热电厂汽轮机带动锅炉给水泵技术经济性分析

王引迪

摘 要 随着电网容量的增加，电厂设备日夜负荷的变化也逐渐增加。这就要求机组不仅要保证在额定负荷下的良好经济性，而且要保证昼夜负荷在可控范围内变化，以保证效率的稳定性变化。给水泵汽轮机在大型机组中的应用很好地满足了这一要求。因此，对给水泵汽轮机在电厂中的应用进行了研究和分析，促进了给水泵汽轮机的推广应用。

关键词 热电厂；汽轮机；锅炉给水泵；经济性

前言

汽轮机有着工业领域“原动机”的美称，在实践中已经得证明了它是能量转换和能源综合利用中的关键装备，在我国实施的节能减排战略中发挥着日益重要的作用。目前，火力发电厂已经逐步使用汽轮机替代电动机驱动给水泵，通过汽轮机的蒸汽热能转化为驱动轮子做旋转运动来的机械能，达到驱动给水泵运转的目的。相较传统电动机驱动，其能通过减少中间能量转化的环节来减少能量转换过程的损失，提高能源利用效益。

1 汽轮机驱动给水泵的设备组成

通常火力发电厂工作原理是将锅炉出口的蒸汽经汽轮发电机组做功发电后排出，再经过冷凝器凝结后经除氧器送入锅炉给水泵升压后进入锅炉，从而达到循环利用的效果。给水泵随机组负荷变参数调速运行，当采用汽轮机驱动给水泵配时可通过小机电解液调节系统来满足其调速要求，调速范围能达到50%～100%。调节系统调节给水泵汽轮机主汽阀的相对开口大小，控制小机进汽量，从而调整给水泵汽轮机转速，最终改变给水泵介质出口参数。近年来，大部分汽轮机生产企业都可以供应给水泵汽轮机以及相应的整套控制调速系统。目前最先进的技术是一体化集成技术，该技术很大程度上简化了设备生产和安装工序。一个集成模块是汽轮机主体、调速器和给水泵，另一个是润滑油集装装置，具有安装简便、体积小、轻便的特点[1]。

2 汽轮机驱动水泵的优点

火力发电厂机组容量在近年来一直提升，汽轮机整体对给水量的需求和汽轮机入口压力也随之不断提升，且随着给水泵运行可靠性的逐步提高，1×100%容量给水泵配置越来越广。因此采用以往的电动机驱动给水泵的方式，已无法满足现有规模的给水量和压力要求。电动机驱动给水泵的能量转化原理为锅炉燃烧产生的热能，转化为电能后，再转化为机械能。以1000MW机组为例，采用100%容量电动给水泵方案时，泵组的所需的轴功率达到38MW，所需电动机的功率超过了40MW，国内目前还没有制造如此大功率的同步或异步电动机的能力。即使配置50%容量电动给水泵，所需电动机的功率也超过了20MW，国内目前如此大功率的同步或异步电动机也运行较少，且制造费用较高。另外对电厂而言，大功率电动机启动对厂用电系统的冲击很大，将影响电厂其他辅机的安全运行。汽轮机驱动给水泵主要是热能转化为机械能，可以直接通过小机进汽量来调节水泵的压力及流量，从最大程度上降低能量损耗和最大程度提高效率，故大型火力发电厂汽轮机的驱动给水泵方式是获得高扬程的有效方式，其运行功率受到的限制较少，能够满足大容量机组给水泵大功率运行的要求。另外，给水泵汽轮机调速范围较广，当火力发电厂根据电网要求机组低负荷运行时，根据小机进汽参数也可自动调整和控制小机的转速，最大限度地降低对给水系统及阀门造成的损失。给水泵与汽轮机是同轴直联的，减少了电泵中调速装置的转换效率的损耗，能量转化过程最直接，可以有效提高汽轮机整机的运行效率和能源使用效率。给水泵的汽源是由主汽轮机做功后的四段抽汽提供的，可以有效降低火力发电厂冷却能源的损失，提升了整体机组热能源的经济性和能源利用率[2]。

3 给水泵汽轮机运行的经济性

电网容量不断增加，促进了电网组成机构的不断变化，尤其是工业用电的比重逐渐降低，更是使电网的峰谷差变化更大。现阶段，我国主要的发电方式是以火力发电为主，火力发电也是我国目前主要的电网组成方式。为了适应当前电网峰谷差逐渐增大的实际情况，对大容量火力发电机组进行调峰已经是一个亟待解决的问题。目前最常采用的變负荷调峰方式是滑压运行方式。滑压运行方式的最大特点就是在部分负荷中，流量会出现一定程度的减少，同时出口压力也会有所降低，这样就能够保证给水泵功率的降低幅度出现较大的变化。这样可以有效降低机组运行热能消耗，大大提高机组的热效率。给水泵在现代火力发电机组中是一个重要的辅机。通常情况下，高压和低压的临界压力机组中，给水泵的功率占主机容量的2%左右，甚至可以占到3%，所以减少给水泵的功耗可以在很大程度上降低发电厂的功耗。而使用滑压运行可以有效降低给水泵功率，当给水泵使用汽轮机驱动时，节约的功耗效果更加明显，大概有定压运行时所需功耗的50%左右，因此，给水泵汽轮机的使用可以很好提高机组低负荷运行的热经济性。

4 给水泵汽轮机系统的启动特点

给水泵汽轮机启动具有很好的灵活性和稳定性，可以满足当前电厂出现的一些变化需求。如果采用电动给水泵配置方案，由于锅炉给水量很大，故电动给水泵容量也很大，特别对600MW及以上大机组和空冷机组，单台电动给水泵即使按照给水容量的50%配置电动机的容量也超过10000kW，如电厂厂用高压电压等级采用6kV，给水泵电动机则无法满足直接起动要求，需采用10kV电压等级的厂用电给电动给水泵供电时给水泵电动机才可直接全压启动，启动电流引起母线的电压波动才能满足国标和有关规程的要求。而驱动小机的汽源具有很强的灵活性，一般主机的四段抽汽作为正常运行汽源，全厂辅汽作为小机的启动、备用及调试用汽源。一般在机组达到30%额定负荷时即可进行汽源的切换，保证给水泵的正常运行。

5 结束语

综上所述，在电厂中使用汽动给水泵能够很好地提高机组整体的运行水平，可以保证机组运行的经济性。而根据相关的研究发现，在给水泵总功率在6000kW以上时，最好使用小汽轮机进行变速驱动运行可以保证很好的经济性。目前，我国很多电厂中对给水泵汽轮机的应用都是比较合理和成功的，对提高机组运行的稳定性和经济性有很好的促进作用。

参考文献

[1] 崔璟.给水泵汽轮机在电厂中的应用[J].内蒙古科技与经济，2017， （9）：97-97.

[2] 毕华南，李红艳.给水泵汽轮机控制系统应用及启动中的问题分析[J].华电技术，2015，31（7）：50-52.