600 MW机组采用汽动给水泵代替电动给水泵启动的探讨和实施

周献东，王静，张犇，张明

(1.华能太仓电厂，江苏 太仓 215424；2.江苏省、南京市节能技术服务中心，南京 210005)

1 设备概述

华能太仓电厂4号机为600 MW超临界机组，锅炉与汽轮机热力系统采用单元布置，给水系统配两台50%锅炉额定容量的汽动给水泵(以下简称汽泵)和一台30%容量的电动给水泵(以下简称电泵)。机组正常运行时，两台汽泵保持运行，电泵只在汽泵发生故障或机组启停时使用。给水泵为上海动力设备厂制造，小汽轮机为杭州汽轮机厂生产，其进汽汽源设计有三路：四抽汽源为正常汽源，高排汽源为备用汽源，辅汽汽源为调试汽源。锅炉给水站设计为：两台汽泵出水各布置一电动闸阀，电泵出水布置一出水调阀和一电动闸阀，三者出水并接至同一母管后经高压加热器进入锅炉省煤器，4号机组给水布置方式示意图如图1所示。机组启动时，启动电泵通过其出口调阀和转速控制给水量向锅炉进水，待并网加负荷至20%THA负荷，冲转汽泵转速至3 000 r/min后，再由电泵切换至两台汽泵向锅炉进水。

图1 4号机组给水布置方式示意图

2 采用汽泵代替电泵启动机组的方案探讨

2.1 采用汽泵启动机组的必要性

在目前增加新能源发电比重和降低燃煤机组发电比重的大背景下，燃煤机组启停次数增加。而电泵作为功率最大的辅机，在机组启停时消耗了大量的厂用电，影响全厂的经济效益。而采用汽泵代替电泵实现机组启动，可有效降低厂用电[1]。从能源转化效率来看，采用汽泵代替电泵实现机组启动，相当于节约2/3的一次能源，具有显著的经济性[2]。同时从安全上来看，采用汽泵启动机组后，将电泵作为热备用，则增加了机组运行的可靠性。

2.2 实现汽泵代替电泵启动机组的方案

按照启动时锅炉给水量的控制要求：初期上水时，需要满足80～100 t/h小流量进水要求，待上水完成后，则要求保持400 t/h及以上的水量。根据电厂现有给水布置方式，采用汽泵启动时，无法满足初期的小流量进水要求。电厂曾进行过试验：单独启动汽泵的前置泵，在其再循环开足的情况下，出口给水量仍达300 t/h。而若通过汽泵出口电动门来控制给水量，则会带来阀门内漏的安全隐患。

因此，电厂实现用汽泵替代电泵来启动机组的关键在于如何进行给水量的控制。汽泵替代电泵启动机组的方案见表1。

表1 汽泵替代电泵启动机组的方案

2.3 汽泵替代电泵启动机组的方案选择

上述两种方案的优劣性取决于机组使用期间取得的经济效益。以机组30年的使用年限来计算，该电厂于2006年投产，还可以运行15年。若以5年为一个大修周期，则有4个大修周期。表2为4号机(2013年—2018年)在一个大修周期期间的机组启动次数和电泵用电量的统计情况。其中三次为检修后的启动，因锅炉启动时包含冲洗和机组试验等，电泵运行时间较长；七次为调停后的启动，电泵运行时间相对较短。由表2可知，锅炉小流量进水时，电泵平均每次运行约5 h，平均每次用电量为28 027 kW·h，共用电140 135 kW·h；整个启动阶段，电泵平均每次运行时间为38.2 h，平均每次用电量为32 160 kW·h，共用电1 228 512 kW·h。

表2 4号机在一个大修周期期间的机组启动次数和电泵用电量的统计情况

从上表数据来看，对于一个大修周期：锅炉小流量进水和整个启动期间，电泵用电量分别为140 135 kW·h、1 228 512 kW·h，按0.39元/(kW·h)计算，电泵用电成本分别为5.47万元和47.91万元。在仅考虑电泵使用成本的情况下，假设今后四个大修周期期间的机组启停次数按表2中的次数为基准。方案一四个大修周期节省使用电泵的成本为47.91×4=191.64万元，考虑到投资调门和隔门的成本，实际方案一节约费用191.64-40=151.64万元。

方案二四个大修周期节省使用电泵的成本为(47.91-5.47)×4=168.04万元，可见方案二节约费用优于方案一，因此确定方案二为汽泵代替电泵启动机组的技术路线，即在现有系统布置情况下，通过优化启动方式，减少电泵的运行时间，来达到全厂最佳的经济效益。实际由于以下几方面的影响，汽泵代替电泵启动机组所产生的经济效益会有所降低：1)消耗蒸汽，所增加的邻机煤耗量；2)前置泵提前启动，所增加的辅机用电量；3)机组需提前建立真空，所增加的辅机用电量和邻机蒸汽量。

3 汽泵替代电泵启动机组的措施

3.1 总体启动思路

结合锅炉启动的特点，提出了优化启动的总体思路：在锅炉小流量上水的阶段，采用电泵进行，同时完成汽泵的冲转和暖机；锅炉保持400 t/h及以上的水量时，将电泵切换至汽泵控制锅炉给水量；启动第二台汽泵并正常运行后，完成第一台汽泵的小汽轮机进汽汽源切换操作。

说明：1)电泵额定电流(I额)为973 A，额定功率为9 100 kW(P额)，根据实际的电泵运行电流(I实)，通过关系式：P实=I实×P额÷I额，得出实际的运行功率(P实)，再根据运行时间得出实际的电泵用电量。

2)锅炉小流量进水时，电泵运行时间和平均电流是指：给水量在400 t/h以下时，电泵运行的时间以及该段时间内电泵的平均运行电流。

3)整个启动阶段，电泵总运行时间和平均电流是指：机组在整个启动期间，电泵的运行时间以及该段时间内电泵的平均运行电流。

3.2 逻辑和控制的修改

采用汽泵替代电泵启动机组后，对逻辑和控制进行梳理，发现以下问题并进行相应修改：

1)原逻辑中，汽泵在升速期间设计有临界转速，升速时转速会快速通过临界转速，这样将影响给水量的调节。联系厂家确认该汽泵在转速正常工作范围无临界转速，且检查实际升速期间给水泵振动正常，故取消了临界转速范围内转速无法停留的逻辑，确保汽泵转速平稳变化以便控制给水量。

2)原逻辑中，设计负荷在50 MW以上时，汽泵的跳闸信号将触发电泵自启动的逻辑。采用汽泵启动机组，电泵在热备用时，一旦负荷升至50 MW，因另一台汽泵在跳闸状态，电泵将自启动。对此，将汽泵跳闸信号由长信号改为短脉冲信号，避免上述情况出现。

3)原逻辑中，汽泵在3 000 r/min以下时，需通过MEH设定转速来控制转速，不便于运行操作。

对此，增加了点动操作转速的模块，便于转速控制和给水量的调整。

3.3 过程风险分析

采用汽泵代替电泵启动机组，在以下几方面存在风险，需注意调整：

1)制订不同主汽压力下的电泵勺管开度并及时进行调整，确保当运行汽泵出现跳闸时，电泵自启动时能防止出现给水量过低造成锅炉MFT。

2)小汽轮机的辅汽和四级抽汽汽源切换操作，需暖管充分后进行，并根据进汽参数变化缓慢操作，防止切换时小汽轮机出现热冲击而运行异常。

3)由于启动时，除氧器加热、轴封用汽和小汽轮机进汽均由邻机供给，将造成热井水位上升，因此需控制合理的热井水位，防止水位过高影响机组安全，以及排放过多造成工质损失。

4)进行除氧器加热汽源和小汽轮机进汽汽源的切换时，需注意对辅汽压力的控制，防止压力波动过大影响小机转速的控制。

4 汽泵替代电泵启动机组的实施和优化

2018年10月和2019年2月，4号机先后实施了汽泵部分替代电泵启动机组的操作。通过两次启动操作，掌握了启动至正常运行的各个阶段，汽泵运行的相关参数、小汽轮机进汽汽源的切换操作要点，并进一步优化了启动主要步骤：

1)由除氧器通过电泵出水静压向高加水侧和省煤器进行充水，减少电泵运行时间。

2)锅炉小流量上水通过启动电泵进行。

3)锅炉小流量上水的同时，完成一台汽泵的冲转和暖机。

4)锅炉大流量上水时，将电泵切至汽泵控制，根据汽泵转速和再循环来控制锅炉给水量。

5)负荷120 MW左右，启动第二台汽泵。

6)负荷180 MW左右，两台汽泵并列运行。

7)保持各参数稳定，完成第一天汽泵的小汽轮机进汽汽源切换。

5 汽泵替代电泵启动机组的实际效益对比

经计算，2019年2月4号机采用汽泵部分替代电泵启动机组和以往调停时采用电泵启动机组比较，降低成本约 20 404.87元，效果明显，两次汽泵启动的运行成本分析见表3。

表3 两次汽泵启动的运行成本分析表

说明：1)小汽轮机辅汽参数：0.7 MPa、270 ℃、焓值为2 980 kJ/kg，根据锅炉效率93.46%、蒸汽管道损失1.5%，原煤低位发热量为23 100 kJ/kg[3-4]，计算每吨上述蒸汽所消耗的原煤约为2 980 kJ/kg÷(23 100 kJ/kg×93.46%×(1-1.5%))×1 t=0.140 t。

2)真空泵、前置泵多运行时间是由于采用汽泵启动机组需提前运行上述辅机所造成。

3)机组启动一次的节省费用计算方法为：原电泵耗电费用-现电泵耗电费用-产汽耗原煤计算费用-真空泵和前置泵多耗电费用。

6 结语

通过对4号机实施汽泵替代电泵启动机组的经济性进行分析和对比，最终确定保留现有系统，并进行优化启动方式的方案，实现汽泵部分替代电泵启动机组，从而减少电厂对电泵的依赖性，提高了机组运行的安全性、经济性和灵活性，希望对相关人员的工作具有一定的借鉴意义。