火力發電廠汽輪機驅動給水泵節能分析

鄭彥俊

（嘉峪關宏晟電熱公司熱電分公司，甘肅嘉峪關 735100）

1 汽輪機驅動給水泵概述

火力發電廠一般將鍋爐產生的蒸汽回收利用，采用汽輪機將蒸汽回收，將蒸汽做功發電后排出，冷卻后通過冷清器引入熱力除氧器中，將凝結水中的氧氣通過鍋爐給水泵在此輸入鍋爐中，最終實現循環利用的目標。一般而言，鍋爐出口處的蒸汽壓力和溫度高于熱力除氧器出口處的蒸汽壓力和溫度，如果不經過汽輪機給水泵，需要將前者的蒸汽壓力和溫度適當地降低，保持兩者平衡才可以相互傳輸，在此過程中會有部分能量被消耗掉。因此需要通過汽輪機給水泵來起到中轉作用，以此確保能量守恒，提高能源利用率。在操作汽輪機給水泵的過程中，需要根據運行中的環境變化來控制速度，以此確保鍋爐可以源源不斷地供應熱量，一般需要通過電解液調節系統來控制其運行速度。該系統操作簡單，可調速的范圍廣，主要通過信號控制系統反饋裝置來操作的，汽輪機驅動給水泵基本原理主要為：先通過終端信號收集器將信號傳輸給調速器，后根據系統調節汽輪機主汽閥開口來控制進入汽輪機的蒸汽速度，并適當地調整汽輪機轉輪速度，以此來調節給水泵的流量[1]。

當前，汽輪機給水泵和各種冷卻、控制調速系統相關設備都已經被廣泛應用在了相關企業中，汽輪機給水泵作為一種一體化集成技術，可以有效提高生產效率，簡化安裝程序。火力發電廠，也廣泛應用了一體化集成設備系統，該系統主要由汽輪機主機、調速器和給水泵、油箱、冷卻器組成，安裝簡便，造型輕小，應用效果佳。火力發電廠汽輪機驅動方式主要采用揚程的方式，可以極大降低功率運行限制，以此提高水泵機組功率運行需求，當鍋爐處于低負荷運行狀態時，汽輪機可以自動調節轉速，以此保護水閥門不受影響。另外，給水泵和汽輪機是一體的，可以直接進行能量轉化，最終提高機組的運行效率和能源利用率。當前火力發電廠抽氣處理也是通過汽輪機機組來運行的，以此降低的能源消耗。

汽輪機驅動給水泵可以將能量轉化過程中的熱能先轉化為電能、再轉化為機械能，其傳統的模式是定速模式，后期通過技術改造，采用了變頻模式，該模式可以有效解決傳統模式的弊端和不足，也可以有效控制能量消耗率。總之，汽輪機主要將熱能轉化為機械能，通過汽輪機主機進氣量來控制給水泵的壓力，以此提高運行效率降低能耗[2]。

2 火力發電廠汽輪機驅動給水泵節能分析

汽輪機給水泵供水過程中，可以自動調節汽輪機的功率，以此確保水泵驅動在額定功率內，火力發電廠汽輪機工作時，先需要啟動汽輪機驅動給水泵，后將水泵中的水輸入鍋爐中，燃燒鍋爐，促使水蒸發為水蒸氣。在此過程中，汽輪機會自動控制功率和速度，并通過調系統控制給水泵中的水流速度，不僅可以確保鍋爐持續加熱，也可以提高熱能利用率，最終最大效率地節約了電能，有效控制了汽輪機的運行負荷。火力發電廠汽輪機的運行中關閉出水閥門時也會對冷水泵節流產生一定的影響，汽輪機在額定功率下，蒸汽以額定速度噴出，汽輪機轉速也是額定的，最終通過控制輪子速度減少汽輪機的熱能量消耗率，最終實現汽輪起驅動給水泵的節能目標。另外，也可以通過改造水泵來提高效率，一方面可以先預測給水泵中的流量，通過水泵進出流量和速度作為汽輪機測定數據，根據數據來調節汽輪機運行功率，另一方面也可以在汽輪機驅動給水泵運行前，先預測整個過程中的數據，根據數據差異來改造設備，以此控制能源消耗量。

汽輪機驅動給水泵系統也可能會出現人為操作失誤，因此需要做好系統各環節的控制工作，避免出現能源浪費現象，最終降低發電廠的運行成本。其具體的性能表現如下：①大功率運轉。汽輪機驅動給水泵可以優化一體化設備水泵運行方式，通過驅動裝置將汽輪機產生的熱能將水分氣化，以蒸汽作為驅動力來控制水泵閥門，不需要人工操作，提高了水泵的工作效率，有效避免了水泵運行中的熱能損失，提高了節能效率。汽輪機本身轉輪轉速不受功率的影響，因此火力發電廠發電站運行中可以適當地提高汽輪功率，以此確保水泵中的流量和水壓符合標準，以此實現大功率供電。②高效率的調節功能。汽輪機本身就具有一定的負荷變載作用，汽輪機在運轉時產生的熱能可以驅動水泵持續供水，以此調節鍋爐中的高低負荷變化，最終調節水泵中的水流速度，實現火力發電過程中的節流和控制目標。汽輪機驅動水泵工作時，汽輪機主要通過調節水流速度和流量來保證汽輪機持續運轉，最終在汽輪機體轉速達標的基礎上控制氣缸氣壓。由此可見，氣壓控制和調節，可以確保汽輪機根據火力發電廠實際生產需求來輸出發電量，在滿足電力需求的基礎上，提高電力利用效率[3]。

3 火力發電廠汽輪機驅動給水泵改造

3.1 案例分析

某火力發電企業循環流化床鍋爐總共6臺，電動能源給水泵總共6臺，為鍋爐提供水，背壓機組和背壓供熱機組各2臺，以此滿足火力發電企業日常生產供電、用熱需求，以上這些設備可以都可以有效提高發電企業用電效率。以上電動給水泵設備主要采用工頻電機組間接驅動方式進行運作的，因此無法有效控制水泵轉速，如果供熱負荷減小，會影響管道內的水壓流速，因此需要企業加強給水泵改造力度，通過節能降低、延長設備使用時間，來提高電廠的總用電效率。

火力發電企業改造給水泵前，先需要綜合考慮各方面因素，遵循經濟性和適用性原則來制定相關參數和標準，以此給出多種方案：①運用3臺給水泵和1臺變頻器，主要調節汽輪機的頻率，以此滿足鍋爐給水量和轉速要求，最終實現節電目標，該方案的設備運行預算成本為35萬元。②運用3臺汽輪機驅動給水泵，考慮到設備運行機組的不同，需要對各機組設備進行改造，以保證整體運行方式統一，改造后的安裝和維護費用為20萬元。③優化機組運行方式，該方法是一種經濟實效的方法，通過以上方案綜合對比，結果發現，改造后的汽輪機驅動給水泵，預算成本遠低于前者，因此可以選擇第三種方案。

3.2 運行數據分析

驅動給水泵汽輪機型號、額定功率、額定進汽壓力、汽耗率需要根據工作需要和相關標準進行調試，當鍋爐運行臺數為5、4、3臺時，對汽輪機給水泵運行數據進行實時測量，并將測量后數據進行匯總、記錄（見表1）。

表1 汽輪機給水泵各項運行參數

以上數據都考慮了火力發電廠汽輪機參數變化的影響，將進排汽參數作為額定值，對表格的數據進行了以下分析：第一，對汽輪機進行轉速調節可以提高水泵汽輪機功率，節約熱能損失，負荷越低功率節約效率越高，相比較于2臺鍋爐運行時的功能，節能效率極大提高。其原因主要是汽輪機運動效率比電動機運行效率高，且在定速運行時需要及時調節閥門水流量，以此會造成水泵的水流損失。第二，汽輪機給水泵額定功率效率高，相比較于額定功率，其在汽輪機水泵組運行時總效率降低值僅為5.30%，可見，汽輪機水泵組轉速調節后的運行效率降低值較少。第三，采用公式計算出的給水泵流量高于鍋爐進水流量，其主要因為高爐采用的是母管制高壓系統，如果對流量轉速進行控制，會導致壓力大幅降低，無法滿足鍋爐供水流量需求，也無法保證鍋爐運行安全。此時就需要通過水循環利用，確保給水泵揚程方式可以滿足鍋爐高壓運行需求，避免出現流量過大，導致水泵內的水發生氣化現象。第四，對原來的汽輪機給水泵進行改造升級后，有效節約了電功率和電費，如果采用除氧器汽源壓差驅動汽輪機，可以節約運行成本和人工成本，最終極大提高經濟效益[4]。

3.3 汽輪機驅動水泵技術改進

當前，火力發電廠汽輪機水泵控制，主要對單元發電機組進行調節，促使汽輪機實現高驅動化，最終整合水泵運行中的分散單元，在推動輔助操作工藝的基礎上，更好的完善了水泵系統。隨著汽輪機驅動水泵技術的改進和提升，火力發電廠設備自動化控制技術和水平極大提升，由此可見，加強設備控制可以有效推動設備自動化發展水平，也推動了汽輪機驅動水泵運行中的操作工藝的提升。另外，想要確保電力系統運行穩定，就需要采用多種系統檢測技術，尤其是信息監控技術，以此對汽輪機進行全方位調控，最終推動汽輪機驅動水泵系統的廣泛應用。但是此過程中也會出現高耗能的問題，對此需要通過增加水泵的方法來提高汽輪機單位功耗中的做功數量，以此提高汽輪機運行效率，最終降低能耗。火力發電廠在實際運用中，一般需要根據汽輪機組的型號安裝水泵系統，考慮到水泵負荷范圍、運轉轉速、汽輪機功率需求的不同，需要根據發電站實際情況，科學配置水泵，避免對水泵正常運行產生影響。在改造汽輪機驅動水泵系統時，需要根據具體的運行單元進行分項改進，比如增強水泵數量時，也應該增加除氧器設備，并對除氧器進行持續加熱，以此保證熱量充足，可以滿足汽輪機熱量利用需求，最終提高汽輪機驅動水泵運行效率[5]。

4 結束語

隨著現代化生產技術的發展，人們對火力發電方式也提出了新的要求，對此火力發電廠需要加強裝備改造和升級，在遵循經濟性和節能環保的基礎上，采用汽輪機驅動給水泵進行發電，通過優化能源轉化過程，降低能源消耗量，以此實現節能目標。該一體化裝備可以直接將熱能轉化為機械能，在運行中也可以自動調節水流和速度，以此提高火力發電廠設備運行效率。