火力發電廠汽輪機驅動給水泵節能分析

陳義忠，陳 乾

（內蒙古能源發電杭錦發電有限公司，內蒙古鄂爾多斯 017400）

1 研究背景

當前，在火力發電廠的節能減排建設中，合理地利用了發電過程中鍋爐出口處的蒸汽。將蒸汽通過汽輪機驅動再引入，借助蒸汽做功發電后排出，由冷凝器進行冷凝處理，通過熱力除氧器，再次進入鍋爐當中，實現其循環利用的效果。由于鍋爐出口的蒸汽壓力和溫度高于熱力除氧器所需的壓力和溫度，如果缺少由汽輪機驅動的給水泵，鍋爐出口的蒸汽達不到進入熱力除氧器的標準，容易造成蒸汽中能量的損耗。汽輪機驅動給水泵的節能優化，主要是將鍋爐出口蒸汽引入汽輪機，蒸汽通過熱力除氧器避免其能量損失，實現火力發電蒸汽的梯能利用。汽輪機驅動給水泵的節能運用，能夠讓火電廠充分利用鍋爐的連續供熱，從而達到節能和降低能耗的目的，同時根據外部環境的變化來控制系統的運行速度。因此，現階段針對汽輪機驅動給水泵的性能優勢特點，對其節能實效進行深入研究，有助于減少火力發電廠熱能轉換到電能過程中的能量損耗，提升發電廠的能源利用效益[1]。

2 研究現狀

在火力發電廠汽輪機驅動給水泵的節能研究中，大部分企業對于性能進行了優化，形成了一整套的冷卻調速控制系統。但是，我國的相關研究與發達國家發電廠的一體化集成技術之間尚存在一些差距，因此需要加強汽輪機驅動給水泵節能相關層面的創新，并且，一體化集成能夠優化設備的操作與安裝工序，其具備安裝便捷、體積小、性能強等特點。因此，為了提升火力發電廠的經濟效益，就必須全面提升電廠設備的運行效率，通過加強汽輪機驅動給水泵節能相關研究，解決實際經營過程中的能源利用問題，為我國火力發電領域的發展提供保障。

3 火力發電廠汽輪機驅動給水泵

3.1 汽輪機驅動給水泵應用背景

火力發電廠以往使用電動機給水泵進行作業，而在科技改革的趨勢下，汽輪機替代電機，不僅可以減少能源轉換環節的損耗，提高整體的能源利用效率，而且汽輪機能夠優化驅動控制，實現了更高程度的動態管控，提升了驅動控制精度和效率。在火力發電廠的節能減排政策下，加強節能減排相關技術的運用，不僅可以優化生產供應需求，也能夠提升火力發電廠的實際效益。因此在汽輪機驅動給水泵的節能優化上，對現階段的驅動給水泵提出了高要求。

3.2 汽輪機驅動給水泵性能優勢

火電廠機組容量近年來一直在上升，導致整體供水和汽輪機內壓力的增加。如果采用以往的逆向電機驅動給水泵，其供水不穩定，且安全系數下降，無法滿足現有的供水和壓力需求。同時，電機驅動給水泵將鍋爐燃燒熱量轉化為電能，再轉化為機械能。其運行模式只是速度模式，依靠傳統的閥門控制調節水壓和流量大小，但其存在節流損失缺陷，一旦機組功率壓力整體上升，電機控制設備負荷將大大增加，導致進一步增加了電廠的生產成本。汽輪機驅動給水泵通過蒸汽進水口直接控制蒸汽泵的壓力，最大限度地降低能量損失，提高生產效率。

3.3 汽輪機驅動更新優勢

火力發電廠汽輪機的驅動方式運行功率限制較小，可滿足給水泵機組的運行功率要求。當火電廠鍋爐在低負荷下運行時，可自動調整和控制汽輪機的轉速，以減少對水閥造成的損失。并且給水泵和汽輪機直接連接在一起，減少了長管道的能量損失。而能量轉換過程采用最直接的過程，可以有效地提高汽輪機的運行效率和能源效率。給水泵的抽水是通過核心汽輪機機組的工作進行的，可以有效地減少火力發電廠冷卻階段能量的損失，提高整個機組的熱能經濟性和能源利用率。由于汽輪機驅動具備高靈活性，即當汽輪機運行時，設備的整體運行功率限制很小，設備能更好地滿足運行中的大功率機組給水泵的正常運行需要。

4 火力發電廠汽輪機驅動給水泵節能策略

4.1 火力發電廠汽輪機驅動給水泵節能改造要點

在火力發電廠汽輪機驅動給水泵的節能優化上，需要根據其特性進行節能改造。在汽輪機抽取給水泵注入水的時候，汽機設備的功率可以自動控制和調整，以確保給水泵的驅動在額定功率范圍內。在火力發電廠汽輪機的運行過程中，泵內水進入鍋爐，然后加熱鍋爐，水蒸發成水蒸汽。同時，汽輪機自動控制運行功率，速度控制系統控制泵流量的輸入速度，不僅保證鍋爐水的加熱，而且最大限度地利用熱能。

4.2 汽輪機驅動模式

在火力發電廠汽輪機驅動給水泵的節能優化上，需要重視不同的驅動方法。針對不同的驅動方式下，實際的能源消耗分析，電力驅動下，給水泵的實際功能是將熱能通過進—步的加工處理，轉化為電能，然后再將電能通過特定的方法轉化為機械能。電動給水泵是利用工頻電機進行工作，如果利用變頻方式的話，給水泵也可以很好地完成這一轉化目標，其中頻率的變化可以在滿足用戶用量需求的同時，降低能量轉換過程中的損失。而利用汽輪機驅動給水泵時，主要是蒸汽能源的轉化，只需要將熱能轉換為機械能，減少了轉換過程，從而可以更好地控制水泵的壓力。從實際的生產和運行原理中也可以看出，汽輪機驅動給水泵的能源控制與能源轉化是最直接的能源控制方式。

4.3 具體節能改造方法

在火力發電廠汽輪機驅動給水泵的節能優化上，需要針對實際的需求來制定符合標準的節能改造方法。利用專業的機械知識，結合實際生產運行特點，開發相應的改造標準。從經濟效益和具體分析，雖然由于整個機組運行方式的改變，需要更換其他機械設備，這將產生巨大的投資成本，但改造后結合具體的運行情況，整個火電廠的經濟效益將得到提高。對整個機組改造后，汽輪機通過調速驅動給水泵，大大提高了給水泵的運行效率。文中以230 MW 機組給水泵為例，通過對變頻改造前后的電流、負荷以及給水壓力進行試驗，其數據如表1所示。

表1 汽輪機給水泵負荷變化數據

此外，在該驅動模式下，水泵提供的水量大于鍋爐的實際用水量，這大大提高了鍋爐的工作效率。在電機被汽輪機取代后，火力發電廠每年將大大減少工作用電，從而節省了大量的電費，提高了工廠的經濟效益。其中，火力發電廠汽輪機驅動給水泵的變頻節能改造效果明顯。以往異步電機電流大，容易產生工作過電壓，損壞電機絕緣。使用變頻器后，電機啟動，可以延長電機的使用壽命，減少工作噪音，減少磨損，電氣系統得到了有效的保護，并延長了給水系統的使用壽命，并且給水泵的變頻技術成本低、運行快速、穩定，是節能減排的良好途徑，值得推廣。

4.4 汽輪機整體節能優化

在火力發電廠汽輪機驅動給水泵節能上，需要重視整體節能性能的優化，以此實現汽輪機運行節能的最優化。汽輪機能耗涉及到汽輪機本身、噴嘴室和外缸易變形，如低壓缸出口水腐蝕現象也很嚴重，閥壓力損失、熱系統泄漏現象，汽輪機機組運行調整上沒有選擇有效的優化運行方式，將導致冷凝器與冷卻水模塊增加能耗，從而增加了火電廠的成本。

其中，在汽輪機凝汽器的優化上，冷凝器需要保持清潔。冷凝器的銅管容易結垢，冷凝器結垢會嚴重影響冷凝器的傳熱效率，從而影響渦輪機組的熱經濟。冷凝器內結垢的形成將大大降低冷凝器的真空效應，由于結垢的導熱系數較差，因此大大降低了冷凝器的傳熱效率。適當提高給水溫度，因為當溫度下降到一定程度時，會增加煤的消耗，不僅降低了鍋爐的生產效率，而且產生大量的煙霧，對空氣環境造成一定的污染。在此基礎上，可以適當地提高給水的溫度來解決這一問題，并定期清潔管道，以減少污垢部位的熱差和溫差應力。

同樣，為了有效地提高冷凝器的熱效率，可以采取有效的措施來降低冷凝器的熱負荷。同時，可以在冷凝器喉部增加一種裝置，一種方法是在冷凝器喉嘴處增加一組霧化噴嘴，借助接觸式傳熱作用，可以有效吸收一定量的冷凝器冷凝熱，這使得一些補充脫鹽水在冷凝器中產生混合冷凝，從表面可以有效減少表面型冷凝器的熱負荷，然后使冷凝器處于良好的真空狀態；另一種方法是在冷凝器上部與排氣缸喉部之間的空間中增加一個表面加熱器，并將該加熱器的入口連接到工業水系統，輸出到化學供水系統，然后實現原水的加熱操作，以此實現火力發電廠汽輪機驅動給水泵的節能改造方案的優化。

5 實例分析

5.1 節能實施情況

在對火力發電廠汽輪機驅動給水泵的節能研究上，需要結合相關的實例進行分析。在現有的研究上，火力發電廠汽輪機驅動給水泵主要利用供汽主管來提供穩定的蒸汽，在實際的改造上，需要結合節能改造技術來進行，從而保障企業的經濟效益與社會效益。文中主要以某火力發電廠的4臺30 t/h 的循環流化床鍋爐提供用水，通過5臺230 kW 的電動能源驅動給水泵進行分析，同時對使用的汽輪機組進行節能分析。通過選取2臺6000 kW 的背壓機組和2臺3500 kW 的背壓供熱機組來滿足實際的熱能需求。通過上述方法進行汽輪機驅動給水泵改造上，相對于以往節能實效能夠達到20%。但是這組電動給水泵是由工頻電機間接驅動的，因此不能改變給水泵的實際轉速。

5.2 相關參數的優化

由于工業汽輪機進口參數波動的影響，變速調節可以節省給水泵的功率，負荷越低，節能效果越大。由于汽輪機的效率高于電動機，需要關閉出口閥來調整流量，導致水泵的節流損失。額定工況下，汽機和給水泵效率為70%，汽機泵組總效率降低僅為5%，變速運行時汽機泵組效率降低較小。當加熱負荷降低時，很難保證管道內供水壓力的穩定。企業應進行設備的節能改造，盡可能延長設備的使用壽命，達到降低綜合電廠電力效率的目的。

5.3 設備的改造方案

企業設備的節能改造，綜合因素。制定合理的經濟測量標準，如綜合經濟效益分析，第一方案使用2個200 kW 的電動給水泵和一個200kW 的進口變頻器進行節能組合，通過控制頻率調整鍋爐供水和速度，進一步降低電廠用電消耗。這一方案的改造預算投資成本為32萬元左右。第二種方案是用3個220 kW 的汽輪機驅動給水泵來替換以往的電動驅動給水泵。由于機組整體運行方式的差異，其余所有機組設備都需要進行更新和改造。此外，再加上在改造過程中對設備的安裝成本，該方案的預算投資成本為25萬元左右。第三種方案是簡化機組的運行方式的節能模式，雖然能夠對綜合投資成本進行節省，但是在整體性能上，仍然需要2臺400 kW 的汽輪機驅動給水泵進行組合，該預算投資成本為20萬上下。因此在火力發電企業的設備優化上，需要根據實際的預算與需求來制定相應的節能改造方案。

6 結束語

綜上所述，在火力發電廠利用汽輪機驅動給水泵的應用，不僅符合企業的可持續發展戰略，同時也響應著國家的節能減排。通過汽輪機驅動給水泵的節能改造，其實踐節能效果明顯，在保障整體機組節能性能的基礎上，也能夠滿足用戶的需求，實現火力發電廠經濟效益與社會效益的提高，為我國火力發電事業的健康發展提供保障。