火电厂给水泵汽轮机系统热经济分析与优化设计

火电厂给水泵汽轮机系统热经济分析与优化设计

曹瑞国

中煤新集利辛发电有限公司安徽亳州236700

摘要：电站的热经济性不仅依赖于机组本身，还与电厂辅机的配置和运行方式有着密切的联系。同时，随着汽轮发电机组的单机容量和蒸汽参数的提高，锅炉给水压力也持续升高，这就要求给水泵必须提供更高的扬程与驱动功率。高效率的汽动泵具有非常广阔的市场和良好的运用前景。给水泵汽轮机的配置和连接方式、小汽机的配置和连接方式以及给水泵汽轮机变工况特性均会对机组经济性产生影响。由此可见，对给水泵汽轮机系统进行热经济分析与优化设计是十分必要的。

关键词：火电厂；给水泵；汽轮机系统；热经济；优化设计

引言

随着汽轮发电机组单机容量和蒸汽参数的提高，电站的热经济性与机组本身、热系统中运行方式以及辅机的配置都有关系，即发电厂热经济性不但取决于机组本身并且还取决于在热系统当中辅机配置及运行方式。同时，随着锅炉给水压力不断地提高，要求给水泵能够提供更高的扬程和驱动功率。并且随着电网容量的迅速增大，昼夜间负荷的差值也越来越大，因此当务之急的是大容量机组参加调峰的问题。所以，为了使机组有较好的经济性，不仅要求机组在额定负荷下经济性好，而且还要求在所有部分负荷范围内的效率变化较为平坦。

1给水泵驱动方式

给水泵的驱动方式主要有以下三种，即电动机驱动、主机驱动以及小汽轮机驱动，以下就这三种驱动方式分别给予介绍。

1.1电动机驱动

这种驱动方式是由给水调节阀来控制给水流量的；或者还可以由电动机通过液力偶合器驱动给水泵，由液力祸合器调整泵的转速从而达到调节给水流量的目的；或是通过运用其它的调速设备调整电机的转速从而驱动给水泵。相比较而言，用电动机驱动的方式有着显著的优点：包括设备较简单、经济性好而且可靠性比较高。但是也有其自身的缺点，例如当机组功率变大时，相应的电动机和变压器设备以及自动控制系统的设备容量皆要随之增大，会导致整套设备的成本耗费也会随着增大。目前生产的驱动给水泵的电动机功率大多不超过6000kW，因此限制了这种驱动方式在大功率汽轮发电机组中的应用。

1.2主汽轮机驱动

给水泵也可以由主汽轮机来带驱动，其主要是通过给水泵的轴和大汽轮机的轴相连，或把液力偶合器与给水泵的轴相连，也有采用主汽轮机转轴经液力偶合器，再经增速箱驱动给水泵。

1.3小汽轮机驱动

火电厂的发展趋势是汽轮机的进汽参数（比如压力、温度）不断增大，而且单机的装机容量也在提高，大功率机组中应用最多的驱动给水泵方式已逐渐成为给水泵汽轮机（即与主汽轮机分离的独立小汽轮机）。如果用小汽轮机带动给水泵，其明显的优势是调整转速时几乎没有能量的浪费，但在实际运用中使用小汽轮机带动给水泵，必须找到稳定可靠及参数合理的蒸汽；同时在安装过程中也存在缺点，如占地面积大、控制系统比较复杂和故障率较高等。

2火电厂给水泵汽轮机系统热经济分析与优化设计

近年来，为了提高火电厂的经济效益并且降低能耗，大多数大容量机组采用汽动给水泵代替电动给水泵运行，所以提高给水泵的效率对整个电厂的热经济性都是非常重要的。小汽轮机与主汽轮机的工作原理是相同的，都是以蒸汽作为工质。在正常运行情况下，小汽轮机的进汽压力较低、蒸汽的比容也较大而且整机的比焙降较小，因此小汽轮机的容积流量较大、叶高损失较小、机组的通流部分相对内效率较高，可以达到主汽轮机的水平。它是一种变参数、变转速、变功率的动力机械，其工作状况不仅与工况有着密切的相关，而且还与凝气设备和被驱动的给水泵的特性有关系。为适应汽轮机组的变压运行和滑压启动方式，给水泵的运行方式和驱动方式也做了一些改变，其中运行方式由定速改为变速。设置与主汽轮机分开的独立辅助汽轮机驱动给水泵己逐渐成为大功率汽轮发电机组中应运最广泛的驱动方式。当负荷低于40%时，给水泵汽轮机发出的功率不足以驱动给水泵，为了不使系统受到影响，使给水泵汽轮机在低负荷下也能正常工作，就必须采取措施以防止这样的情况发生。通常情况下采取的措施有辅助电动泵、增加喷管面积以及高压补汽，具体如下：

2.1采用辅助电动泵

当机组在低负荷运行尤其是在40%及以下时，为了使给水泵正常运行，可以采用辅助电动泵。实践结果表明，给水泵汽轮机在低负荷下工作时定压运行的效率高于（尽管高的不多）滑压运行，在不同工况下给水泵的汽耗量不同，因此可以根据汽耗量的不同来确定它对给水泵汽轮机效率的影响。

当给水泵汽轮机在低负荷下运行时，泵组的组合方式有多种例如：电动泵备用、单汽动泵运行和双汽动泵运行等等，通过对这些组合进行试验可以得出采用不同组合方式的经济性，从而就可以确定泵组的最佳组合方式。由于汽动泵在备用的运行工况下需要消耗一部分蒸汽流量，用来保持3000r1min的转速为给水泵通过再循环流量，因此增大了给水泵汽轮机的汽耗量，所以在较低的负荷下采用单泵运行较经济。因为在启停过程中使用汽动泵会造成一些经济损失，因此决定泵组的运行方式需要考虑负荷变化时间的长短，只考虑负荷的大小是不全面的。

2.2增加喷管的面积

为了保证有给水泵达到要求的给水负荷，这就要求有足够的蒸汽量使小汽轮机来正常驱动给水泵（主机抽汽参数下降的情况下），对于采用增加喷管面积的小汽轮机而言，第一级的喷管面积的富裕度应该较大。如果对于主机负荷的要求太低，就会降低整个火力发电厂的热效率，因为在这种情况下主机的抽汽参数降低，小机有效烩降减小而且主汽轮机在额定工况下的效率也减小。一般情况下对于凝汽式给水泵汽轮机来讲，主机的抽汽所能维持的最低负荷为40%的额定负荷（在保证机组正常运行的情况下），如果工况低于40%后再继续下降，则无论从造价方面还是经济方面都是有所损失的。因此，为了保证机组在低负荷下运行的安全性与经济性，采用增大给水泵汽轮机的喷嘴面积的方法是有好处的。

2.3高压补汽

高压补汽的方式一般有两种类型，主要是高压蒸汽的外切换和内切换，即主要是指汽源切换的方式。对于给水泵汽轮机来讲，无论采取何种运行方式、配汽方式以及其抽汽来自哪里，在主机正常工作且负荷下降时必须进行汽源的切换，因此这时很有必要考虑汽源切换时的负荷。为了保证给水泵汽轮机（主机更低负荷）可以正常工作，就需要有一个切换点能将供汽切换到更高端压力，而且在主机临界转速区域内和锅炉给水泵流量较小的不稳定区域内不能进行汽源的切换计算。

结束语

给水泵汽轮机的配置与连接方式、小汽机的配置与连接方式以及汽动给水泵变工况特性均会对机组的经济性产生影响。因此，对给水泵汽轮机系统进行热经济分析与优化设计是十分必要的。火电厂给水泵汽轮机系统热经济分析与优化设计进行了分析。

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