火电机组汽动给水泵最佳运行方式研究

史啸曦，王培毅，李慧君

(1．上海外高桥发电责任有限公司，上海200137;2．华北电力大学 能源动力与机械工程学院，河北 保定071003)

0 引言

在国家节能减排政策下，小机组逐渐淘汰，新建大机组汽轮机单机容量和蒸汽参数越来越高［1］;由于火电厂是一个复杂的热力系统，为了提高其运行的经济性，不仅需要提高主机效率，而且还需改善热力系统中所有辅机的配置和运行方式。给水泵作为电厂中的耗电大户，是电厂重要的辅机，其运行状况是降低厂用电率的重点环节［2］，所以优化给水泵的运行方式具有重要的实践意义。

近年来，对给水泵运行方式的优化已经有相关的研究，2010 年国内研究人员提出300 MW 以上的机组采用汽动泵的有效性与可行性，通过分析锅炉给水泵在电动和汽动两种驱动方式下，对净热耗率、同等工作效率和综合新煤耗率进行比较，结果表明对于300 MW 以上的机组，釆用汽动泵可以减少净热耗率、提高产量并且提高操作的稳定性和调节性能［3］。文献［4］从热经济性角度，对大型火电厂锅炉给水泵的几种不同驱动方式，包括汽泵驱动、液力偶合器电泵驱动、大机主轴驱动进行了比较，得出了大机主轴驱动方案是最佳的;为了提高设备的可靠性，在给水泵配置方式上做了一些调整，由于汽动给水泵的可靠性还尚未成熟，有待进一步提高，因此通常主张釆用1 台50%容量的电泵(备用)和2 台50%容量汽泵的运行方式［5］;但在不同工况下，当火电厂机组中2 台汽动泵给水流量分配不同时，研究机组的热经济性比较少。

本文以N600 MW 亚临界和N1000 MW 超超临界机组为例，忽略给水泵的管道特性的影响，在不同工况下，分析和比较两台汽动给水泵在给水流量分配情况不同时的机组热经济性，得出最佳的给水流量分配方案，确定给水泵的最佳运行方式。

1 机组的热力系统模型

1.1 热力系统模型

以 N600-16．7/537/537 亚 临 界 和 N1000-26．25/600/600 超超临界机组为例，两台机组正常运行时两台汽动给水泵并联运行［6］，两台机组的热力系统简图分别如图1、2 所示。

图1 600 MW 机组热力系统简图

图2 1 000 MW 机组热力系统简图

1.2 热经济性计算式

在给水流量变化时，为了获得两台给水泵对应小汽机抽汽量的变化趋势以及相应第三、四段抽汽变化量，从而分析热经济性变化的原因，所以根据两台机组的热力系统模型，采用热平衡法对各加热器建立能量守恒和质量守恒的关系式［7，8］。

在给水泵分配的流量不同时，泵的效率和焓升会变化;同时带动给水泵的小汽机的抽汽量和3 号高压加热器的入口水焓也会受到影响，并影响整个机组的热经济性。相关的计算公式如下:

汽动给水泵的焓升［7］:

三号高压加热器的入口水焓:

两台小汽机的总抽汽量:

式中:vav为给水的平均比体积，m3/kg;Pin和Pout分别为给水泵的进出口压力，MPa;ηpu为对应流量下的泵效率;GA和GB分别是两台泵A 泵和B泵的给水流量，t/h;和分别为小汽机的进出口焓，kJ/kg;ηt为小汽机的效率。

计算出各段抽气系数后，为了比较不同方案的给水流量的热经济性，各项热经济性指标计算式如下所示:

标准煤的低位发热量ql=29 270 kJ/kg，全厂标准煤耗率bscp，g/(kW·h)

全厂热耗率qcp，kJ/(kW·h)

全厂热效率ηcp

式中:ηe为汽轮发电机组绝对电效率;ηb和 ηp分别为锅炉效率和管道效率，取 ηb=0．92，ηp=0．98。

2 给水泵流量分配方案

2.1 选取方案原则

取N600-16．7/537/537 机组的单台给水泵的额定流量qmd=1 004．01(t/h)，N1000-26．25/600/600 机组单台给水泵的额定流量 qmd=1 353．63(t/h);机组给水总量大于单泵额定流量，小于两泵额定流量和;忽略两台给水泵的管道特性的影响，由于给水泵的流量不同，其效率也不同，所以泵间的流量分配方案不同，存在一个最佳运行方案。因此，在某负荷区，通过选取不同给水泵流量来确定效率，进而通过机组热经济参数，确定给水泵流量最佳分配方案。

2.2 600 MW 机组给水分配方案

N600 MW 亚临界机组选取THA、TMCR、75%THA 工况，3 种不同工况下给水总流量qm和两台给水泵A 和B 的给水流量分配方案如表1 所示，同时给出了随着流量不同时对应的泵效率［9］。

表1 600 MW 不同工况给水分配方案

2.3 1 000 MW 机组给水分配方案

N1 000 MW 超超临界机组选取60%THA、75%THA、80%THA 工况，3 种不同工况下两台给水泵A和B 的给水流量的分配方案如表2 所示。

表2 1 000 MW 不同工况给水分配方案

3 给水泵最佳流量分配方案

3.1 机组热经济性分析

由于给水泵流量的分配方式不同，给水泵流量变化引起泵效率的改变;在两台汽动泵的给水流量逐渐接近直至相等的过程中，给水泵的出口水焓逐渐减少，给水泵的泵功减少，带动给水泵的小汽机的抽汽量对应减少，即第三段抽汽量减少;同时由于给水泵出口水焓的减少，导致第四段抽汽量增加，但增加的量相对较少，最终汽轮机总体做功蒸汽增加，机组热经济性提高。

将各工况下给水流量相等的方案6 和单泵额定流量的方案1 做对比，第三段抽汽增加量和第四段抽汽减少量如图3 和4 所示。

图3 600 MW 机组不同工况抽汽变化量

图4 1 000 MW 机组不同工况抽汽变化量

3.2 热经济性比较

根据以上分析，为了具体计算热经济性改善程度，选取标准煤耗率bscp和全厂热效率ηcp作为热经济性的评价指标［10，11］;通过比较给水泵各流量分配方案下的热经济性指标，确定最佳给水流量的分配方式。N600 MW 亚临界和N1 000 MW 超超临界机组的热经济性参数如图5～10 所示。

图5 600 MWTHA 各方案热经济性

图6 600 MW TMCR 各方案热经济性

图7 600 MW 75%THA 各方案热经济性

图8 1 000MW 60%THA 各方案热经济性

图9 1 000 MW75%THA 各方案热经济性

通过对给水泵流量各分配方案的热经济性计算，可知机组的热经济性，在其它条件不变时，随给水泵流量分配方案的不同而异。对于亚临界N 600 MW 和超超临界N 1 000 MW 机组，在给水泵流量分配方式不同时，其标准煤耗率和全厂热效率具有相同的变化趋势，即:在两台给水泵的给水流量慢慢接近时，机组热经济性逐渐提高，直至两台泵给水流量相等时，其热经济性最好，对应的给水分配方式是最佳的;并且在不同工况下，随着两台给水泵流量接近时，机组的热经济性也逐渐提高。

图10 1 000 MW 80%THA 各方案热经济性

4 结论

(1)两台汽动泵给水流量的分配不同对机组的热经济性有一定的影响;主要影响与给水泵进出口相连接的加热器，特别是对与出口相联的高加，其抽汽量有很大的变化。

(2)当两台给水泵流量相同时，机组热经济性指标最佳，所对应的给水系统运行方式亦最优。

［1］夏友才．200MW 机组给水泵驱动方式的研究与实践［D］．保定:华北电力大学，2007．

［2］贺济芳．电厂汽轮机组辅机运行概况与运行方式优化［J］．科技传播，2012，(1):103-104．

［3］Peng X Y，Wang P H．A comparative study on economy of driving mode for boiler feed pumps［C］．Asia-Pacific Power and Energy Engineering Conference，2010．

［4］吴志祥．大型火力发电机组锅炉给水泵驱动的热经济性研究［D］．上海:上海电力学院，2012．

［5］李晓勇．电站给水泵汽轮机变工况经济性分析［D］．保定:华北电力大学，2005．

［6］黄树红．汽轮机原理［M］．北京:中国电力出版社，2008．

［7］郑体宽．热力发电厂［M］．北京:中国电力出版社，2001．

［8］于淑梅，李金磊．汽轮机组不同运行方式热经济性比较的通用数学模型［J］．汽轮机技术，2010，52(1):27-28，64．

［9］李兵，王培红．给水泵焓升对机组经济性影响算法研究［J］．华东电力，2009，37(9):1608-1610．

［10］张艾萍，刘桂华，张宏学．汽动给水泵组运行特性对机组热经济性的影响［J］．化工机械，2009，(6):558-561．

［11］胡冬梅．影响火电厂供电标准煤耗率指标的因素分析［J］．统计科学与实践，2011，(6):60-61．