汽泵乏汽供热改造对机组安全运行的影响

王 强，白志刚，梁健康

（国网山西省电力公司电力科学研究院，山西 太原 030001）

汽泵乏汽供热改造对机组安全运行的影响

王 强，白志刚，梁健康

（国网山西省电力公司电力科学研究院，山西 太原 030001）

介绍了某电厂的汽动给水泵乏汽吸收式热泵机组系统，对该厂的给水泵汽轮机乏汽至主机凝汽器蝶阀进行流量计算，分析蝶阀特性，利用汽动给水泵排汽中间容积特性分析得出热泵机组故障后蝶阀动作时间与汽动给水泵排汽压力的关系，并制定合理的控制逻辑为机组的安全运行提供指导。

吸收式热泵；给水泵汽轮机乏汽；蝶阀；安全性

0 引言

随着吸收式热泵技术的发展和应用，大规模利用电厂余热供热的技术和设备越来越成熟，回收汽轮机的乏汽余热，开辟了城市冬季采暖供热的新热源。

目前，北方已有少量的直接空冷供热电厂通过供热改造利用汽轮机乏汽来提高热网循环水的回水温度，达到节能减排的目的。由于吸收式热泵吸收的汽轮机乏汽相对于整个机组的乏汽来说占得比重较小，并且空冷变频风机的响应速度快，所以，这种利用汽轮机乏汽的吸收式热泵对主机的安全运行影响很小，投入使用时一般不引起重视。给水泵汽轮机乏汽吸收式热泵利用的是给水泵汽轮机（以下简称“汽泵”）的乏汽，热泵系统投运后汽泵的乏汽完全被热泵系统所吸收，因此热泵系统故障引起汽泵排汽压力的波动，使机组的安全稳定运行存在隐患，所以，分析汽泵乏汽吸收式热泵对机组的安全运行就显得特别重要。

1 汽泵乏汽吸收式热泵机组系统

某电厂汽轮机组为原苏联哈尔科夫汽轮机厂制造生产的K-320-23.5-4型超临界、一次中间再热、单轴三缸、双排汽、凝汽式汽轮发电机组，配套1台主凝汽器，1台100%容量汽动给水泵和1台50%容量电动给水泵，给水泵汽轮机排汽直接入大机凝汽器。热泵机组串联在热网回水管道回热网首站加热器前，热泵机组作为对热网循环水的一级加热系统，热网首站作为二级加热系统。该热泵以汽动给水泵的乏汽作为低温热源，以汽轮机采暖抽汽作为驱动热源，吸收乏汽的低位热能。给水泵汽轮机排汽至主机凝汽器增设液压蝶阀，当热泵投运时，通过调整液压蝶阀来控制热泵吸热的乏汽量，当热泵完全投运后液压蝶阀完全关闭，汽泵乏汽全部经过液压蝶阀前的汽泵排汽至热泵蝶阀进入热泵系统被热泵系统完全吸收，乏汽疏水自流回到主机凝汽器，驱动蒸汽疏水经疏水泵回到主机低压加热器系统。当热泵故障或跳闸液压蝶阀快速开启，同时关闭给水泵汽轮机排汽至热泵蝶阀。

2 给水泵汽轮机乏汽至主机凝汽器蝶阀流量特性

当已知阀门结构尺寸时，其流量Q决定于阀前压力p0、比容ν0，阀后压力p1，不同升程时阀门的喉部面积Fv，有阀门流量公式（1）[1]。

式中：kν——阀门流量系数；

β——为彭台门系数。

图1 蝶阀开度和流量的关系曲线

由于该厂汽泵至主机凝汽器蝶阀后压力和蝶阀前压力基本保持不变，所以正常情况下蝶阀流量和开度的关系如图1所示。

3 汽泵中间容积方程

该厂汽动给水泵乏汽系统至热泵系统有将近270m3的中间容积，为了简化计算，仍与通常推导中间容积方程一样采用集总参数。其中储汽量D的改变，是由压力p与干度X改变而引起密度ρ

改变产生的，故可以写成式（2）[2]。

若考虑到蒸汽在管道中的流动阻力，则在管道中各处压力不等，压力延流程逐渐下降。若用集总参数表示，认为压力的下降集中在进出口，容积内压力便为出口处压力，但计算容积内的蒸汽密度ρ值时，则用平均压力。

4 汽泵乏汽吸收式热泵对机组安全运行的影响分析

该厂给水泵汽轮机的高背压保护动作值是30 kPa，热泵投运时，汽泵的正常排汽压力在7.5 kPa左右，排汽温度在35℃，假如热泵跳闸，汽泵至主机凝汽器蝶阀及旁路调门未动作，根据式（3） 可知从热泵跳闸后到汽泵的排汽压力升到30 kPa的时间如图2所示。

图2 汽泵跳闸时间与汽泵排汽流量的关系

从图2可以看出如果汽泵至主机凝汽器蝶阀或旁路调门未动作汽泵的跳闸时间为2~3.3 s，因此要求汽泵至主机凝汽器蝶阀或旁路调门动作迅速，为了加快蝶阀响应时间系统选用液压控制蝶阀，增加了快开功能，快开时间为3 s。

热泵跳闸后，液压蝶阀快速动作，由于开始时阀门开度很小，流量很小，汽泵的排汽压力升高，当蝶阀开到一定程度，中间容积的流量增量与蝶阀对应开度的流量大于汽泵的排汽流量时，机组趋于安全，汽泵的排汽压力不再升高而是不断降低恢复到初始值。

用蝶阀特性计算公式和汽泵中间容积状态方程对该厂热泵或热网跳闸后，汽泵的排汽压力与蝶阀动作时间进行拟合计算，见图3。

图3 蝶阀动作时间与汽泵排汽压力

从图3中可以看出随着汽泵排汽流量的增加汽泵的排汽压力扰动值越大，这与惯性定理一样，质量越大，惯性越大。针对该厂汽泵、热泵乏汽吸收系统的上述特性，对汽泵至主机凝汽器蝶阀及旁路调门增加逻辑：当汽泵排汽压力大于8.5 kPa快开旁路调门且开到位后投自动；当汽泵排汽压力大于12 kPa时，快开液动蝶阀且关闭汽泵乏汽至热泵关断门。

经过上述逻辑补充，给水泵汽轮机乏汽吸收式机组运行安全稳定，抗热泵的影响能力增强，在热泵故障或掉闸后仍能稳定运行。

5 总结

汽泵乏汽吸收式热泵投运后给机组的运行带来安全隐患，吸收式热泵故障或掉闸使机组的汽泵排汽压力瞬间升高，严重影响机组的安全运行。因此，汽泵排汽至主机凝汽器蝶阀的选型尤为重要，要充分考虑蝶阀流量特性和汽泵排汽中间容积对其的影响，针对不同类型的机组制定合理的逻辑保护显得尤为重要。

［1］ 王西伦，于刚，曹昕慧，等.吸收式热泵耦合大型抽凝机组供热的经济性分析［J］.节能，2012（10）：26-29.

［2］ 曹祖庆.汽轮机变工况特性［M］.北京：水利电力出版社，1991：169-172.

Analysis on the Influence ofWaste-heat-absorbing Feed Pum p Turbine Transformation on Safe Operation of Unit

WANG Qiang，BAIZhi-gang，LIANG Jian-kang
（State Grid Shanxi Electric Power Research Institute of SEPC，Taiyuan，Shanxi 030001，China）

Waste-heat-absorbing heat pump unitof steam feed pump in a power plantwas introduced.The exhausted steam flow rate between feed water pump turbine and butterfly valve of condenserwas calculated.Based on the analysis ofbutterfly valve feature and steam volume feature，the relationship between the action time of butterfly valve and the discharge pressure of water feed pump was concluded.Besides，reasonable control logicwas formulated to provideguidance forsafeoperation ofunit.

absorption heatpump；the BFPTsteam exhausting；butterfly valve；security

TK018

A

1671-0320（2014）03-0054-03

2014-03-11，

2014-04-13

王 强（1978-），男，山西怀仁人，2002年毕业于武汉大学热能动力工程专业，工程师，从事汽轮机组热力试验研究及调试工作;

白志刚（1978-），男，山西五台人，2002年毕业于华北电力大学状态监测与故障诊断，工程师，从事汽轮机振动试验研究工作;

梁健康（1961-），男，河北平山人，1982年毕业于沈阳黄金专业学校有色金属压力加工专业，工程师，从事科研院所的管理工作。