火电厂锅炉给水泵运行参数优化改进及处理研究

刘 悦

（吉林省电力勘测设计院，吉林 长春 130022）

火电厂锅炉给水泵运行参数优化改进及处理研究

刘 悦

（吉林省电力勘测设计院，吉林 长春 130022）

文章着重研究和讨论火电厂锅炉机组变压变流量的运行优点及可行性，同时探究变压运行对锅炉和给水泵运行的影响，并进一步探究火电厂锅炉给水泵运行参数的优化与改进。通过对变压方式进行大容量改进发现，其对火电厂给锅炉给水泵的运行不仅符合实际情况，而且还具有较强的适用性，有助于火电厂生产过程中的节能降耗。

火电厂；锅炉；给水泵；变压运行；优化改进

近年来，火力发电正朝着大容量的变压运行方式进行转变。大容量的变压运行方式一方面能够满足电网负荷的变化，另一方面也能根据实际需要及时调整运行参数。大容量的变压运行方式会是火电厂发展的重要趋势之一。在火电厂发电过程中，锅炉给水泵是整个发电过程中耗能最大的重要辅机之一，给水泵运行的质量直接对影响着锅炉的运行质量，进而给整个机组的运行带来影响。锅炉给水泵一直以来都被称之为火电厂的“心脏”，重要性可见一斑。作为火电厂的耗电大户，通常情况下，锅炉给水泵的耗电量占据整个发电厂发电的1．5%～3%。近几年来，随着人们对能源节约的重视以及火电厂机组容量的增长，火电厂锅炉给水泵的运行经济性越来越受到人们的关注和重视，在保障生产正常进行和安全运行的前提下，如何进一步有效降低火电厂锅炉给水泵的电能消耗，提升火电厂的经济效益，成了当前业内关注且反复探究的重要课题。

1 火电厂锅炉变压变流量运行的原理

通常情况下，火电厂汽轮发电过程中，为了使汽轮机的出力与外界变动负荷相匹配，都需要针对外界负荷的变化，及时调整火电厂汽轮发电机的功率。汽轮发电机运行的整个过程中，锅炉向汽轮发电机提供过热蒸汽，蒸汽出力的具体状况直接影响着整个汽轮发电机的运行情况。传统的锅炉运行方式主要采用定压节流运行，即保持锅炉出口的过热蒸汽量和蒸汽压力不变，通过改进汽轮发电机如后的调节阀开口度，进行蒸汽量和蒸汽压力的调节，从而实现发电机组负荷的变化。经过实践之后发现，运用汽轮机调节阀开度大小这一定压节流的方式，容易因为调节不当或者把握不准确，造成汽轮发电机进口的蒸汽量和蒸汽压力陡然下降，导致汽轮机的叶轮遭遇巨大的温度差距，从而产生较大的热应力和热变形，这一现象会给汽轮机造成极大损害，并且影响整个机组的使用寿命。这些设备往往造价高昂，修理和更换都会造成巨大的资金损耗，为此有必要优化和改进火电厂锅炉运行方式。采取变压变流量的方式，在保持汽轮机调节阀门基本全开的基础上，通过改变汽轮发电机的蒸汽压力来改变机组的功率，根据官网瞬时变化的压力、流量等参数，自动改变火电厂锅炉给水泵的转速，从而实现变压变流量的闭环调节。从变压变流量工作原理可以明显看出，其能够有效地保持整个供水系统处于合理的运行状态，不会因突然升高或降低的蒸汽量和压力而给机组各部分零件造成损害，从而实现延长机组使用寿命的目的。

2 火电厂锅炉变压运行可行性分析

改进火电厂锅炉运行方式之前，对新的运行方式进行可行性分析。决定火电厂锅炉是否采取变压运行方式之前，要看其运行过程中，各个受热面所受到的工质温度是否偏离了安全值和水冷壁的水动力的特性。一方面，检测各个受热面的工质温度是否偏离安全是否偏离安全值范围。一般在变压运行情况下，所能承载的负荷值能够在百分五十以上至最大连续负荷范围以内。因而在计算参数时，保持锅炉出口的过热蒸汽量温度不变，对锅炉出口的不同压力值进行传热计算，通过计算值来判断锅炉的各个受热面的工质温度是否在安全范围之内。如果在安全范围值以内，则可以保持不变，而一旦超出安全范围值时，就要对其进行相应的调整；另一方面，则取决于水冷壁的水动力特性。当锅炉进行变压运行时，水冷壁的工作压力会相应的降低，但是这一变化经过实验证明，水动力特性的下降幅度较小，仍在设计允许的范围之内。鉴于以上结论可以得出，火电厂锅炉给水泵采取变压变流运行这一方式是可行的。

3 火电厂锅炉给水泵变压运行方式的经济效益

电网容量的增大，进一步带动了火电厂机组参加调峰的力度、深度的扩大，对提高火电

厂机组的经济性至关重要。过去的定压节流配汽时，需要考虑到部分负荷的变化以及对整个汽轮发电机内效率的影响，而采取变压变流的运行方式则在部分负荷的全范围内都是节能的，但会造成初压下降，而初压下降会导致循环热效率的降低。火电厂锅炉给水泵运行方式的经济性应当是根据机组内效率与汽轮机相对内效率的乘积值来衡量。日本敦贺火力发电厂1号锅炉的性能实验实测可以看出（见图1），在确认变压时，整个机组运行在高负荷向低负荷变压的全过程都可以保持高效率的运行。由此可以看出变压运行方式具有高经济性的优点。

当前，火电厂锅炉给水泵的调节方式主要有三种：①节流调节；②变速调节；③变压调节。这三种调节方式的节能效果比较（见图2），A、B、C分别为节流、定压、变压变流三种不同运行方式下的给水泵工作状态点。图2表明功率和流量呈三次方的关系，流量下降至额定流量的百分之五十时，其运行功率为额定功率的百分之十二点五；当流量下降至额定流量的百分之八十时，其功率下降为原功率的百分之五十一点二；该数据表明，采取变压运行方式，能够大幅减少火电厂锅炉给水泵的耗电量，节约幅度达百分之三十至百分之六十之间。

4 给水泵运行参数的优化、改进及处理匹配

图2 运行方式的节能比较效果图

通过对火电厂锅炉给水泵运行方式进行优化，采取变压变流的运行方式，该方式本身的变频调速具有一定的特点和限定的应用范围。如果使用不当，不仅不能收到效果，反而还会对节能省电不利。为此需要针对火电厂锅炉给水泵运行参数进行优化、改进及处理匹配。火电厂锅炉给水泵在额定转速下的H—Q曲线（见图3），由左及右，分为五段，从不稳定区经过左边低效区再至中间高效区再到右边低效区，最后为汽蚀区。OC和OE为高效区与左右低效区的分界线。当参数设定发生变化时，OC和OE将共同聚集到J点，CDEJ的阴影面积正是该火电厂锅炉给水泵运行的高效区。

图3 调速泵运行工况分区

值得注意的是，当火电厂锅炉进行混合给水时，此时的定速泵与调速泵开始以并联的状态进行运转。此时定速泵和调速泵的扬程相等，锅炉给水泵的流量为定速泵和调速泵的并联总流量。现在假设，有一个锅炉给水泵是由定速泵和调速泵两个进行混合给水，定速泵和调速泵都处在额定转速范围内进行运转。具体的运行工况（见图4），AB1+2段至F1+2G1+2段分别为不稳定区经过左边低效区再至中间高效区再到右边低效区再到汽蚀段。且确保定速泵高效运行的条件为HE≤H≤HC，即可得知混合给水状态下定速泵的高效工作区、调速泵的高效区以及定速泵与调速泵混合给水情况下的调速范围和流量调节范围。

图4 并联水泵混合给水运行工况分区

5 结束语

总而言之，火电厂发展的一大趋势是变压运行不断朝着大容量方向发展。大多数的火电厂都在不断地尝试和采取大容量的变压运行方式。故而大容量变压运行方式在火力发电厂中具有良好的运用前景，为此，有必要针对火电厂锅炉给水泵这一电厂耗电大户进行参数改进、优化和处理匹配，从而进一步提升火电厂的运行效率，同时有效的实现节能降耗的目的。

TM621

A

2096-2789（2016）12-0092-02

刘悦（1980-），男，吉林长春人，吉林大学动力机械及工程专业硕士，研究方向：内燃机设计。