小汽輪機經濟性分析

任立偉

【摘 要】現如今火力發電廠是復雜的熱力系統，其運行經濟性也是不僅依賴于主機效率，同時還取決于熱力系統中所有輔機的配置和運行方式。本文主要研究了給水泵的原驅動小汽輪機，分析了國內外大機組采用小汽輪機驅動給水泵的經濟合理性，以及對給水泵驅動方式進行了比較，以便于實際應用。

【關鍵詞】給水泵；汽輪機；經濟性

0 引言

1）此項分析研究意義和如今和將來必要性

（1）如今發電機組單機容量和蒸汽參數的提高，其熱經濟性不僅依賴于機組本身，而且還依賴于熱系統中輔機的配置和運行方式。

（2）除了要求機組在額定工況下有較高的經濟性外，同時還要求汽輪機組適應在變壓運行和滑壓運行方式下工作。

（3）在發電企業輔機設備中設置獨立的與主汽輪機分離的汽輪機驅動給水泵已逐漸成為大功率機組中應用最多的驅動方式。

（4）給水泵汽輪機的工作汽源在額定工況時，來自主汽輪機的抽汽，排汽直接進入主凝汽器或自備凝汽器。

（5）給水泵汽輪機與主汽輪機低壓缸并聯布置，這就有效的增加了排汽面積，使主汽輪機的排汽損失減小，從而提高了整個熱力系統的熱效率。

（6）鍋爐給水泵是火力發電廠中耗電最大的輔機之一，并隨著機組參數和容量的不斷提高，這一特點顯得更為突出。

2）我國以及國外的給水泵應用現狀

（1）鍋爐給水泵汽輪機是機械驅動用工業汽輪機的一個重要分支，這是一種變轉速，變功率，變（蒸汽）參數、多汽源的汽輪機。

（2）根據調查，300MW及以上大型火電機組用汽輪機驅動給水泵，其經濟性能夠顯著提高。

（3）國外約有80%以上的發電機組采用小汽輪機驅動鍋爐給水泵的方式。

（4）目前我國也是較多大型機組也采用小汽機驅動給水泵，因為這樣不僅在經濟性上能夠提高，還由于變速給水泵汽輪機的固有特性可滿足給水泵對可靠性的各種要求變化。

1 小汽輪機的驅動與電能驅動的特點介紹

1.1 給水泵的驅動方式

電動方式也有兩種：一是，定速泵，泵出口流量及壓力由調節閥調節，因耗電多、經濟性差，僅作為啟動備用泵；二是，調速泵，依靠液力偶合器來改變轉速，以調節泵出口流量及壓力。

小汽輪機用輔汽啟動臨機供汽，根負荷變化汽量變化調節轉速，改變供水量

1.1.1 經濟性比較

1）電動給水泵在啟動時，從靜止到額定轉速，啟動力矩很大，為適應這個轉矩，驅動電機配置容量一般要比給水泵的額定功率大30%～50%，所以其經濟性較差；

2）電動給水泵采用節流的方法來調節給水流量，調節損失較大，且泵的余量越大，損失越高，這是電動泵不可克服的缺點之一。

3）采用液力耦合器驅動的變速給水泵雖然可以在較小的轉速比下啟動，啟動轉矩較小，但是，耦合器自身也消耗一定的功率高達15%左右。

4）而汽動泵不需要升速齒輪和液力耦合器，所以也不存在這些設備的傳動損失。

5）小汽輪機的單位容量隨著主機容量的增加而增加，其內效率也相應的提高。

6）從而比液力耦合器驅動獲得更為顯著的經濟效益，采用汽動調速給水泵不但節約大量的廠用電，而且利用鍋爐部分富裕蒸發量驅動小汽輪機，使供電量增加，相當于主機增容。

（7）采用小汽輪機驅動降低了發電凈熱耗率，提高了機組運行效率。

1.2 兩種驅動方式的熱經濟性比較

1.2.1 熱耗是判斷汽輪發電機組熱力循環和運行情況的主要指標，以考慮問題的角度不同，它有兩種形式，一種稱為毛熱耗，一種稱為凈熱耗。對中間再熱式機組采用電動給水泵時可通過計算得出結果。

1.2.2 由于實際機組運行情況及電動泵配備情況不盡相同，以多種電動泵所耗功率的平均值作為計算依據來計算電動方案的凈熱耗[5]。對某機組冷凝式汽動方案進行了熱力計算，求出了在不同工況下的凈熱耗率。同時，根據電動機的平均功率及各機組的原設計毛熱耗率，在考慮了給水在泵中的焓升對主機功率的影響后，計算出了電動定、變速泵在定壓方式下的凈熱耗率。

1.2.3 采用冷凝式汽動方案，熱經濟性均比采用電動泵要好。尤其是低負荷時采用定速電動泵機組熱經濟性下降更多。這主要是由于定速電動泵不能變速，只能用節流的方法來降低泵的出口壓力，使機組在低負荷運行時效率下降很多。

1.2.4 采用汽動方案其熱經濟性與變速電動泵方案相比，在額定負荷時有所提高，但不顯著，而在50%～90%負荷時，隨著負荷的降低則有較大的提高。小汽機雖然內效率比主機小，而且還有管道壓降等造成的損失，但小汽機在負荷變化時內效率變化較小，又是直接帶動給水泵，中間的能量轉換與傳遞環節少，因而熱經濟性好。

1.3 應用“綜合煤耗”討論給水泵驅動方式

1.3.1“綜合成本煤耗率”的計算方法克服了傳統熱力學分析方法的局限性，把熱力學和經濟學有機地結合在一起。

1.3.2 “綜合成本煤耗率”就是：綜合成本煤耗率zhb=綜合發電成本能價/標煤單價其中，綜合發電成本能價包括兩部分：發電成本能價（發電煤耗率×標煤單價）和自用能價（廠用電率×上網電價）。

1.3.3 綜合成本煤耗率的物理意義是：發出1kWh的電能按綜合發電成本折算過來的標煤消耗量。判斷采用那種驅動方式經濟合理，還可以用機組綜合成本煤耗率作為判斷。如采用汽動給水泵其綜合成本煤耗率較低，則采用汽動給水泵；反之，采用電動給水泵。

1.3.4 經計算采用電泵驅動雖然發電煤耗率較低，但電廠用電率高達10%，比采用汽動給水泵高出近6%，使供電煤耗率高約20g/kWh，綜合成本煤耗率高約50——60g/kWh，所以300 MW及以上大容量機組須采用汽動給水泵驅動。

2 小汽輪機的形式

主要分為背壓式、背壓抽汽式與凝汽式三種型式。目前國內主要采用凝汽式小汽輪機，所以就著重說明。

2.1 凝汽式小汽輪機

目前，廣泛應用的凝汽式給水泵汽輪機均設計為純凝汽式。以此來簡化整個熱力系統并增大機組在運行上的靈活性。它的乏汽排入自備凝汽器或排入主凝汽器中。當主機低負荷運行時，主機抽汽壓力相應下降，主機抽汽壓力下降到某一程度時，就要利用專門的自動切換閥門將高壓汽源引入給水泵汽輪機。

1）采用凝汽式汽輪機后，機組的經濟性有了很大的提高和改善。

2）小汽輪機的工作蒸汽可以取自主汽輪機的任何一段抽汽。

3）凝汽試小汽機也有缺點：

（1）蒸汽在給水泵汽輪機膨脹處的溫度過大使其內效率下降，增大末級葉片的水蝕。

（2）由于供汽壓力較高，進入給水泵汽輪機的蒸汽容積流量較小，降低了通流部分噴嘴和葉片的高度。由于以上的原因，給水泵汽輪機的內效率要比主汽輪機的內效率低很多，部分的抵消了它對改善機組經濟性的積極作用。

3）為了改善以上的不足，給水泵汽輪機的工作蒸汽均取自于主汽輪機的中間再熱后的某一抽汽口，為降低主汽輪機的末級排汽損失，供汽點的壓力希望盡可能的低。此外，較低的抽汽壓力可增大進汽積，改善給水泵汽輪機的相對內效率，進一步降低機組的熱耗率。

4）供汽壓力太低就要導致給水泵汽輪機的最末級的排汽面積的過分增大，限制了本身轉速的提高，同時其余速損失進一步加大，降低其相對內效率。為此，給水泵汽輪機的工作蒸汽常取自主汽輪機的中、低壓缸的連通管或壓力較高的上一級的抽汽口處，額定功率下壓力為0.1-1.0MPa。

3 結論

國內的電站鍋爐給水泵驅動方式主要有電動和汽動兩種。從運行經濟性、輸出凈功率、熱經濟性、綜合成本煤耗率這幾個方面分析比較得到：在大機組中小汽輪機驅動給水泵節約了廠用電，降低了發電凈熱耗率，增大了主機的出力，降低了綜合成本煤耗率，使機組的運行經濟性得到了明顯的提高，又因為汽動給水泵運行穩定性較好，調節性能良好，均優于電動給水泵。

【參考文獻】

[1]王中森.國內外鍋爐給水泵汽輪機的概況[J].工業汽輪機，1991.

[2]馬文智.現代火力發電廠高速給水泵[M].水利電力出版社，1984.

[3]郭立君.泵與風機[M].中國電力出版社，1997

[責任編輯：尹雪梅]