熱電廠汽輪機(jī)帶動(dòng)鍋爐給水泵技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析

王引迪

摘 要 隨著電網(wǎng)容量的增加，電廠設(shè)備日夜負(fù)荷的變化也逐漸增加。這就要求機(jī)組不僅要保證在額定負(fù)荷下的良好經(jīng)濟(jì)性，而且要保證晝夜負(fù)荷在可控范圍內(nèi)變化，以保證效率的穩(wěn)定性變化。給水泵汽輪機(jī)在大型機(jī)組中的應(yīng)用很好地滿足了這一要求。因此，對(duì)給水泵汽輪機(jī)在電廠中的應(yīng)用進(jìn)行了研究和分析，促進(jìn)了給水泵汽輪機(jī)的推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 熱電廠；汽輪機(jī)；鍋爐給水泵；經(jīng)濟(jì)性

前言

汽輪機(jī)有著工業(yè)領(lǐng)域“原動(dòng)機(jī)”的美稱，在實(shí)踐中已經(jīng)得證明了它是能量轉(zhuǎn)換和能源綜合利用中的關(guān)鍵裝備，在我國(guó)實(shí)施的節(jié)能減排戰(zhàn)略中發(fā)揮著日益重要的作用。目前，火力發(fā)電廠已經(jīng)逐步使用汽輪機(jī)替代電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵，通過汽輪機(jī)的蒸汽熱能轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)輪子做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來的機(jī)械能，達(dá)到驅(qū)動(dòng)給水泵運(yùn)轉(zhuǎn)的目的。相較傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，其能通過減少中間能量轉(zhuǎn)化的環(huán)節(jié)來減少能量轉(zhuǎn)換過程的損失，提高能源利用效益。

1 汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵的設(shè)備組成

通?；鹆Πl(fā)電廠工作原理是將鍋爐出口的蒸汽經(jīng)汽輪發(fā)電機(jī)組做功發(fā)電后排出，再經(jīng)過冷凝器凝結(jié)后經(jīng)除氧器送入鍋爐給水泵升壓后進(jìn)入鍋爐，從而達(dá)到循環(huán)利用的效果。給水泵隨機(jī)組負(fù)荷變參數(shù)調(diào)速運(yùn)行，當(dāng)采用汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵配時(shí)可通過小機(jī)電解液調(diào)節(jié)系統(tǒng)來滿足其調(diào)速要求，調(diào)速范圍能達(dá)到50%～100%。調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)給水泵汽輪機(jī)主汽閥的相對(duì)開口大小，控制小機(jī)進(jìn)汽量，從而調(diào)整給水泵汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速，最終改變給水泵介質(zhì)出口參數(shù)。近年來，大部分汽輪機(jī)生產(chǎn)企業(yè)都可以供應(yīng)給水泵汽輪機(jī)以及相應(yīng)的整套控制調(diào)速系統(tǒng)。目前最先進(jìn)的技術(shù)是一體化集成技術(shù)，該技術(shù)很大程度上簡(jiǎn)化了設(shè)備生產(chǎn)和安裝工序。一個(gè)集成模塊是汽輪機(jī)主體、調(diào)速器和給水泵，另一個(gè)是潤(rùn)滑油集裝裝置，具有安裝簡(jiǎn)便、體積小、輕便的特點(diǎn)[1]。

2 汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)水泵的優(yōu)點(diǎn)

火力發(fā)電廠機(jī)組容量在近年來一直提升，汽輪機(jī)整體對(duì)給水量的需求和汽輪機(jī)入口壓力也隨之不斷提升，且隨著給水泵運(yùn)行可靠性的逐步提高，1×100%容量給水泵配置越來越廣。因此采用以往的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵的方式，已無(wú)法滿足現(xiàn)有規(guī)模的給水量和壓力要求。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵的能量轉(zhuǎn)化原理為鍋爐燃燒產(chǎn)生的熱能，轉(zhuǎn)化為電能后，再轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。以1000MW機(jī)組為例，采用100%容量電動(dòng)給水泵方案時(shí)，泵組的所需的軸功率達(dá)到38MW，所需電動(dòng)機(jī)的功率超過了40MW，國(guó)內(nèi)目前還沒有制造如此大功率的同步或異步電動(dòng)機(jī)的能力。即使配置50%容量電動(dòng)給水泵，所需電動(dòng)機(jī)的功率也超過了20MW，國(guó)內(nèi)目前如此大功率的同步或異步電動(dòng)機(jī)也運(yùn)行較少，且制造費(fèi)用較高。另外對(duì)電廠而言，大功率電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)對(duì)廠用電系統(tǒng)的沖擊很大，將影響電廠其他輔機(jī)的安全運(yùn)行。汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵主要是熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，可以直接通過小機(jī)進(jìn)汽量來調(diào)節(jié)水泵的壓力及流量，從最大程度上降低能量損耗和最大程度提高效率，故大型火力發(fā)電廠汽輪機(jī)的驅(qū)動(dòng)給水泵方式是獲得高揚(yáng)程的有效方式，其運(yùn)行功率受到的限制較少，能夠滿足大容量機(jī)組給水泵大功率運(yùn)行的要求。另外，給水泵汽輪機(jī)調(diào)速范圍較廣，當(dāng)火力發(fā)電廠根據(jù)電網(wǎng)要求機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，根據(jù)小機(jī)進(jìn)汽參數(shù)也可自動(dòng)調(diào)整和控制小機(jī)的轉(zhuǎn)速，最大限度地降低對(duì)給水系統(tǒng)及閥門造成的損失。給水泵與汽輪機(jī)是同軸直聯(lián)的，減少了電泵中調(diào)速裝置的轉(zhuǎn)換效率的損耗，能量轉(zhuǎn)化過程最直接，可以有效提高汽輪機(jī)整機(jī)的運(yùn)行效率和能源使用效率。給水泵的汽源是由主汽輪機(jī)做功后的四段抽汽提供的，可以有效降低火力發(fā)電廠冷卻能源的損失，提升了整體機(jī)組熱能源的經(jīng)濟(jì)性和能源利用率[2]。

3 給水泵汽輪機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性

電網(wǎng)容量不斷增加，促進(jìn)了電網(wǎng)組成機(jī)構(gòu)的不斷變化，尤其是工業(yè)用電的比重逐漸降低，更是使電網(wǎng)的峰谷差變化更大。現(xiàn)階段，我國(guó)主要的發(fā)電方式是以火力發(fā)電為主，火力發(fā)電也是我國(guó)目前主要的電網(wǎng)組成方式。為了適應(yīng)當(dāng)前電網(wǎng)峰谷差逐漸增大的實(shí)際情況，對(duì)大容量火力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行調(diào)峰已經(jīng)是一個(gè)亟待解決的問題。目前最常采用的變負(fù)荷調(diào)峰方式是滑壓運(yùn)行方式?；瑝哼\(yùn)行方式的最大特點(diǎn)就是在部分負(fù)荷中，流量會(huì)出現(xiàn)一定程度的減少，同時(shí)出口壓力也會(huì)有所降低，這樣就能夠保證給水泵功率的降低幅度出現(xiàn)較大的變化。這樣可以有效降低機(jī)組運(yùn)行熱能消耗，大大提高機(jī)組的熱效率。給水泵在現(xiàn)代火力發(fā)電機(jī)組中是一個(gè)重要的輔機(jī)。通常情況下，高壓和低壓的臨界壓力機(jī)組中，給水泵的功率占主機(jī)容量的2%左右，甚至可以占到3%，所以減少給水泵的功耗可以在很大程度上降低發(fā)電廠的功耗。而使用滑壓運(yùn)行可以有效降低給水泵功率，當(dāng)給水泵使用汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，節(jié)約的功耗效果更加明顯，大概有定壓運(yùn)行時(shí)所需功耗的50%左右，因此，給水泵汽輪機(jī)的使用可以很好提高機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行的熱經(jīng)濟(jì)性。

4 給水泵汽輪機(jī)系統(tǒng)的啟動(dòng)特點(diǎn)

給水泵汽輪機(jī)啟動(dòng)具有很好的靈活性和穩(wěn)定性，可以滿足當(dāng)前電廠出現(xiàn)的一些變化需求。如果采用電動(dòng)給水泵配置方案，由于鍋爐給水量很大，故電動(dòng)給水泵容量也很大，特別對(duì)600MW及以上大機(jī)組和空冷機(jī)組，單臺(tái)電動(dòng)給水泵即使按照給水容量的50%配置電動(dòng)機(jī)的容量也超過10000kW，如電廠廠用高壓電壓等級(jí)采用6kV，給水泵電動(dòng)機(jī)則無(wú)法滿足直接起動(dòng)要求，需采用10kV電壓等級(jí)的廠用電給電動(dòng)給水泵供電時(shí)給水泵電動(dòng)機(jī)才可直接全壓?jiǎn)?dòng)，啟動(dòng)電流引起母線的電壓波動(dòng)才能滿足國(guó)標(biāo)和有關(guān)規(guī)程的要求。而驅(qū)動(dòng)小機(jī)的汽源具有很強(qiáng)的靈活性，一般主機(jī)的四段抽汽作為正常運(yùn)行汽源，全廠輔汽作為小機(jī)的啟動(dòng)、備用及調(diào)試用汽源。一般在機(jī)組達(dá)到30%額定負(fù)荷時(shí)即可進(jìn)行汽源的切換，保證給水泵的正常運(yùn)行。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在電廠中使用汽動(dòng)給水泵能夠很好地提高機(jī)組整體的運(yùn)行水平，可以保證機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。而根據(jù)相關(guān)的研究發(fā)現(xiàn)，在給水泵總功率在6000kW以上時(shí)，最好使用小汽輪機(jī)進(jìn)行變速驅(qū)動(dòng)運(yùn)行可以保證很好的經(jīng)濟(jì)性。目前，我國(guó)很多電廠中對(duì)給水泵汽輪機(jī)的應(yīng)用都是比較合理和成功的，對(duì)提高機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性有很好的促進(jìn)作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 崔璟.給水泵汽輪機(jī)在電廠中的應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2017， （9）：97-97.

[2] 畢華南，李紅艷.給水泵汽輪機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用及啟動(dòng)中的問題分析[J].華電技術(shù)，2015，31（7）：50-52.