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

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

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

鑒于省內(nèi)一些大型電廠例如兆光、瑞光、軒崗電廠等都有了直接用汽動給水泵啟動獲得成功的經(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，來驅(qū)動給水泵汽輪機啟動。由此，可進一步省去30%電動啟動給水泵。山西兆光電廠二期1號、2號汽輪機均由上海汽輪機廠設計出廠，機組額定容量為600 MW，鍋爐給

水系統(tǒng)配置為2臺50%額定容量汽動給水泵(以下簡稱汽泵)和1臺50%額定容量的電動給水泵(以下簡稱電泵)。機組正常運行時，2臺汽泵保持連續(xù)運行，電泵只在機組啟?；蛘咂霉收蠒r使用，正常時作為備用。

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(diào)試期間使用，其余時間不使用。給水泵汽輪機在機組負荷小于40%額定負荷時使用主蒸汽供汽，而機組負荷大于40%額定負荷時自動內(nèi)切換到4段抽汽供汽。

為了實現(xiàn)安全、穩(wěn)定、節(jié)能的運行方式，結(jié)合本人的工作經(jīng)歷現(xiàn)將600 MW發(fā)電機組采用汽動給水泵的優(yōu)化運行的優(yōu)勢作如下介紹。

1 采用汽動給水泵和電動給水泵的特點

無論是哪種類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：給水管道以及閥門的阻力，各級

加熱器的阻力，給水調(diào)門的阻力，各級省煤器的阻力，鍋爐進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。拖動方式常見的有電動機拖動和小汽輪機拖動兩種。

1.1 電動調(diào)速給水泵

電動給水泵為適應負荷變化，一般采用變速調(diào)節(jié)方式。變速調(diào)節(jié)需要設置液力偶合器來進行，液力偶合器是利用工作油傳遞轉(zhuǎn)矩，泵輪與渦輪不直接接觸，無磨損，可隔離電動機和泵的振動，減小沖擊，利用快速充、排油能做到空載離合，降低起動電流，無級調(diào)速，調(diào)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(shù)運行的需要，控制方便，可通過手動、遙控及自動進行控制。300 MW以上機組的電動調(diào)速給水泵，其啟動電流大，耗用的廠用電多，(目前大機組所用給水泵多為國外進口)故其經(jīng)濟性差。與汽動給水泵相比，其優(yōu)點是系統(tǒng)簡單。

1.2 汽動給水泵

汽動給水泵，是通過一臺單獨的小汽輪機驅(qū)動的給水泵。該汽機從抽汽管道上抽取蒸汽，通過小汽輪機的轉(zhuǎn)動來帶動給水泵，泵的轉(zhuǎn)速是通過調(diào)節(jié)小汽輪機的進氣量來實現(xiàn)

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(tǒng)，調(diào)速系統(tǒng)，備用汽源等。

2 采用小型汽動給水泵的優(yōu)勢及必要性

2.1 用小型汽動給水泵有如下優(yōu)勢

1)小型汽泵可根據(jù)給水泵需要采用高轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)速可從2 800 r/min提高到6 000 r/min)變速調(diào)節(jié)，高轉(zhuǎn)速可使給水泵的級數(shù)減少，重量減輕，轉(zhuǎn)動部分剛度增大，效率提高，可靠性增加，改變給水泵轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)給水流量比節(jié)流調(diào)節(jié)經(jīng)濟性更高，消除了閥門因長期節(jié)流而造成的磨損，同時簡化了給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)，調(diào)節(jié)方便;

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

3)大型機組采用小汽輪機帶動給水泵后，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，而且大型電動機起動電流大，對廠用電系統(tǒng)運行安全十分不利。

2.2 汽泵代替電泵的必要性

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

6 kV廠用電母線電壓降低，對全廠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作。兆光電廠就曾發(fā)生因啟動電泵時造成6 kV段母線電壓過低、廠用電自動切換的事故，在切換過程中部分磨煤機變頻器失電，磨煤機跳閘，送風機、引風機發(fā)生擺動，負壓波動以至鍋爐滅火。使用電動給水泵，在機組啟動、停機過程中，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說是一種隱患。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，短時間很難恢復，這將造成機組啟動時間大幅度延長或者無法正常運行，影響機組帶負荷能力或者影響機組的安全穩(wěn)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時間長，有暖機沖轉(zhuǎn)等過程，汽水管路復雜，還需要備用汽源等，因此針對汽輪機驅(qū)動給水泵的不足之處做了如下改進：

1)獨立供油系統(tǒng)

大型機組配套的給水泵一般都有獨立的供油系統(tǒng)，主要由主油泵、輔助油泵、油濾網(wǎng)、冷油器、油箱及其管道、閥門組成。正常運行時由主油泵供油，啟動和停泵時由輔助油泵供油。2)設置中間抽頭現(xiàn)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

大型機組汽動給水泵的流量很大，而受廠房布置限制，除氧器和給水泵進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口壓力防止汽蝕。

3 電動給水泵與汽動給水前置泵比較

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

1)電動給水泵耗電量計算：

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為電動給水泵每小時功率，U為電壓，I為電動給水泵電流;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為前置泵每小時功率，Q3為前置泵24 h總電量)

電動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差為電動給水泵與B前置泵比較后消耗電量差值;以目前電廠供電標煤煤耗平均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為電動給水泵多消耗電量折合為標煤煤量。

4 汽動給水泵系統(tǒng)應用及制造水平現(xiàn)狀

國內(nèi)火電機組中，各等級火力發(fā)電機組的汽動給水泵系統(tǒng)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現(xiàn)低負荷穩(wěn)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機拖動，往往帶液力偶合器調(diào)速。但在近階段的200 MW機組增容改造中，已采用1×100%汽輪機拖動鍋爐給水泵的案例(如國電大同第二發(fā)電廠)，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補充。

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

5 結(jié)論

通過一系列的討論和方案優(yōu)化，給水泵采用小汽輪機驅(qū)動是合理的，熱力系統(tǒng)是安全穩(wěn)定的，節(jié)約的廠用電等于新增了發(fā)電量，而且全部能上網(wǎng)獲得主營收入，其意義相當于主機增容改造，節(jié)約了大量廠用電的同時創(chuàng)造更多的效益。

歸納主要有以下優(yōu)點：

1)可提高機組熱效率。

2)不耗廠用電，因而可增加對外的供電量。

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

4)從投資和運行角度看，大型電動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，且大型電動機起動電流大，對廠用電系統(tǒng)運行不利。

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