火電機組汽動給水泵最佳運行方式研究

史嘯曦，王培毅，李慧君

(1．上海外高橋發(fā)電責(zé)任有限公司，上海200137;2．華北電力大學(xué) 能源動力與機械工程學(xué)院，河北 保定071003)

0 引言

在國家節(jié)能減排政策下，小機組逐漸淘汰，新建大機組汽輪機單機容量和蒸汽參數(shù)越來越高［1］;由于火電廠是一個復(fù)雜的熱力系統(tǒng)，為了提高其運行的經(jīng)濟性，不僅需要提高主機效率，而且還需改善熱力系統(tǒng)中所有輔機的配置和運行方式。給水泵作為電廠中的耗電大戶，是電廠重要的輔機，其運行狀況是降低廠用電率的重點環(huán)節(jié)［2］，所以優(yōu)化給水泵的運行方式具有重要的實踐意義。

近年來，對給水泵運行方式的優(yōu)化已經(jīng)有相關(guān)的研究，2010 年國內(nèi)研究人員提出300 MW 以上的機組采用汽動泵的有效性與可行性，通過分析鍋爐給水泵在電動和汽動兩種驅(qū)動方式下，對凈熱耗率、同等工作效率和綜合新煤耗率進行比較，結(jié)果表明對于300 MW 以上的機組，釆用汽動泵可以減少凈熱耗率、提高產(chǎn)量并且提高操作的穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)性能［3］。文獻［4］從熱經(jīng)濟性角度，對大型火電廠鍋爐給水泵的幾種不同驅(qū)動方式，包括汽泵驅(qū)動、液力偶合器電泵驅(qū)動、大機主軸驅(qū)動進行了比較，得出了大機主軸驅(qū)動方案是最佳的;為了提高設(shè)備的可靠性，在給水泵配置方式上做了一些調(diào)整，由于汽動給水泵的可靠性還尚未成熟，有待進一步提高，因此通常主張釆用1 臺50%容量的電泵(備用)和2 臺50%容量汽泵的運行方式［5］;但在不同工況下，當(dāng)火電廠機組中2 臺汽動泵給水流量分配不同時，研究機組的熱經(jīng)濟性比較少。

本文以N600 MW 亞臨界和N1000 MW 超超臨界機組為例，忽略給水泵的管道特性的影響，在不同工況下，分析和比較兩臺汽動給水泵在給水流量分配情況不同時的機組熱經(jīng)濟性，得出最佳的給水流量分配方案，確定給水泵的最佳運行方式。

1 機組的熱力系統(tǒng)模型

1.1 熱力系統(tǒng)模型

以 N600-16．7/537/537 亞 臨 界 和 N1000-26．25/600/600 超超臨界機組為例，兩臺機組正常運行時兩臺汽動給水泵并聯(lián)運行［6］，兩臺機組的熱力系統(tǒng)簡圖分別如圖1、2 所示。

圖1 600 MW 機組熱力系統(tǒng)簡圖

圖2 1 000 MW 機組熱力系統(tǒng)簡圖

1.2 熱經(jīng)濟性計算式

在給水流量變化時，為了獲得兩臺給水泵對應(yīng)小汽機抽汽量的變化趨勢以及相應(yīng)第三、四段抽汽變化量，從而分析熱經(jīng)濟性變化的原因，所以根據(jù)兩臺機組的熱力系統(tǒng)模型，采用熱平衡法對各加熱器建立能量守恒和質(zhì)量守恒的關(guān)系式［7，8］。

在給水泵分配的流量不同時，泵的效率和焓升會變化;同時帶動給水泵的小汽機的抽汽量和3 號高壓加熱器的入口水焓也會受到影響，并影響整個機組的熱經(jīng)濟性。相關(guān)的計算公式如下:

汽動給水泵的焓升［7］:

三號高壓加熱器的入口水焓:

兩臺小汽機的總抽汽量:

式中:vav為給水的平均比體積，m3/kg;Pin和Pout分別為給水泵的進出口壓力，MPa;ηpu為對應(yīng)流量下的泵效率;GA和GB分別是兩臺泵A 泵和B泵的給水流量，t/h;和分別為小汽機的進出口焓，kJ/kg;ηt為小汽機的效率。

計算出各段抽氣系數(shù)后，為了比較不同方案的給水流量的熱經(jīng)濟性，各項熱經(jīng)濟性指標(biāo)計算式如下所示:

標(biāo)準(zhǔn)煤的低位發(fā)熱量ql=29 270 kJ/kg，全廠標(biāo)準(zhǔn)煤耗率bscp，g/(kW·h)

全廠熱耗率qcp，kJ/(kW·h)

全廠熱效率ηcp

式中:ηe為汽輪發(fā)電機組絕對電效率;ηb和 ηp分別為鍋爐效率和管道效率，取 ηb=0．92，ηp=0．98。

2 給水泵流量分配方案

2.1 選取方案原則

取N600-16．7/537/537 機組的單臺給水泵的額定流量qmd=1 004．01(t/h)，N1000-26．25/600/600 機組單臺給水泵的額定流量 qmd=1 353．63(t/h);機組給水總量大于單泵額定流量，小于兩泵額定流量和;忽略兩臺給水泵的管道特性的影響，由于給水泵的流量不同，其效率也不同，所以泵間的流量分配方案不同，存在一個最佳運行方案。因此，在某負荷區(qū)，通過選取不同給水泵流量來確定效率，進而通過機組熱經(jīng)濟參數(shù)，確定給水泵流量最佳分配方案。

2.2 600 MW 機組給水分配方案

N600 MW 亞臨界機組選取THA、TMCR、75%THA 工況，3 種不同工況下給水總流量qm和兩臺給水泵A 和B 的給水流量分配方案如表1 所示，同時給出了隨著流量不同時對應(yīng)的泵效率［9］。

表1 600 MW 不同工況給水分配方案

2.3 1 000 MW 機組給水分配方案

N1 000 MW 超超臨界機組選取60%THA、75%THA、80%THA 工況，3 種不同工況下兩臺給水泵A和B 的給水流量的分配方案如表2 所示。

表2 1 000 MW 不同工況給水分配方案

3 給水泵最佳流量分配方案

3.1 機組熱經(jīng)濟性分析

由于給水泵流量的分配方式不同，給水泵流量變化引起泵效率的改變;在兩臺汽動泵的給水流量逐漸接近直至相等的過程中，給水泵的出口水焓逐漸減少，給水泵的泵功減少，帶動給水泵的小汽機的抽汽量對應(yīng)減少，即第三段抽汽量減少;同時由于給水泵出口水焓的減少，導(dǎo)致第四段抽汽量增加，但增加的量相對較少，最終汽輪機總體做功蒸汽增加，機組熱經(jīng)濟性提高。

將各工況下給水流量相等的方案6 和單泵額定流量的方案1 做對比，第三段抽汽增加量和第四段抽汽減少量如圖3 和4 所示。

圖3 600 MW 機組不同工況抽汽變化量

圖4 1 000 MW 機組不同工況抽汽變化量

3.2 熱經(jīng)濟性比較

根據(jù)以上分析，為了具體計算熱經(jīng)濟性改善程度，選取標(biāo)準(zhǔn)煤耗率bscp和全廠熱效率ηcp作為熱經(jīng)濟性的評價指標(biāo)［10，11］;通過比較給水泵各流量分配方案下的熱經(jīng)濟性指標(biāo)，確定最佳給水流量的分配方式。N600 MW 亞臨界和N1 000 MW 超超臨界機組的熱經(jīng)濟性參數(shù)如圖5～10 所示。

圖5 600 MWTHA 各方案熱經(jīng)濟性

圖6 600 MW TMCR 各方案熱經(jīng)濟性

圖7 600 MW 75%THA 各方案熱經(jīng)濟性

圖8 1 000MW 60%THA 各方案熱經(jīng)濟性

圖9 1 000 MW75%THA 各方案熱經(jīng)濟性

通過對給水泵流量各分配方案的熱經(jīng)濟性計算，可知機組的熱經(jīng)濟性，在其它條件不變時，隨給水泵流量分配方案的不同而異。對于亞臨界N 600 MW 和超超臨界N 1 000 MW 機組，在給水泵流量分配方式不同時，其標(biāo)準(zhǔn)煤耗率和全廠熱效率具有相同的變化趨勢，即:在兩臺給水泵的給水流量慢慢接近時，機組熱經(jīng)濟性逐漸提高，直至兩臺泵給水流量相等時，其熱經(jīng)濟性最好，對應(yīng)的給水分配方式是最佳的;并且在不同工況下，隨著兩臺給水泵流量接近時，機組的熱經(jīng)濟性也逐漸提高。

圖10 1 000 MW 80%THA 各方案熱經(jīng)濟性

4 結(jié)論

(1)兩臺汽動泵給水流量的分配不同對機組的熱經(jīng)濟性有一定的影響;主要影響與給水泵進出口相連接的加熱器，特別是對與出口相聯(lián)的高加，其抽汽量有很大的變化。

(2)當(dāng)兩臺給水泵流量相同時，機組熱經(jīng)濟性指標(biāo)最佳，所對應(yīng)的給水系統(tǒng)運行方式亦最優(yōu)。

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