(dòng)第二臺(tái)汽泵,并按操作票要求將第二臺(tái)汽泵沖轉(zhuǎn)至3 000 r/min,并滿足旋轉(zhuǎn)備用條件。當(dāng)?shù)诙_(tái)汽泵符合旋轉(zhuǎn)備用條件時(shí),將該泵MEH控制系統(tǒng)投CCS遙控,轉(zhuǎn)入由DCS控制系統(tǒng)控制[10]。當(dāng)給水流量td為45%～50%BMCR時(shí),調(diào)節(jié)第二臺(tái)汽泵轉(zhuǎn)速,使其與第一臺(tái)汽泵出口壓力一致,并將第二臺(tái)汽泵與第一臺(tái)并列,并列后2臺(tái)汽泵均采用轉(zhuǎn)速控制方式控制汽包水位[11]。至此,無(wú)電泵啟動(dòng)控制完成。

2.2.6 啟動(dòng)過(guò)程電動(dòng)給水泵控制

在火力發(fā)電機(jī)組采用無(wú)電泵啟動(dòng)方式開(kāi)機(jī)過(guò)程中,電動(dòng)給水泵始終保持聯(lián)鎖備用方式,在單臺(tái)汽泵供水階段,保持電動(dòng)給水泵勺管50%備用;當(dāng)?shù)诙_(tái)汽泵并列后,保持電動(dòng)給水泵勺管70%備用。以上方式可確保當(dāng)任何一臺(tái)汽泵故障跳閘時(shí),電動(dòng)給水泵可以立刻聯(lián)鎖啟動(dòng),實(shí)現(xiàn)安全供水[12]。

3 無(wú)電泵啟動(dòng)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

2021年12月2日,無(wú)電泵啟動(dòng)技術(shù)在某火力發(fā)電廠1#發(fā)電機(jī)組開(kāi)機(jī)過(guò)程中成功實(shí)施。在實(shí)施的過(guò)程中,1#發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)實(shí)現(xiàn)了全程無(wú)電動(dòng)給水泵應(yīng)用,機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程沒(méi)有發(fā)生給水流量失控,也沒(méi)有發(fā)生鍋爐水位事故,具體過(guò)程如圖5所示。

圖5 無(wú)電泵啟動(dòng)過(guò)程曲線圖

3.1 第一階段:準(zhǔn)備階段

00:10,除鹽水被送至凝汽器,沖洗凝汽器至水質(zhì)合格,然后打通低壓加熱器給水管路,向除氧器上水,并進(jìn)行除氧器沖洗。利用2#機(jī)組(相鄰機(jī)組)提供的輔助蒸汽給1#機(jī)組除氧器投加熱,啟動(dòng)A汽前泵進(jìn)行除氧器給水循環(huán)[13]。

02:20,除氧器水質(zhì)合格,開(kāi)啟A汽泵出口電動(dòng)截止閥,只采用A汽前泵對(duì)鍋爐進(jìn)行沖洗及上水,A汽前泵的額定揚(yáng)程為124.94 m,可以克服鍋爐爐膛的高度(65m)和給水系統(tǒng)、省煤器及沿程的阻力損失[14]。上水過(guò)程選擇給水旁路,用給水旁路調(diào)節(jié)閥進(jìn)行給水流量調(diào)節(jié),控制上水速度。

07:05,鍋爐水質(zhì)合格,將鍋爐汽包上水至-100 mm(點(diǎn)火水位)水位,準(zhǔn)備點(diǎn)火。一方面,建立鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng);另一方面,利用備用汽源將1#機(jī)組主汽輪機(jī)、A/B汽泵驅(qū)動(dòng)小汽輪機(jī)送軸封,并建立凝汽器真空(>-90.1 kPa)。機(jī)組真空建立合格后,采用備用工作汽源對(duì)A汽泵驅(qū)動(dòng)小汽輪機(jī)蒸汽系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)暖。

3.2 第二階段:鍋爐點(diǎn)火及升溫升壓階段

07:23,各專業(yè)協(xié)調(diào)準(zhǔn)備工作完成,鍋爐點(diǎn)火。鍋爐點(diǎn)火后,鍋爐爐溫開(kāi)始上升,鍋爐汽包逐步升壓。初始升溫升壓階段選擇給水旁路上水,用給水旁路調(diào)節(jié)閥進(jìn)行給水流量調(diào)節(jié),控制上水速度[15]。

10:30,汽包壓力達(dá)0.2 MPa,A汽前泵出口壓力幾乎與省煤器進(jìn)口壓力持平,將A汽泵轉(zhuǎn)速升高至800 r/min,該轉(zhuǎn)速也是驅(qū)動(dòng)小汽輪機(jī)的低速暖機(jī)轉(zhuǎn)速,此時(shí)汽泵出口壓力約為1.92 MPa,同時(shí)繼續(xù)控制給水旁路調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)給水流量,以滿足給水需求。為防止A汽泵發(fā)生異常跳閘導(dǎo)致鍋爐斷水,將電動(dòng)給水泵投入聯(lián)鎖備用狀態(tài)。為防止電動(dòng)給水泵聯(lián)鎖啟動(dòng)瞬間大流量對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生沖擊,將電動(dòng)給水泵勺管初期置于50%開(kāi)度,并根據(jù)機(jī)組負(fù)荷情況作調(diào)整遞增,最終將其置于70%開(kāi)度(正常運(yùn)行聯(lián)鎖備用開(kāi)度)。

11:32,隨著鍋爐燃燒加強(qiáng),鍋爐爐溫升高,汽包壓力和蒸發(fā)量增加,主汽壓力逐漸升高至2.0 MPa,給水流量需求相應(yīng)提升。提升A汽泵轉(zhuǎn)速至1 800 r/min,此時(shí)汽泵出口壓力約為4.2 MPa。1 800 r/min是小汽輪機(jī)的中速暖機(jī)轉(zhuǎn)速。繼續(xù)采用調(diào)整給水旁路調(diào)節(jié)閥的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)汽包水位的調(diào)整,維持給水旁路調(diào)節(jié)閥前后壓差在1.5～2 MPa,保持給水穩(wěn)定。并通過(guò)汽輪機(jī)高、低壓旁路系統(tǒng)控制機(jī)組的升溫升壓率,按機(jī)組啟動(dòng)升溫升壓曲線逐漸提升蒸汽參數(shù),使其向汽機(jī)沖轉(zhuǎn)蒸汽參數(shù)靠近。

13:10,當(dāng)鍋爐參數(shù)進(jìn)一步提升時(shí),A汽泵出口壓力逐漸不能滿足壓差要求,將A汽泵轉(zhuǎn)速提升至3 000 r/min。由于驅(qū)動(dòng)小汽輪機(jī)的臨界轉(zhuǎn)速為2 620 r/min,在該轉(zhuǎn)速提升段,須嚴(yán)格按照操作票的規(guī)定,設(shè)定小汽輪機(jī)升速率為200 r/min,目標(biāo)值為3 000 r/min。汽泵升速過(guò)程中,控制汽泵組平穩(wěn)度過(guò)臨界轉(zhuǎn)速,使振動(dòng)值不超限。該階段汽泵轉(zhuǎn)速提升較快,汽泵出口壓力提升較快,需及時(shí)調(diào)整給水旁路調(diào)節(jié)閥,以保證汽包水位安全。

13:16,A汽泵轉(zhuǎn)速升至3 000 r/min定速,汽泵出口壓力大約為7.5 MPa,保持該轉(zhuǎn)速,暖機(jī)時(shí)長(zhǎng)>10 min。暖機(jī)結(jié)束,檢查泵組無(wú)異常后,將泵組控制權(quán)由MEH控制系統(tǒng)交由DCS控制系統(tǒng)控制,轉(zhuǎn)速仍保持手動(dòng)控制[16]。繼續(xù)利用給水旁路調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)汽包水位,并將鍋爐主汽參數(shù)逐步往沖轉(zhuǎn)參數(shù)提升。

3.3 第三階段:主機(jī)并列及低負(fù)荷階段

13:20,鍋爐過(guò)熱蒸汽壓力達(dá)4.2 MPa,蒸汽參數(shù)達(dá)主機(jī)沖轉(zhuǎn)要求,蒸汽品質(zhì)合格,對(duì)主機(jī)進(jìn)行沖轉(zhuǎn)。

13:55,主機(jī)在3 000 r/min定速運(yùn)行。

14:25,檢查汽輪發(fā)電機(jī)組各系統(tǒng)正常,發(fā)電機(jī)符合調(diào)度并列要求,將主機(jī)并列并帶初負(fù)荷。發(fā)電機(jī)并列后,隨著機(jī)組負(fù)荷提升,根據(jù)機(jī)組蒸汽參數(shù)需求,DCS控制系統(tǒng)投手動(dòng)階梯式提升給水泵轉(zhuǎn)速,保持給水泵出口與汽包壓差在1.5～2 MPa,繼續(xù)利用給水旁路調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)汽包水位,保持汽包水位安全穩(wěn)定,給水旁路調(diào)節(jié)閥投入自動(dòng)控制[17]。

15:50,主機(jī)負(fù)荷達(dá)80 MW,給水流量td接近300 t/h,相當(dāng)于25%BMCR,將給水旁路與主路進(jìn)行切換。此時(shí)逐步全開(kāi)給水主路電動(dòng)截止閥,逐步切除給水旁路。

16:20,主/旁路切換完成,采用調(diào)整汽泵轉(zhuǎn)速的方式調(diào)整給水流量,將A汽泵投入轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制,機(jī)組繼續(xù)升負(fù)荷。

3.4 第四階段:第二臺(tái)給水泵啟動(dòng)及完成階段

16:40,主給水流量升至40%BMCR,利用主工作汽源將B汽泵進(jìn)行沖轉(zhuǎn)。18:15,B汽泵沖轉(zhuǎn)至3 000 r/min定速,并檢查符合旋轉(zhuǎn)備用條件,將B-MEH控制系統(tǒng)投CCS遙控,B汽泵出口電動(dòng)截止閥暫時(shí)不并列。

18:20,主機(jī)負(fù)荷超過(guò)135 MW,給水流量td≥420 t/h,將B汽泵出口壓力調(diào)整至與系統(tǒng)壓力接近,將B汽泵并入給水系統(tǒng),調(diào)節(jié)2臺(tái)汽泵至轉(zhuǎn)速與流量平衡,并投入轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制。

18:35,檢查A、B汽泵運(yùn)行工況正常,將A汽泵汽源切換至主工作汽源,檢查電動(dòng)給水泵聯(lián)鎖設(shè)定為70%,完善機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中其他操作,完成無(wú)電泵機(jī)組啟動(dòng)操作。

19:30,機(jī)組負(fù)荷達(dá)230 MW,達(dá)到機(jī)組供熱條件,對(duì)供熱管路進(jìn)行疏水暖管后,對(duì)外進(jìn)行供熱。

4 無(wú)電泵啟動(dòng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

4.1 節(jié)能

4.1.1 節(jié)電

從鍋爐上水沖洗開(kāi)始,至機(jī)組2臺(tái)小機(jī)并列大概需要19 h甚至更長(zhǎng)時(shí)間,取時(shí)間t=19 h。若采用電動(dòng)給水泵進(jìn)行機(jī)組啟動(dòng),耗用的電量將非常可觀。電動(dòng)給水泵為6 kV設(shè)備,功率Pe=3 700 kW,額定電流Ie=408 A,運(yùn)行平均電流IAvg>280 A,取IAvg=280 A,電動(dòng)給水泵功率因數(shù)cosφ=0.907,其開(kāi)機(jī)過(guò)程電動(dòng)給水泵節(jié)約電量可用式(1)計(jì)算。

(1)

式中:Ue為電動(dòng)給水泵額定電壓;IAvg為運(yùn)行平均電流;cosφ為電動(dòng)給水泵功率因素;t為開(kāi)機(jī)過(guò)程電動(dòng)給水泵運(yùn)行時(shí)間。

根據(jù)計(jì)算可知,本次機(jī)組采用無(wú)電泵啟動(dòng),整個(gè)開(kāi)機(jī)過(guò)程約節(jié)省電量50 143 kW·h。

4.1.2 節(jié)煤

本火力發(fā)電機(jī)組無(wú)電泵啟動(dòng)技術(shù),是利用汽泵沖轉(zhuǎn)和暖機(jī)過(guò)程的能量。在沒(méi)使用該技術(shù)前,汽泵驅(qū)動(dòng)小汽輪機(jī)的沖轉(zhuǎn)和暖機(jī)過(guò)程所產(chǎn)生的蒸汽是白白浪費(fèi)掉的,而該技術(shù)則充分利用了這部分能源。該部分蒸汽的焓值可用過(guò)熱蒸汽焓的計(jì)算公式計(jì)算。

h=h1+Cp·(T-T1)

(2)

式中:h為過(guò)熱蒸汽的焓;h1為飽和蒸汽的焓;Cp為過(guò)熱蒸汽比熱容;T為過(guò)熱蒸汽溫度;T1為飽和蒸汽溫度。

取相鄰發(fā)電汽輪機(jī)四段抽汽(即備用汽源蒸汽)參數(shù):溫度T=356 ℃,壓力P=0.96 MPa時(shí)的蒸汽。查焓熵圖可得:h1=3 069 kJ/kg,Cp=2.60 kJ/(kg·℃),該參數(shù)下單位質(zhì)量蒸汽的焓h計(jì)算為586.14 kJ/kg。

給水泵小汽輪機(jī)的額定蒸汽用量為19.48 t/h,擬取開(kāi)機(jī)過(guò)程平均用汽量MIS=9 t/h,取開(kāi)機(jī)過(guò)程汽泵從沖轉(zhuǎn)到常規(guī)開(kāi)機(jī)小機(jī)并入過(guò)程用時(shí)t=5 h,取標(biāo)準(zhǔn)煤的低位熱值LHV=29 307.6 kJ/kg。開(kāi)機(jī)過(guò)程使用的蒸汽折算為標(biāo)準(zhǔn)煤質(zhì)量可用式(3)計(jì)算。

(3)

式中:Mc為標(biāo)煤質(zhì)量;h為過(guò)熱蒸汽焓;MIS為開(kāi)機(jī)過(guò)程平均蒸汽用量;t為開(kāi)機(jī)時(shí)間。計(jì)算可得,折算的標(biāo)準(zhǔn)煤質(zhì)量為8.99 t。

從式(1)、式(3)可以看出,本次開(kāi)機(jī)可節(jié)省電量約5萬(wàn)kW·h,節(jié)約標(biāo)煤約8.99 t。而在目前電力現(xiàn)貨市場(chǎng)模式下,火力發(fā)電機(jī)組啟、停次數(shù)空前增加。據(jù)統(tǒng)計(jì),為滿足電力現(xiàn)貨市場(chǎng)模式及平衡發(fā)電廠成本,該廠在2022年2臺(tái)機(jī)組共啟、停34臺(tái)次,若采用無(wú)電泵啟動(dòng)技術(shù),可以為電廠取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

4.2 提高能源利用效率

從能源轉(zhuǎn)換角度看,汽泵直接使用蒸汽內(nèi)能轉(zhuǎn)換為泵的機(jī)械能,相比將蒸汽內(nèi)能通過(guò)系列過(guò)程轉(zhuǎn)換為電能、電能再轉(zhuǎn)換為電動(dòng)給水泵機(jī)械能,其能源轉(zhuǎn)換過(guò)程減少,能源利用效率明顯增加。由研究可知,同種給水量工況使用汽泵供水比電動(dòng)給水泵節(jié)能11%～27%[18]。

4.3 增加機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程給水系統(tǒng)安全性

傳統(tǒng)啟動(dòng)方式采用單電動(dòng)給水泵運(yùn)行,若電動(dòng)給水泵故障會(huì)導(dǎo)致給水中斷,進(jìn)而導(dǎo)致機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中斷[19]。若機(jī)組采用無(wú)電泵啟動(dòng)技術(shù),因其采用汽泵為鍋爐供水,相當(dāng)于多了1臺(tái)給水泵運(yùn)行,給水系統(tǒng)也多了一層保障。

4.4 減少操作量,降低危險(xiǎn)系數(shù)

給水泵并列操作是一個(gè)危險(xiǎn)系數(shù)較高的操作,直接使用1臺(tái)汽泵啟動(dòng),只需要對(duì)第二臺(tái)汽泵并列一次,減少了操作量,降低了操作不當(dāng)帶來(lái)的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn),降低了給水系統(tǒng)危險(xiǎn)系數(shù)。

4.5 提高機(jī)組啟動(dòng)靈活性

實(shí)際開(kāi)機(jī)過(guò)程中,汽泵啟動(dòng)操作項(xiàng)目比較多,且暖機(jī)時(shí)間長(zhǎng),時(shí)間上和主機(jī)啟動(dòng)經(jīng)常不能順利銜接,主機(jī)等泵的問(wèn)題突出。采用無(wú)電泵啟動(dòng)技術(shù),可實(shí)現(xiàn)暖機(jī)和供水同時(shí)進(jìn)行。主機(jī)連續(xù)升負(fù)荷無(wú)需再受汽泵啟動(dòng)暖機(jī)的制約,可實(shí)現(xiàn)按主機(jī)開(kāi)機(jī)曲線連續(xù)升負(fù)荷,因而機(jī)組啟動(dòng)更加靈活快捷。

5 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)330 MW熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組無(wú)電泵啟動(dòng)技術(shù)的分析及實(shí)施驗(yàn)證,證明無(wú)電泵啟動(dòng)技術(shù)完全可以在火力發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中安全應(yīng)用。本文提出的熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電機(jī)組無(wú)電泵啟動(dòng)技術(shù),與傳統(tǒng)啟動(dòng)方式相比,主要?jiǎng)?chuàng)新如下:該技術(shù)未改變機(jī)組現(xiàn)有給水系統(tǒng)的任何軟、硬件設(shè)施,只通過(guò)優(yōu)化汽泵的控制方式及對(duì)系統(tǒng)相關(guān)閥門選擇應(yīng)用,即可實(shí)現(xiàn)無(wú)電泵啟動(dòng)技術(shù)的運(yùn)用;該技術(shù)不但能有效降低開(kāi)機(jī)過(guò)程中的能耗,更減少了操作量,簡(jiǎn)化了開(kāi)機(jī)流程,并提升了機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中安全性,使得機(jī)組啟動(dòng)更加靈活。無(wú)電泵啟動(dòng)技術(shù)是火力發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程節(jié)能增效的一個(gè)上佳選擇,同類發(fā)電機(jī)組可參照本技術(shù)的技術(shù)原則進(jìn)行復(fù)制實(shí)施。