600 MW發(fā)電機組采用汽動(dòng)給水泵優(yōu)化運行的優(yōu)勢

摘要：介紹了火力發(fā)電廠(chǎng)600 MW汽輪發(fā)電機組中鍋爐給水泵小汽輪機拖動(dòng)技術(shù)，其意義相當于主機增容改造，節約了大量的廠(chǎng)用電，新增了發(fā)電量，增加售電主營(yíng)收入。

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

鑒于省內一些大型電廠(chǎng)例如兆光、瑞光、軒崗電廠(chǎng)等都有了直接用汽動(dòng)給水泵啟動(dòng)獲得成功的經(jīng)驗，考慮到單元制機組相鄰機組供應輔助蒸汽，可由輔助蒸汽向給水泵汽輪機供汽，來(lái)驅動(dòng)給水泵汽輪機啟動(dòng)。由此，可進(jìn)一步省去30%電動(dòng)啟動(dòng)給水泵。山西兆光電廠(chǎng)二期1號、2號汽輪機均由上海汽輪機廠(chǎng)設計出廠(chǎng)，機組額定容量為600 MW，鍋爐給

水系統配置為2臺50%額定容量汽動(dòng)給水泵(以下簡(jiǎn)稱(chēng)汽泵)和1臺50%額定容量的電動(dòng)給水泵(以下簡(jiǎn)稱(chēng)電泵)。機組正常運行時(shí)，2臺汽泵保持連續運行，電泵只在機組啟?；蛘咂霉收蠒r(shí)使用，正常時(shí)作為備用。

給水泵汽輪機汽源設計有3路：主蒸汽、4段抽汽和低壓輔助蒸汽，輔助蒸汽只在機組調試期間使用，其余時(shí)間不使用。給水泵汽輪機在機組負荷小于40%額定負荷時(shí)使用主蒸汽供汽，而機組負荷大于40%額定負荷時(shí)自動(dòng)內切換到4段抽汽供汽。

為了實(shí)現安全、穩定、節能的運行方式，結合本人的工作經(jīng)歷現將600 MW發(fā)電機組采用汽動(dòng)給水泵的優(yōu)化運行的優(yōu)勢作如下介紹。

1 采用汽動(dòng)給水泵和電動(dòng)給水泵的特點(diǎn)

無(wú)論是哪種類(lèi)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(mén)的阻力，各級

加熱器的阻力，給水調門(mén)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為鍋爐最大壓力的1.25倍。拖動(dòng)方式常見(jiàn)的有電動(dòng)機拖動(dòng)和小汽輪機拖動(dòng)兩種。

1.1 電動(dòng)調速給水泵

電動(dòng)給水泵為適應負荷變化，一般采用變速調節方式。變速調節需要設置液力偶合器來(lái)進(jìn)行，液力偶合器是利用工作油傳遞轉矩，泵輪與渦輪不直接接觸，無(wú)磨損，可隔離電動(dòng)機和泵的振動(dòng)，減小沖擊，利用快速充、排油能做到空載離合，降低起動(dòng)電流，無(wú)級調速，調速范圍25%～100%，適應汽輪發(fā)電機組的啟、停和大范圍負荷變化及滑參數運行的需要，控制方便，可通過(guò)手動(dòng)、遙控及自動(dòng)進(jìn)行控制。300 MW以上機組的電動(dòng)調速給水泵，其啟動(dòng)電流大，耗用的廠(chǎng)用電多，(目前大機組所用給水泵多為國外進(jìn)口)故其經(jīng)濟性差。與汽動(dòng)給水泵相比，其優(yōu)點(diǎn)是系統簡(jiǎn)單。

1.2 汽動(dòng)給水泵

汽動(dòng)給水泵，是通過(guò)一臺單獨的小汽輪機驅動(dòng)的給水泵。該汽機從抽汽管道上抽取蒸汽，通過(guò)小汽輪機的轉動(dòng)來(lái)帶動(dòng)給水泵，泵的轉速是通過(guò)調節小汽輪機的進(jìn)氣量來(lái)實(shí)現

的。小汽輪機可采用凝汽式、背壓式。小汽輪機的正常運行，需要相應的汽、水管道系統，調速系統，備用汽源等。

2 采用小型汽動(dòng)給水泵的優(yōu)勢及必要性

2.1 用小型汽動(dòng)給水泵有如下優(yōu)勢

1)小型汽泵可根據給水泵需要采用高轉速(轉速可從2 800 r/min提高到6 000 r/min)變速調節，高轉速可使給水泵的級數減少，重量減輕，轉動(dòng)部分剛度增大，效率提高，可靠性增加，改變給水泵轉速來(lái)調節給水流量比節流調節經(jīng)濟性更高，消除了閥門(mén)因長(cháng)期節流而造成的磨損，同時(shí)簡(jiǎn)化了給水調節系統，調節方便;

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

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

2.2 汽泵代替電泵的必要性

電泵一般是火電廠(chǎng)中功率最大的輔機，在機組啟動(dòng)、停機過(guò)程中消耗了大量的廠(chǎng)用電。冷態(tài)啟動(dòng)過(guò)程中一般需要運行電泵8 h～10 h以上，機組停機過(guò)程中需要運行長(cháng)達5 h以上。如果考慮到鍋爐加藥保養、大小修前燒空原煤倉和粉倉，則運行時(shí)間更長(cháng)，一般為8 h以上。電泵功率高，啟動(dòng)電流大，啟動(dòng)瞬間將對廠(chǎng)用電系統產(chǎn)生較大的沖擊，易造成

6 kV廠(chǎng)用電母線(xiàn)電壓降低，對全廠(chǎng)電氣設備的安全運行造成一定影響，甚至造成低電壓保護動(dòng)作。兆光電廠(chǎng)就曾發(fā)生因啟動(dòng)電泵時(shí)造成6 kV段母線(xiàn)電壓過(guò)低、廠(chǎng)用電自動(dòng)切換的事故，在切換過(guò)程中部分磨煤機變頻器失電，磨煤機跳閘，送風(fēng)機、引風(fēng)機發(fā)生擺動(dòng)，負壓波動(dòng)以至鍋爐滅火。使用電動(dòng)給水泵，在機組啟動(dòng)、停機過(guò)程中，如果電泵發(fā)生故障，將造成鍋爐給水中斷，對機組運行安全可靠性來(lái)說(shuō)是一種隱患。由于電泵本身設備復雜，一旦發(fā)生電源故障或者設備故障，短時(shí)間很難恢復，這將造成機組啟動(dòng)時(shí)間大幅度延長(cháng)或者無(wú)法正常運行，影響機組帶負荷能力或者影響機組的安全穩定運行，機組的可靠性評分將大大降低。

但是汽輪機存在啟動(dòng)時(shí)間長(cháng)，有暖機沖轉等過(guò)程，汽水管路復雜，還需要備用汽源等，因此針對汽輪機驅動(dòng)給水泵的不足之處做了如下改進(jìn)：

1)獨立供油系統

大型機組配套的給水泵一般都有獨立的供油系統，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(mén)組成。正常運行時(shí)由主油泵供油，啟動(dòng)和停泵時(shí)由輔助油泵供油。2)設置中間抽頭現代大功率機組，為了提高經(jīng)濟性，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)設置前置泵

大型機組汽動(dòng)給水泵的流量很大，而受廠(chǎng)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(dòng)給水泵與汽動(dòng)給水前置泵比較

比較電動(dòng)給水泵與汽動(dòng)給水前置泵所耗電量對機組啟動(dòng)經(jīng)濟性的影響(以一天為例)。

1)電動(dòng)給水泵耗電量計算：

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(dòng)給水泵每小時(shí)功率，U為電壓，I為電動(dòng)給水泵電流;以額定電流為968 A計算Q總為24 h電量)

2)汽動(dòng)給水泵前置泵耗電量計算：

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計算，Q2為前置泵每小時(shí)功率，Q3為前置泵24 h總電量)

電動(dòng)給水泵與前置泵耗電量差值計算：

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

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

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

D為電動(dòng)給水泵多消耗電量折合為標煤煤量。

4 汽動(dòng)給水泵系統應用及制造水平現狀

國內火電機組中，各等級火力發(fā)電機組的汽動(dòng)給水泵系統和工業(yè)汽輪機的應用已經(jīng)十分成熟：

1)300 MW以上等級的發(fā)電機組，一般都采用2臺50%容量的小汽輪機拖動(dòng)鍋爐給水泵。汽源采用汽輪機本體汽缸第四段抽汽，并且有高壓汽源補充和切換功能以實(shí)現低負荷穩定供汽。

2)200 MW以下等級的發(fā)電機組，原設計鍋爐給水泵采用電動(dòng)機拖動(dòng)，往往帶液力偶合器調速。但在近階段的200 MW機組增容改造中，已采用1×100%汽輪機拖動(dòng)鍋爐給水泵的案例(如國電大同第二發(fā)電廠(chǎng))，小汽輪機汽源用汽缸第四級抽汽，并有高壓蒸汽作為低負荷時(shí)補充。

近年來(lái)，各大工業(yè)用汽輪機制造廠(chǎng)如杭州汽輪機廠(chǎng)、青島汽輪機廠(chǎng)在引進(jìn)、消化國外先進(jìn)技術(shù)的基礎上，在小汽輪機制造方面有了進(jìn)步，安全可靠性、效率和純電調節的品質(zhì)等日漸成熟和提高。

5 結論

通過(guò)一系列的討論和方案優(yōu)化，給水泵采用小汽輪機驅動(dòng)是合理的，熱力系統是安全穩定的，節約的廠(chǎng)用電等于新增了發(fā)電量，而且全部能上網(wǎng)獲得主營(yíng)收入，其意義相當于主機增容改造，節約了大量廠(chǎng)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)可提高機組熱效率。

2)不耗廠(chǎng)用電，因而可增加對外的供電量。

3)當電力系統故障或全廠(chǎng)停電時(shí)，可保證鍋爐供水不間斷，提高了電廠(chǎng)的可靠性。

4)從投資和運行角度看，大型電動(dòng)機加上升速齒輪液力聯(lián)軸器及電氣控制設備比小型汽輪機還貴，且大型電動(dòng)機起動(dòng)電流大，對廠(chǎng)用電系統運行不利。

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