汽動給水泵在300MW火電機(jī)組冷態(tài)啟動中的節(jié)能分析

摘要：計(jì)算了在300MW火電機(jī)組冷態(tài)啟動過程中，單獨(dú)使用電動給水泵滿足鍋爐上水消耗的能量和單獨(dú)使用汽動給水泵滿足鍋爐上水消耗的能量，為比較方便，將兩者消耗的能量都統(tǒng)一折算為電能的大小，從而得出汽動給水泵在300MW火電機(jī)組冷態(tài)啟動過程中的節(jié)能效果比電動給水泵要好，在機(jī)組冷態(tài)啟動過程中單獨(dú)使用汽動給水泵滿足鍋爐上水可以提高火電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：能量；鍋爐上水；給水泵

作者簡介：談曜（1980-），男，青海西寧人，廣州恒運(yùn)企業(yè)集團(tuán)公司，熱動助理工程師。（廣東 廣州 510730）

中圖分類號：TK227.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2012）24-0150-02

廣州恒運(yùn)熱電D廠裝機(jī)容量為2×300MW，汽輪機(jī)組是由東方汽輪機(jī)廠制造的N300－16.7/537/537-8型亞臨界、一次中間再熱、兩缸兩排汽、凝汽式汽輪機(jī)組，熱耗Q0=7962.0kJ/kWh，高壓缸效率ηgy=81.58%。鍋爐是東方鍋爐廠生產(chǎn)的DG1025/18.2-Ⅱ4型亞臨界、四角切圓燃燒、自然循環(huán)汽包爐。給水泵拖動方式：采用2臺50%BMCR（鍋爐連續(xù)最大蒸發(fā)量）汽動給水泵，其備用泵為35%BMCR電動給水泵。為提高機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性，決定在機(jī)組冷態(tài)啟動過程中單獨(dú)使用汽動給水泵，電動給水泵備用的鍋爐上水方式。

一、鍋爐上水方式比較

常規(guī)方式啟動機(jī)組，鍋爐上水時(shí)采用電動給水泵，同時(shí)準(zhǔn)備兩臺汽動給水泵的啟動工作，直至機(jī)組負(fù)荷上升到150MW時(shí)，兩臺汽泵并列運(yùn)行滿足鍋爐上水，停止電動給水泵作備用。

單獨(dú)使用汽動給水泵的上水方式，即在整個(gè)啟動過程中，電動給水泵全程備用不運(yùn)行，汽動給水泵通過控制小汽輪機(jī)的進(jìn)汽調(diào)門，避開汽動給水泵組的共振轉(zhuǎn)速范圍，配合鍋爐上水調(diào)門和再循環(huán)門，滿足機(jī)組各個(gè)階段上水量的需求。

二、兩種鍋爐上水方式消耗能量分析

常規(guī)方式從鍋爐上水到機(jī)組負(fù)荷至150MW，電動給水泵不間斷運(yùn)行，持續(xù)時(shí)間按機(jī)組冷態(tài)啟動曲線約有7.5h，大功率的電動給水泵在此期間消耗大量的電能。同時(shí)機(jī)組在低負(fù)荷階段時(shí)，電動給水泵和汽動給水泵并列運(yùn)行，給水量大于鍋爐蒸發(fā)量，給水泵再循環(huán)門要保持全開，浪費(fèi)了大量能源。本文為計(jì)算方便，只計(jì)算單獨(dú)使用電動給水泵滿足鍋爐上水直至機(jī)組負(fù)荷35%BMCR（115MW）時(shí)消耗的電能，此過程所需時(shí)間按機(jī)組冷態(tài)啟動曲線約有7h。

單獨(dú)使用汽動給水泵的上水方式，電動給水泵全程備用不消耗電能（其輔助潤滑油泵功率小，能量消耗本文中忽略不計(jì)）。汽動給水泵消耗的能量有：小汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)運(yùn)行消耗的蒸汽能量，為方便比較，后文中將此蒸汽能量通過計(jì)算轉(zhuǎn)化為電能；小汽輪機(jī)和主機(jī)軸封用汽消耗的蒸汽能量（汽量少且比常規(guī)方式啟動時(shí)間僅多1.5h，本文中忽略不計(jì)）；汽動給水泵前置泵、小汽輪機(jī)潤滑油泵和排煙風(fēng)機(jī)消耗的電能，另外小汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)需要主機(jī)凝汽器提前抽真空，所以還包括主機(jī)真空泵和軸封風(fēng)機(jī)在提前抽真空階段消耗的電能。

三、兩種鍋爐上水方式消耗能量計(jì)算

1.啟動過程中相關(guān)設(shè)備電動機(jī)運(yùn)行參數(shù)和電能計(jì)算公式

（1）啟動過程中相關(guān)設(shè)備電動機(jī)運(yùn)行參數(shù)如下表1。

表1 啟動過程中電動機(jī)運(yùn)行參數(shù)

電機(jī)設(shè)備名稱額定電壓（V）運(yùn)行電流（A）功率因數(shù)

電動給水泵60002800.917

真空泵3802080.79

軸封風(fēng)機(jī)38090.89

汽動給水泵前置泵6000160.9

小汽輪機(jī)潤滑油泵380270.89

小汽輪機(jī)排煙風(fēng)機(jī)3802.70.89

（2）電動機(jī)運(yùn)行中消耗的電能按公式（1）計(jì)算：

（1）

式中：W——電動機(jī)消耗的電能，kWh；

U——電動機(jī)額定電壓（線電壓），V；

I——電動機(jī)運(yùn)行電流，A；

cosφ——電動機(jī)功率因數(shù)；

t——電動機(jī)運(yùn)行時(shí)間，h。

2.機(jī)組啟動使用電動給水泵上水

電動給水泵上水主要消耗的是電能，從鍋爐點(diǎn)火開始到機(jī)組升負(fù)荷至115MW，按照機(jī)組冷態(tài)啟動曲線，時(shí)間大致為7h，電動給水泵運(yùn)行平均電流為280A，電壓為6000V，從而根據(jù)公式（1）和表1相關(guān)數(shù)據(jù)可以計(jì)算出電動給水泵消耗的電能W電動給水泵為：

W電動給水泵=18677.75kWh

3.機(jī)組啟動使用汽動給水泵上水

機(jī)組使用汽動給水泵上水與電動給水泵不同的一點(diǎn)是需要提前建立整個(gè)機(jī)組的真空以便啟動汽動給水泵，汽動給水泵冷態(tài)啟動時(shí)間需要1.5h，也就是說汽動給水泵在冷態(tài)啟動過程中比電動給水泵啟動方式多用時(shí)間1.5h，即單獨(dú)使用汽動給水泵上水在冷態(tài)啟動過程中所用時(shí)間為8.5h。在此過程中汽動給水泵輔助電動設(shè)備：汽動給水泵前置泵、小汽輪機(jī)潤滑油泵和小汽輪機(jī)排煙風(fēng)機(jī)消耗的電能按公式（1）和表1相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算得出為：

W汽動給水泵前置泵=1271.98kWh

W小汽輪機(jī)潤滑油泵=134.43kWh

W小汽輪機(jī)煙風(fēng)機(jī)=13.44kWh

小汽輪機(jī)運(yùn)行需要提前啟動主機(jī)軸封風(fēng)機(jī)和真空泵抽真空，主機(jī)軸封風(fēng)機(jī)和真空泵比電動給水泵上水方式多運(yùn)行時(shí)間為1.5h，所以汽動給水泵上水時(shí)，主機(jī)軸封風(fēng)機(jī)和真空泵比電動給水泵上水方式多消耗的電能按公式（1）和表1相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算得出有：

W軸封風(fēng)機(jī)=7.91kWh

W真空泵=162.22kWh

汽動給水泵小汽輪機(jī)消耗的蒸汽在啟動時(shí)來自鄰機(jī)高排汽源，蒸汽流量從小汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)至機(jī)組負(fù)荷到達(dá)115MW，平均約為D=6.5t/h。取理想狀況，在機(jī)組啟動時(shí)，鄰機(jī)帶300MW額定負(fù)荷運(yùn)行。已知機(jī)組額定工況下的汽耗為q=3.04kg/kWh，那么小汽輪機(jī)所用的蒸汽在主汽輪機(jī)內(nèi)完全做功后能夠發(fā)出的電能W1計(jì)算如下：

W1=1000Dt /q=1000×6.5×8.5/3.04=18174.34 kWh

式中：W1——小汽輪機(jī)消耗蒸汽在主汽輪機(jī)內(nèi)完全做功發(fā)出的電能，kWh；

D——小汽輪機(jī)耗汽量，t/h；

t——小汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)間，h；

q——主汽輪機(jī)額定工況下的汽耗，kg/kWh；

小汽輪機(jī)在機(jī)組啟動時(shí)所用蒸汽來自鄰機(jī)高排汽源，這部分蒸汽已經(jīng)在主汽輪機(jī)高壓缸內(nèi)做完功，通過發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能為W2。已知300MW負(fù)荷時(shí)，主蒸汽（高壓主汽門前）壓力為16.6MPa，溫度為537℃，焓值為h1=3395kJ/kg，高壓缸排汽壓力為3.45MPa，溫度為318.6℃，焓值為h2=3029kJ/kg，高壓缸效率ηgy=81.58%，熱耗Q0=7962.0kJ/kWh。這部分蒸汽在汽輪機(jī)高壓缸中所做的功產(chǎn)生的電能W2計(jì)算如下：

W2=1000（h1-h2）Dηgyt / Q0

=1000×（3395.26—3029.56）×6.5×81.58%×8.5/7962.0

=2070.23kWh

式中：W2——小汽輪機(jī)消耗蒸汽在主汽輪機(jī)高壓缸內(nèi)做功發(fā)出的電能，kWh；

h1——主汽輪機(jī)高壓主汽門前蒸汽焓值，kJ/kg；

h2——主汽輪機(jī)高壓缸排汽焓值，kJ/kg；

D——小汽輪機(jī)耗汽量，t/h；

ηgy——主汽輪機(jī)高壓缸效率；

t——小汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)間，h；

Q0——主汽輪機(jī)熱耗，kJ/kWh；

汽動給水泵消耗的蒸汽能量所能得到的電能W3為：

W3=W1-W2=18174.34-2072.23=16102.11kWh

汽動給水泵啟動過程中總共消耗的電能W汽動給水泵為：

W汽動給水泵=W3+W軸封風(fēng)機(jī)+W真空泵+W汽動給水泵前置泵+W小汽輪機(jī)潤滑油泵+W小汽輪機(jī)排煙風(fēng)機(jī)

=16102.11+7.91+162.22+1271.98+134.43+13.44

=17692.09 kWh

4.兩種鍋爐上水方式消耗電能大小比較

W電動給水泵=18677.75kWh＞W(wǎng)汽動給水泵=17692.14kWh

四、結(jié)論

從上文的計(jì)算可以看出，在機(jī)組冷態(tài)啟動至35%BMCR負(fù)荷階段，單獨(dú)使用汽動給水泵比起單獨(dú)使用電動給水泵節(jié)省了電能。實(shí)際機(jī)組使用電動給水泵進(jìn)行啟動時(shí)，為了使機(jī)組更順利地帶高負(fù)荷，也為了有備用給水泵，主機(jī)一并網(wǎng)發(fā)電，汽動給水泵小汽輪機(jī)同時(shí)開始沖轉(zhuǎn)，也就是說，主機(jī)一并網(wǎng)，小汽輪機(jī)就要消耗蒸汽能量，直至50%負(fù)荷階段兩臺汽動給水泵并列運(yùn)行后，才停止電動給水泵運(yùn)行，所以單獨(dú)使用電動給水泵滿足鍋爐上水的理想狀況是很少運(yùn)行的，而單獨(dú)使用汽動給水泵滿足鍋爐上水是完全可行的。文中計(jì)算得到的汽動給水泵比電動給水泵在啟動過程中節(jié)省的能量值是最小值，實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中，節(jié)省的能量更加可觀。

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（責(zé)任編輯：劉輝）