火电机组采用汽动给水泵开机的探索与实践

火电机组采用汽动给水泵开机的探索与实践

王伟

（贵州省习水鼎泰能源开发有限责任公司，贵州 遵义564611）

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摘要：随着新技术的发展和新材料的普遍应用，汽动给水泵的调节性能和安全性都有了大幅的提高，对于国内新建超临界、超超临界大机组普遍不配置启动电动给水泵，而是利用汽动给水泵在开停机期间向锅炉提供高压给水。为了验证汽动给水泵调节性能及低转速运行安全性，某火力发电公司对采用汽动给水泵开机进行了实践和探索。

关键词：电动给水泵；汽动给水泵；探索；实践

1概述

某火电660MW超临界机组汽轮机采用东方汽轮机有限公司制造的超临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、凝汽式、8级回热汽轮机，设计双背压平均背压5.6kPa，型号为N660-24.2/566/566，调速系统采用数字式电液调节（DEH）系统。该机组配置两台汽动给水泵及一台机组启动（停运）用定速电动给水泵，机组正常运行期间，两台汽动给水泵向锅炉提供高压给水，机组启动或停机过程中（停机后）电动给水泵向锅炉提供高压给水。

随着技术的发展与投资成本的控制，现在新建大部分超临界、超超临界机组开始放弃配置电动给水泵，而是采用汽动给水泵作为机组启动、停运、正常运行期间的给水泵。机组不再配置电动给水泵，一方面降低了机组设备、系统的复杂性，减少了运行人员的操作，另一方面在投资初期也降低了投资费用，在机组运行期间也降低了设备维护成本。某火电厂为验证采用汽动给水泵开、停机的可行性与安全性，对机组采用汽动给水泵开、停机进行了相关探索与实践工作。

2 存在的问题

该机组于2015年建成投入商业运行，汽动给水泵未作为机组启动给水泵，机组启动初期采用电动给水泵向锅炉上水，提供高压给水。如果将汽动给水泵作为机组启动给水泵，应解决以下问题。

2.1 锅炉MFT联跳汽动给水泵

汽动给水泵不作为机组启动、停运时的给水泵，为防止直流锅炉跳闸后，给水泵继续向锅炉提供大量高压给水造成锅炉满水，在机组DCS逻辑中设置“锅炉MFT联跳汽动给水泵”。所以在锅炉停运（即锅炉MFT动作）时，汽动给水泵无法运行，给水泵汽轮机也无挂闸允许条件（启动允许）。

2.2 轴封投入时间提前及相关影响

汽动给水泵由小汽轮机驱动，某火电机组给水泵汽轮机为凝汽式汽轮机，小汽轮机与大汽轮机共用一个凝汽器，小汽轮机冲转前必须建立整个机组凝汽器真空。汽轮发电机组要建立真空，必须保证整个轴封系统用汽充足。大汽轮机投入轴封过早，特别是冷态开机时，汽轮机转子轴封处加热过快，容易造成汽轮机高中压缸胀差上涨较快，不利于后期机组并网后带负荷。

2.3 启动锅炉出力是否满足机组启动用汽

除了汽轮机轴封系统需要大量蒸汽外，小汽轮机冲转还需要蒸汽品质合格的启动汽源，此时不管是机组轴封用汽还是小机启动汽源均为机组辅助蒸汽。为保证锅炉上水温度，还应为锅炉提供温度合格的给水，此时必须采用辅汽向除氧器提供加热蒸汽。锅炉点火初期由于油枪运行，为防止空预器由于油污积灰和未燃尽的油煤二次燃烧还必须投入空预器连续吹灰，同时还需向锅炉提供磨煤机暖风器用汽。该机组脱硝系统采用水解尿素生成氨蒸汽进行脱硝处理，为保证锅炉NOX达标排放还必须向氨区提供足够的蒸汽。以上蒸汽在机组启动初期全部由辅助蒸汽提供，在无邻机运行时，机组辅助蒸汽由启动锅炉提供，启动锅炉额定出力为35t/h，启动锅炉是否能提供机组启动时的全部用汽。

该机组汽轮机采用中压缸启动，机组并网后需进行切缸操作，进汽方式由中压缸进汽切换至由高压缸进汽。当再热蒸汽温度、压力正常后辅汽由启动锅炉和机组冷再共同提供，在切缸过程中，由于机组已并网，高压缸开始进汽，高旁逐渐关小，再热器压力短时间内降低，辅汽压力是否满足机组用汽。

2.4 汽动给水泵低转运行相关影响

给水泵汽轮机在锅炉主汽压力较低时，转速较低，小机调速系统是否能正常调节；小机低转速运行期间汽轮机进汽量小，是否能带走汽轮机末级叶片产生鼓风摩擦热量，排汽温度是否会异常升高。小机在临界转速阶段振动及其他参数是否正常，能否升速成功，否则锅炉给水中断造成锅炉MFT。

2.5 汽动给水泵如何控制及调速系统可靠性

随着主汽压力的不断升高，为满足锅炉的上水要求，应该如何控制汽动给水泵还需进行实践摸索。汽动给水泵调速范围在3000－5810 r/min之间，在低转速时长期运行，调速系统是否工作正常，调节是否稳定都得在实践中进行验证。

3 实践经验

在机组启动前，强制锅炉MFT联跳汽动给水泵相关逻辑，汽动给水泵具备挂闸冲转条件，若以后长期采用汽泵开机可对整个汽泵启动允许条件及跳闸条件进行适当修改。

根据锅炉壁温情况，适时控制轴封及抽真空时间，确保锅炉上水正常，特别是锅炉壁温较高时时应提前投入轴封系统对凝汽器抽真空，防止锅炉上水后起压，汽泵未冲转无法向锅炉上水。

锅炉热态启动时应提前启动启动锅炉运行，提前将除氧器温度加热至锅炉上水温度，在锅炉点火前3～4小时左右投入轴封系统，提前对真空系统抽真空，确保锅炉上水起压后能及时冲转汽动给水泵向锅炉上水。在轴封系统未投运前应及时利用多余蒸汽对其他辅汽用户进行暖管疏水，防止小机运行阶段由于辅汽压力不足，无法对相关用户进行疏水暖管。

不管时锅炉热态还是冷态开机，通过有效控制辅汽用户的用量，启动锅炉满足机组启动初期（主汽压力1.5MPa以前）机组轴封用汽、小机启动用汽、除氧器加热用汽需求。

随着主汽压力不断升高，高旁逐渐开启，再热器逐渐建立压力，当主汽压力大于2MPa后锅炉空预器吹灰汽源由辅汽切换至主蒸汽，降低了辅汽耗量，同时可以将轴封供汽由单一的辅汽供给切换为主蒸汽和辅汽同时供给，另一方面再热器压力升高后，当高旁后温度大于300℃后，逐渐让冷再向辅汽供汽，提高了辅汽供汽的稳定性，进一步确保了轴封供汽和小机用汽的稳定性。

汽机中速暖机期间，再热冷段和启动锅炉同时向辅汽联箱供汽，但机组采用中压缸冲转方式，机组并网后需进行切缸操作，切缸操作期间汽轮机进汽方式由中压缸进汽切换为高压缸进汽，高旁逐渐关闭，冷再压力逐渐降低，为防止切缸过程中由于再热器压力降低造成辅汽压力大幅降低影响轴封系统及小机汽源，在机组并网前提前将冷再至辅汽供汽量逐渐减小，逐渐增大启动锅炉出力至最大，保证辅汽压力稳定，最低不低于0.4MPa。

表1 汽轮机切缸前相关参数

表2 汽轮机切缸过程中主要参数变化

通过以上两个表格分析，机组切缸阶段，辅汽压力会明显下降，特别是机组冷态时，由于主汽压力偏低，为保证机组切缸正常进行，应提前减小冷再供辅汽用汽，加大启动锅炉出力，同时减小不必要的辅汽用户用量，确保辅汽压力不低于0.4MPa，确保轴封用汽及小机启动用汽正常。

为保证锅炉给水及过热汽减温水，应适时调整汽动给水泵转速，确保给水压差（给水压力与锅炉压力之差）在1MPa左右，给水压力与汽泵转速相匹配。根据以往汽动给水泵冲转经验可以确定小机转速在1800r/min前转速变化时汽机振动基本稳定，所以在1800r/min前汽泵转速可以进行调节，不存在汽泵由于振动过大而跳闸的风险。

表3 给水泵汽轮机转速（r/min）与相关参数

从上试验数据来看，汽动给水泵转速在1800r/min以前，给水压力可达5.2MPa，主汽压力在4.5MPa左右，小机振动良好，可根据主汽压力情况适时调节汽动给水泵转速，保证锅炉给水压力。但小机转速在1800r/min时由于小机进汽量较小，无法带走鼓风摩擦产生的热量，此时应及时开启小机排汽管道减温水降低排汽温度。为防止小机末级叶片损坏，小机尽量避免在该转速长时间运行。但机组在中速暖机过程中主汽压力一般控制在4.5MPa左右，特别是冷态开机时暖机时间长达4小时，为解决该问题，可适当提高中速暖机时主汽压力至5.5～6MPa，避开该转速区间。

汽动给水泵转速在1800r/min～3050r/min之间存在临界转速，该阶段升速时，给水泵汽轮机振动升高较多，所以在此阶段不宜长时间停留，应一次升速完成。如果在1800r/min暖机时间不够或调节级温度小于150℃时，小机可能由于振动过大造成小机跳闸。一般情况小机应提前升速至1800r/min暖机，同时该转速时排汽温度高，不宜暖机时间过长但至少暖机30分钟。1800r/min向3050r/min升速时，给水压力升高较快，给水压差升高较大，此时应及时调整锅炉给水旁路调门及过、再热器减温水调门开度，控制给水流量及过、再热器减温水流量稳定，防止造成锅炉满水、主再热汽温异常降低。

汽动给水泵在0～3050r/min运行期间，在小机汽源稳定情况下，小机转速稳定，小机调门开度稳定，转速及调门均无大幅度波动，从实践经验得出在该阶段小机调速系统运行稳定可靠。

凝汽式汽轮机发电机组在机组启动前必须对凝汽器建立真空，为防止汽轮机高压端蒸汽外漏，低压端空气漏入汽轮机，汽轮机轴端都设置有轴封，在机组抽真空前必须提前投入汽轮机轴封系统。某火力发电厂小机与大汽轮机共用凝汽器，小机轴封系统用汽接自轴封母管低压轴封前。所以采用汽动给水泵开机必须提前投入轴封系统。汽轮机转子轴颈处由于轴封投入后处于加热状态，转子轴颈处局部加热会导致转子膨胀大于缸体膨胀量，从而使汽轮机胀差正向增大。汽轮机并网前胀差增加过大将导致机组并网后控制胀差困难，也会造成机组带负荷时间延长。经过多次汽泵开机实践发现，提前投运轴封系统对汽轮机胀差影响不大，高压缸胀差最大增大不超过1mm，影响胀差的主要因素还是暖机时蒸汽温度，在投运轴封时只要轴封温度合适，可以有效控制汽轮机胀差。

4 结论

经过几次采用汽动给水泵开机实践经验发现，某火力发电厂通过有效分配辅汽用户用汽量，不管是机组冷态还是热态，均可以保证整个开机过程中辅汽压力不低于0.4MPa，满足机组轴封系统、给水泵汽轮机启动用汽需要；给水泵汽轮机调速系统满足低转速期间调节要求；给水泵汽轮机及给水泵各参数（主要是振动）在整个开机阶段无大幅波动，均在正常范围；根据汽轮机各金属情况，选择合适的轴封温度，可以有效控制汽轮发电机组胀差。综合各方面情况，某火力发电机组汽动给水泵及其附属系统满足机组开机阶段要求，可以作为机组启动期间给水泵。

参考文献

[1] 席洪藻.汽轮机设备及运行.水利电力出版社，1988

[2] 黄树红主编.普通高等教育“十一五”规划教材·汽轮机原理.中国电力出版社，2008

[3] 孙为民，范鑫.火电厂大型汽轮机优化运行与节能技术改造.中国电力出版社，2021

作者简介：王伟（1986.02-），男，汉族，贵州道真人，本科，工程师，研究方向：发电厂汽轮机运行及优化调整。