熱電廠汽輪機帶動鍋爐給水泵技術經濟性分析

王引迪

摘 要 隨著電網容量的增加，電廠設備日夜負荷的變化也逐漸增加。這就要求機組不僅要保證在額定負荷下的良好經濟性，而且要保證晝夜負荷在可控范圍內變化，以保證效率的穩定性變化。給水泵汽輪機在大型機組中的應用很好地滿足了這一要求。因此，對給水泵汽輪機在電廠中的應用進行了研究和分析，促進了給水泵汽輪機的推廣應用。

關鍵詞 熱電廠；汽輪機；鍋爐給水泵；經濟性

前言

汽輪機有著工業領域“原動機”的美稱，在實踐中已經得證明了它是能量轉換和能源綜合利用中的關鍵裝備，在我國實施的節能減排戰略中發揮著日益重要的作用。目前，火力發電廠已經逐步使用汽輪機替代電動機驅動給水泵，通過汽輪機的蒸汽熱能轉化為驅動輪子做旋轉運動來的機械能，達到驅動給水泵運轉的目的。相較傳統電動機驅動，其能通過減少中間能量轉化的環節來減少能量轉換過程的損失，提高能源利用效益。

1 汽輪機驅動給水泵的設備組成

通常火力發電廠工作原理是將鍋爐出口的蒸汽經汽輪發電機組做功發電后排出，再經過冷凝器凝結后經除氧器送入鍋爐給水泵升壓后進入鍋爐，從而達到循環利用的效果。給水泵隨機組負荷變參數調速運行，當采用汽輪機驅動給水泵配時可通過小機電解液調節系統來滿足其調速要求，調速范圍能達到50%～100%。調節系統調節給水泵汽輪機主汽閥的相對開口大小，控制小機進汽量，從而調整給水泵汽輪機轉速，最終改變給水泵介質出口參數。近年來，大部分汽輪機生產企業都可以供應給水泵汽輪機以及相應的整套控制調速系統。目前最先進的技術是一體化集成技術，該技術很大程度上簡化了設備生產和安裝工序。一個集成模塊是汽輪機主體、調速器和給水泵，另一個是潤滑油集裝裝置，具有安裝簡便、體積小、輕便的特點[1]。

2 汽輪機驅動水泵的優點

火力發電廠機組容量在近年來一直提升，汽輪機整體對給水量的需求和汽輪機入口壓力也隨之不斷提升，且隨著給水泵運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機驅動給水泵的方式，已無法滿足現有規模的給水量和壓力要求。電動機驅動給水泵的能量轉化原理為鍋爐燃燒產生的熱能，轉化為電能后，再轉化為機械能。以1000MW機組為例，采用100%容量電動給水泵方案時，泵組的所需的軸功率達到38MW，所需電動機的功率超過了40MW，國內目前還沒有制造如此大功率的同步或異步電動機的能力。即使配置50%容量電動給水泵，所需電動機的功率也超過了20MW，國內目前如此大功率的同步或異步電動機也運行較少，且制造費用較高。另外對電廠而言，大功率電動機啟動對廠用電系統的沖擊很大，將影響電廠其他輔機的安全運行。汽輪機驅動給水泵主要是熱能轉化為機械能，可以直接通過小機進汽量來調節水泵的壓力及流量，從最大程度上降低能量損耗和最大程度提高效率，故大型火力發電廠汽輪機的驅動給水泵方式是獲得高揚程的有效方式，其運行功率受到的限制較少，能夠滿足大容量機組給水泵大功率運行的要求。另外，給水泵汽輪機調速范圍較廣，當火力發電廠根據電網要求機組低負荷運行時，根據小機進汽參數也可自動調整和控制小機的轉速，最大限度地降低對給水系統及閥門造成的損失。給水泵與汽輪機是同軸直聯的，減少了電泵中調速裝置的轉換效率的損耗，能量轉化過程最直接，可以有效提高汽輪機整機的運行效率和能源使用效率。給水泵的汽源是由主汽輪機做功后的四段抽汽提供的，可以有效降低火力發電廠冷卻能源的損失，提升了整體機組熱能源的經濟性和能源利用率[2]。

3 給水泵汽輪機運行的經濟性

電網容量不斷增加，促進了電網組成機構的不斷變化，尤其是工業用電的比重逐漸降低，更是使電網的峰谷差變化更大。現階段，我國主要的發電方式是以火力發電為主，火力發電也是我國目前主要的電網組成方式。為了適應當前電網峰谷差逐漸增大的實際情況，對大容量火力發電機組進行調峰已經是一個亟待解決的問題。目前最常采用的變負荷調峰方式是滑壓運行方式。滑壓運行方式的最大特點就是在部分負荷中，流量會出現一定程度的減少，同時出口壓力也會有所降低，這樣就能夠保證給水泵功率的降低幅度出現較大的變化。這樣可以有效降低機組運行熱能消耗，大大提高機組的熱效率。給水泵在現代火力發電機組中是一個重要的輔機。通常情況下，高壓和低壓的臨界壓力機組中，給水泵的功率占主機容量的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電廠的功耗。而使用滑壓運行可以有效降低給水泵功率，當給水泵使用汽輪機驅動時，節約的功耗效果更加明顯，大概有定壓運行時所需功耗的50%左右，因此，給水泵汽輪機的使用可以很好提高機組低負荷運行的熱經濟性。

4 給水泵汽輪機系統的啟動特點

給水泵汽輪機啟動具有很好的靈活性和穩定性，可以滿足當前電廠出現的一些變化需求。如果采用電動給水泵配置方案，由于鍋爐給水量很大，故電動給水泵容量也很大，特別對600MW及以上大機組和空冷機組，單臺電動給水泵即使按照給水容量的50%配置電動機的容量也超過10000kW，如電廠廠用高壓電壓等級采用6kV，給水泵電動機則無法滿足直接起動要求，需采用10kV電壓等級的廠用電給電動給水泵供電時給水泵電動機才可直接全壓啟動，啟動電流引起母線的電壓波動才能滿足國標和有關規程的要求。而驅動小機的汽源具有很強的靈活性，一般主機的四段抽汽作為正常運行汽源，全廠輔汽作為小機的啟動、備用及調試用汽源。一般在機組達到30%額定負荷時即可進行汽源的切換，保證給水泵的正常運行。

5 結束語

綜上所述，在電廠中使用汽動給水泵能夠很好地提高機組整體的運行水平，可以保證機組運行的經濟性。而根據相關的研究發現，在給水泵總功率在6000kW以上時，最好使用小汽輪機進行變速驅動運行可以保證很好的經濟性。目前，我國很多電廠中對給水泵汽輪機的應用都是比較合理和成功的，對提高機組運行的穩定性和經濟性有很好的促進作用。

參考文獻

[1] 崔璟.給水泵汽輪機在電廠中的應用[J].內蒙古科技與經濟，2017， （9）：97-97.

[2] 畢華南，李紅艷.給水泵汽輪機控制系統應用及啟動中的問題分析[J].華電技術，2015，31（7）：50-52.