火力發電廠給水泵的優化研究

趙寶君

（國家電力投資集團公司阜新發電有限責任公司，遼寧阜新 123003）

0 引言

隨著經濟的發展以及科學技術的進步，火力發電廠給水泵的使用越來越廣泛，對于給水泵的要求也越來越高。諸多發電廠結合以往的汽輪發電機組工程在系統設置和設備選型中的不足以及經驗教訓，針對給水泵在運行過程中存在的安全、環保以及經濟性問題進行了系統性優化。從整體來看，國內對火電廠給水泵的研究起步較晚，但是部分火電廠對給水泵的研究已經形成一些相對成熟、完善的方案，可以讓給水泵在使用過程中使用能量階梯，減少能量損失，同時機組可以不再依靠給水泵的壓力以及流量來調節負荷。

1 給水泵運行方式

阜新發電有限責任公司二廠有2臺200 MW萬機組和2臺350 MW機組。200 MW機組給水泵是1運1備。350 MW機組是汽泵運行，電泵備用。設備在運行時采用的先進行相關工作人員的培訓，然后對相關使用設備進行使用前的安全檢查，在火電廠各項設備啟動以前，必須按照相關要求正確穿戴好工作服，認真仔細的確保各種裝置處于安全可靠的狀態。在大工作部件工作時，先檢查周圍是否有障礙物，保護機械的正常工作，一旦機械正常運作是，嚴禁在其工作時上油以及清除鐵屑，不準用手去觸摸旋轉的機械，務必嚴格按照操作流程進行儀器的操作，在機械停止工作進行檢修時務必保證電源處于斷開的工作狀態。一般火電廠給水泵采用1運1備的母管制運行方式，通過在使用過程中再循環的方式調整給水冷母管壓力（圖1）。

圖1所示系統簡單，系統控制比較容易并且操作人員可以進行集中控制，不足之處在于損耗較大，特別是在鍋爐改造過程中，會出現蒸汽流量下降的情況。

給水泵的調節方式較多，有回流調節、節流調節和變頻調節等，其中變頻調節應用比較廣泛。近年來，變頻技術有調速范圍廣、能實現無級變速等優點，因此在火電廠的應用越來越多。對大功率旋轉機械變頻控制技術改造后，對電廠的節能減排有重要作用。

圖1 給水泵系統

2 火力發電廠給水泵的優化改造方案

2.1 給水泵液力耦合器改造

目前，很多火電廠給水泵耦合器改造方案是采用將液力耦合器改變成工變頻切換型多功能液力耦合器的方法，給水泵的液力耦合器經過改變之后會大大提升給水泵的效率。當前，已經研發出2種相互切換的液力耦合系統，可以實現2種功能：一是在工頻運行狀態下的耦合器調速功能，二是在變頻工況下的調速功能。

在火電廠的實施方案中，可以利用液力耦合器將給水泵的內部系統進行系統性改造，將過去液力耦合器的原潤滑華裝置改裝成與耦合器相結合的工作油泵。實際的給水泵運行過程中，必須使2臺泵處于潤油狀態，并且是1運1備，運行時要保證給水泵新增的潤滑油泵以及工作泵的安裝位置可選，一般應選在與液力耦合器油箱的距離比較近的位置，這樣可以防止液力耦合器對油泵產生倒灌，不僅便于液力耦合器在泵運行狀態下的相互切換，也便于泵的安全使用。

2.2 給水泵前置泵改造

目前火電廠給水泵電機的轉動方案，多數采用水泵電機同軸驅動變速運行方案，前置泵同軸運行的必要條件就是使離心泵不發生空化，不發生空化的充分必要條件是有效汽蝕余量必須大于必須汽蝕余量。在給水泵的運行過程中，必須根據前置泵的理論計算對給水泵外特性曲線進行相關分析，在設計前，必須保證給水泵的有效汽蝕余量大于其必須汽蝕余量。

2.3 變頻器配套改造

很多發電廠給水泵采用變頻1拖2的方案，電氣線路見圖2。方框中的設備就是為實現變頻方案而增加的設備。該方案運行比較靈活，每臺泵可以實現變頻和工頻2種情況的變頻，可以在工作狀態或停止狀態下切換。根據工作使用條件可以確定切換狀態。正常的運行方式可以為1臺給水泵變頻使用，1臺給水泵工頻使用，這種聯鎖啟動模式可以提高效率、節約運行成本。具體操作流程如下。

（1）斷開QF1開關，在此狀態下合上隔離刀閘QS1，變頻位置上必須要有QS3隔離刀閘。當變頻器充電完成后，系統會在自動提示下自動完成合上開關QF1，電機在變頻器的帶動下自動運行。

（2）變頻器的切換變頻操作過程。首先變頻器處于停止工作狀態，系統會自動斷開QF1，同時工頻位置有QS3隔離刀閥，系統會自動斷開隔離刀閘QS1。在此狀態下合上QF1，電機處于工頻的運行狀態。

（3）工頻變換器的操作過程。先斷開QF1，再合離刀閘QS1，將QS3隔離刀閘投至變頻位置，當充電完成后自動合上，此時變頻電動機處于變頻運行的工作狀態。

（4）當變頻器運行一段時間后需要對變頻器進行定期的檢修，在進行變頻器的檢修時需要首先斷開QF1，QF2，并把開關搖至實驗位置，開關QS3，QS4處于工頻位置，斷開QS1和QS2。

圖2 電氣一次接線圖

3 給水泵組變頻改造效益分析

3.1 性能分析

單臺給水泵在變頻運行工況條件時，部分火電廠都是通過變速調節來減少流量，以便大大降低水泵的功率消耗，在對給水泵的系統調節改造后，發現機械在停機氫氣的轉換過程中沒有出現氫氣轉換成空氣不合格的現象，氫氣管路以及氫氣控制系統在進行轉換時操作簡便，并且操作快速，連接緊密。

3.2 運行工況與電源系統

某公司的2900 MW超臨界機組，其給水泵系統沿用國內的傳統配電系統方案。實際運行后，該水泵的一些性能不太齊全，如：啟停繁瑣、鍋爐的水動力穩定性差；水泵按照設計流量的30%運行時效果沒有40%的好；大型高壓給水泵的運行保護比較復雜等。隨著技術的不斷改進與優化，機組邊界保護技術慢慢形成，工作區域如圖3所示。圖3中的最高和最低速對應其上下邊界，在運行狀態下一旦達到泵的設計流量點，保護模式開啟。由于泵的運行工況設計點很難越過邊界，在水泵的并列運行中，給水泵的運行情況變化比較復雜，極易觸及到邊界點，造成水泵跳閘。在調試及運行過程中，有很多的MFT（Main Fuel Trip，主燃燒跳閘）是水泵跳閘引起的。每次機組啟動后，待機負荷逐漸上升，為了使機組的負荷減小得最少，需要2臺機組的并列運行。在機組運行過程中，機組啟動及負荷操作的過程較復雜，花費時間較長。

圖3 給水泵的工作區域和邊界

給水泵容量按照BMCR（Boiler Maximum Continue Rate，鍋爐最大連續蒸發量）工況下不停爐不停機進行設置，設計流量即為高壓旁路減溫水流量和設計流量之和。通常給水輪機配置2個開關閥門，在額定工況下，通常設置2個閥門，運行流量一般僅為設計流量的80%，有1個閥門必然處于嚴重節流狀態，這使得運行效率明顯降低。

機組剛開始投入運行階段，系統真空性能較好，運行一段時間后真空逐漸下降。排查發現，小汽缸中側面漏氣，導致主汽輪的真空下降。

調試過程中發現，電泵短路時修復時間較長，一旦出口裝調汽閥位啟動，汽泵運行系統將會崩潰，導致不能正常啟動給水泵。正常啟動水泵后，如果可以采取汽泵啟動，那么在給水泵的正常運作過程中可以節省10 t的汽量。

4 結論

火電廠的給水泵經過優化后，特別是經過變頻調節后，保證了鍋爐的實際運行工況的穩定性，效益明顯提高，值得推廣與應用。