350MW機組純汽動給水泵啟動的節能分析與應用

林隆

(華能東方電廠，海南省東方市 572600)

0 引言

華能東方電廠為了響應國家節能號召，尋求安全、經濟的機組啟動方式，二期擴建工程3號機組(350MW)取消了原電動給水泵方案，不僅節約了基建投資費用、降低啟動階段的廠用電消耗，而且節省了電動給水泵備品配件費用及運行、維護成本，減少了閉式冷卻水用戶及優化了主廠房空間布置等［1-8］。本文分析純汽動給水泵啟動方式的節能效果，介紹其在東方電廠的應用情況。

1 設備概況

華能東方電廠3號機組只配置1臺100%鍋爐最大連續蒸發量(boiler maximum continue rate，BMCR)容量的汽動給水泵，汽動給水泵前置泵由小汽輪機通過減速箱柔性疊片式聯軸器驅動，整體布置在汽機主廠房0 m平臺。小汽輪機為單缸、單流、單軸、沖動式、純凝汽、上排汽汽輪機，小汽輪機只配有低壓汽源，即正常工作汽源來自主機四段抽汽(以下四抽)，備用和調試汽源采用輔助蒸汽。機組采用汽動給水泵啟動方式，通過聯合控制汽動給水泵轉速和給水旁路調節閥，以控制給水流量和壓力，實現機組快速啟停。

2 汽動給水泵啟動方式的節能分析

2.1 定性分析

(1)汽動給水泵能量轉換途徑為:燃料中的能量→鍋爐蒸汽能量→汽動給水泵小汽輪機→汽動給水泵。

(2)電動給水泵能量轉換途徑為:燃料中的能量→鍋爐蒸汽能量→汽輪機機械能→發電機電能→電動給水泵電動機→電動給水泵［2］。

可以看出，汽動給水泵能量轉換的環節要少于電動給水泵。從定性分析角度，轉換環節越少，能量的損失越少，汽動給水泵要比電動給水泵節能。

2.2 定量分析

通過比較電動給水泵與汽動給水泵在相同出力(相同給水流量和泵出口壓力)的情況下，單位時間內所消耗的能量(即功率)來衡量汽動給水泵、電動給水泵啟動方式的能耗大小，從而得出2種啟動方式在能耗上的優劣。

(1)電動給水泵啟動方式的能耗。設電動給水泵流量為q時，其電動機電流為I，電壓為U，功率因數為cosφ，此種方式的能耗為

(2)汽動給水泵啟動方式的能耗。設汽動給水泵流量為q時，汽動給水泵小汽輪機的蒸汽流量為qstm，小汽輪機進口蒸汽的比焓值為h1，小汽輪機排出蒸汽的比焓值為h2。根據熱力學第一定律，1 kg蒸汽在給水泵汽輪機做的功為w=h1－h2，即在時間t內，流量為qstm的蒸汽做的功為

給水泵汽輪機的功率為

(3)根據華能東方電廠2號機組電動給水泵(50%BMCR容量)與3號機組汽動給水泵的實際運行數據，計算了汽動給水泵啟動方式與電動給水泵啟動方式的實際功率，計算結果如表1所示。表中，K=S/E，如果K＜1，則說明汽動給水泵啟動方式較經濟。

表1 電動給水泵和汽動給水泵的能耗分析Tab.1 Energy consumption analysis of electric feed pump and steam feed pump

由表1可知，汽動給水泵在鍋爐清洗階段運行的節能效果特別顯著，節能43%;100MW 工況、175 MW工況節能38%、25%。

3 純汽動給水泵啟動特點

3.1 純汽動給水泵啟動優點

3.1.1 節約廠用電，提高經濟性

火電廠將蒸汽轉化成電能的熱效率在40%以下，因此直接用蒸汽作為動力明顯比用電能作動力更節能，經濟性顯著。以華能東方電廠一期設備為例，電動給水泵電機功率為4500 kW，正常冷態啟動至退電動給水泵約18 h，滑停時間約2～3 h，機組啟停1次將增加約8萬kW·h的用電量，廠用電大大增加，降低了機組的經濟性。若全程采用汽動給水泵啟動，機組所消耗的是一次能源(蒸汽)，使廠用電率大大下降。

3.1.2 減少啟停期間工作量，提高效率

機組采用電動給水泵啟動則需完成操作電動給水泵系統大量的輔助性工作，機組并網后還需要安排沖轉汽動給水泵備用，增加了系統啟動工作量及并汽動給水泵退電動給水泵操作，延長了啟動時間。機組采用汽動給水泵啟動則可減少工作量，緩解運行人員工作壓力，提高操作效率，縮短啟動時間，提高經濟性;同時，有利于減少電動給水泵給水系統的設備故障維護量，避免電動給水泵啟動瞬間電流對6 kV母線電壓沖擊等弊端。

3.1.3 提高汽動給水泵啟動可靠性

華能東方電廠4臺機組全部投產后，輔汽系統采用母管制，為小汽機汽源提供可靠的保證，故在任何情況下汽動給水泵都可代替電動給水泵向鍋爐上水，提高汽動給水泵啟動可靠性。

3.2 純汽動給水泵啟動缺點

在實際應用中，純汽動給水泵啟動機組也存在不足，如僅僅在機組啟動前給鍋爐上水，涉及的提前投運系統較多，一些設備、系統啟動順序需做調整。沖轉小汽輪機必須確保輔汽已暖好，同時主汽輪機投軸封、抽真空，投運這些系統前必須確保主汽機潤滑油、密封油、頂軸油、盤車系統已正常運行。

熱態沖轉汽動給水泵小汽輪機排氣溫度易超過120℃，造成汽動給水泵軸承振動超限跳閘，延長機組啟動時間。因此，要控制好沖轉參數、縮短暖機時間、提高升速率、快速通過小汽輪機臨界轉速。同時，在使用鄰機輔汽供小汽輪機運行至切換到本機汽源前，小汽輪機排汽做功后直接排入主汽輪機凝汽器，造成熱井水位過高，為維持熱井正常水位，勢必將凝結水直接排掉，增加鄰機補水率。

另一方面，因無電動給水泵備用，機組可靠性相對降低。若汽動給水泵故障跳閘，給水流量低，鍋爐主燃料跳閘(master fuel trip，MFT)動作，將增加機組非正常停運次數。

4 東方電廠純汽動給水泵啟停機組應用實例

4.1 純汽動給水泵啟動機組調試運行情況

2012年2月10日，華能東方電廠3號機組首次采用鄰機輔汽沖轉小汽輪機并完成給水泵汽輪機電液(micro electro hydraulic，MEH)控制系統、汽輪機安全監測儀表系統 (turbinesupervisory instrumentation，TSI)電超速實驗。

2012年2月11日，首次啟動汽動給水泵，目標轉速600 r/min運行10 min，對汽動給水泵本體碰摩及各參數檢查正常。

2012年2月12日，再次沖轉汽動給水泵至3000 r/min最小流量再循環運行，通過臨界轉速時汽動給水泵最大振動峰值為小汽輪機前軸承x方向的振動值57.2 μm，并完成小汽輪機MEH控制系統調試。

2012年3月20日，汽動給水泵首次給鍋爐上水、冷熱態清洗、升溫升壓、機組沖轉、暖機、并網低負荷暖機、升負荷完成小汽輪機汽源切換。

2012年4月6日，機組首次350MW穩定運行，汽動給水泵滿出力運行，汽動給水泵軸承振動、溫度、油溫各參數良好。小汽輪機沖轉各階段參數如表2所示。

表2 小汽輪機沖轉各階段參數Tab.2 Parameters of small turbine in turning stage

4.2 純汽動給水泵啟動操作要點

(1)一期輔汽系統采用母管制，為小汽機汽源提供可靠的保證，實現全程純汽動給水泵機組冷態啟動。首先，沖轉小汽輪機前確認汽機側所有系統投運正常，調整輔汽供汽電動門開度，暖管、疏水直至小汽輪機主汽門壓力、溫度達到沖轉條件。然后小汽輪機掛閘、沖轉、暖機，以汽動給水泵偏心度小于35 μm為暖機結束條件。暖機結束后小汽輪機轉速升至3000 r/min，小汽輪機投鍋爐自動，汽動給水泵再循環全開。

(2)鍋爐上水冷熱態清洗。全開主給水旁路調節閥前、后電動閥，通過調節閥控制上水速度對鍋爐進行冷態清洗。爐水水質合格后鍋爐點火、升溫升壓、分離器出口溫度達190℃時，維持給水流量330 t/h進行熱態清洗。給水流量、分離器水位通過汽動給水泵轉速、給水旁路調節閥、沖洗閥靈活調節。

(3)機組并網帶負荷至175 MW。機組并網低負荷運行期間確保臨機輔汽參數正常，逐漸調整水煤比使負荷增至175 MW，控制分離器低水位，維持過熱度2～6℃，分離器濕態轉干態運行。同時汽源管路暖管、備用。在整個過程中，通過汽動給水泵轉速、給水旁路調節閥控制給水母管壓力、分離器水位，注意將給水旁路閥前、后差壓控制在1～2 MPa。

(4)小汽輪機汽源切換切換。當再熱冷段(下稱冷再)壓力≥1 MPa時，將輔聯汽源切至本機冷再，逐漸降低鄰機輔汽壓力，直至完全由本機冷再供汽。當四抽壓力達到0.5 MPa后調整冷再供汽壓力，將小汽輪機汽源切換至四抽。切換過程中應注意蒸汽壓力、溫度相匹配、疏水，要監視小汽輪機轉速、給水流量、金屬部件溫度變化情況等。汽源切換正常后，關閉一期輔汽供3號機組輔汽聯絡門，電動門前、后疏水門開啟，暖管備用。按調度指令負荷增至350MW，順利完成純汽動給水泵機組啟動。

4.3 純汽動給水泵停運操作步驟

(1)機組負荷減至175 MW。開啟一期輔汽母管供3號機組輔汽聯絡門，將3號機輔聯汽源切至鄰機輔汽，使兩者壓力、溫度相匹配。給水流量采用降汽動給水泵轉速和逐漸開啟汽動給水泵最小流量再循環閥的方法來靈活控制。

(2)繼續減負荷至20MW，鍋爐MFT，聯跳汽動給水泵，聯關小汽輪機供汽電動門、進汽主汽門。

5 結語

取消電動給水泵系統，可減少電廠建設投資1050萬元，縮短機組建設周期，降低廠用電率。在機組啟動階段，采用汽動給水泵直接啟動機組有著明顯的經濟優勢，比電動給水泵更節能，通過機組啟動方式必要的控制與調整，純汽動給水泵能夠適應機組啟動變化。運行實踐證明，華能東方電廠350MW超臨界機組純汽動給水泵啟動方式是安全、經濟、可靠的，為同類機組的啟動及運行提供借鑒經驗，在具備可靠啟動汽源的情況下可以嘗試進行無電動給水泵啟停機組。

［1］王艦，姜小軍.600MW 機組無電泵啟動方式探討［J］.電力建設，2006，27(5):25-27.

［2］武云鵬.1000MW機組純汽泵啟動的節能分析和給水系統改進方案［J］.浙江電力，2011(1):15-19.

［3］胡洲.1000MW 機組無電泵啟動方式及特點［J］.浙江電力，2010(9):43-46.

［4］文賢馗，申自明.鍋爐蒸汽吹管采用汽泵供水的工程實踐［J］.電力建設，2005，26(6):35-36，44.

［5］孫樹哲.600MW機組無電泵啟停方式研究與應用［J］.科技信息，2010(35):1143-1137.

［6］姜廣偉，武國良，楊洋.300MW 機組汽動給水泵上水方式探討［J］.吉林電力，2005(5):15-17.

［7］葉明.汽泵啟停機組技術在350MW 機組上的應用［J］.節能，2010(1):52-54.

［8］張洪波.600MW機組汽泵全過程給水分析［J］.節能，2009(12):35-36，45.