350MW机组纯汽动给水泵启动的节能分析与应用

林隆

(华能东方电厂，海南省东方市 572600)

0 引言

华能东方电厂为了响应国家节能号召，寻求安全、经济的机组启动方式，二期扩建工程3号机组(350MW)取消了原电动给水泵方案，不仅节约了基建投资费用、降低启动阶段的厂用电消耗，而且节省了电动给水泵备品配件费用及运行、维护成本，减少了闭式冷却水用户及优化了主厂房空间布置等［1-8］。本文分析纯汽动给水泵启动方式的节能效果，介绍其在东方电厂的应用情况。

1 设备概况

华能东方电厂3号机组只配置1台100%锅炉最大连续蒸发量(boiler maximum continue rate，BMCR)容量的汽动给水泵，汽动给水泵前置泵由小汽轮机通过减速箱柔性叠片式联轴器驱动，整体布置在汽机主厂房0 m平台。小汽轮机为单缸、单流、单轴、冲动式、纯凝汽、上排汽汽轮机，小汽轮机只配有低压汽源，即正常工作汽源来自主机四段抽汽(以下四抽)，备用和调试汽源采用辅助蒸汽。机组采用汽动给水泵启动方式，通过联合控制汽动给水泵转速和给水旁路调节阀，以控制给水流量和压力，实现机组快速启停。

2 汽动给水泵启动方式的节能分析

2.1 定性分析

(1)汽动给水泵能量转换途径为:燃料中的能量→锅炉蒸汽能量→汽动给水泵小汽轮机→汽动给水泵。

(2)电动给水泵能量转换途径为:燃料中的能量→锅炉蒸汽能量→汽轮机机械能→发电机电能→电动给水泵电动机→电动给水泵［2］。

可以看出，汽动给水泵能量转换的环节要少于电动给水泵。从定性分析角度，转换环节越少，能量的损失越少，汽动给水泵要比电动给水泵节能。

2.2 定量分析

通过比较电动给水泵与汽动给水泵在相同出力(相同给水流量和泵出口压力)的情况下，单位时间内所消耗的能量(即功率)来衡量汽动给水泵、电动给水泵启动方式的能耗大小，从而得出2种启动方式在能耗上的优劣。

(1)电动给水泵启动方式的能耗。设电动给水泵流量为q时，其电动机电流为I，电压为U，功率因数为cosφ，此种方式的能耗为

(2)汽动给水泵启动方式的能耗。设汽动给水泵流量为q时，汽动给水泵小汽轮机的蒸汽流量为qstm，小汽轮机进口蒸汽的比焓值为h1，小汽轮机排出蒸汽的比焓值为h2。根据热力学第一定律，1 kg蒸汽在给水泵汽轮机做的功为w=h1－h2，即在时间t内，流量为qstm的蒸汽做的功为

给水泵汽轮机的功率为

(3)根据华能东方电厂2号机组电动给水泵(50%BMCR容量)与3号机组汽动给水泵的实际运行数据，计算了汽动给水泵启动方式与电动给水泵启动方式的实际功率，计算结果如表1所示。表中，K=S/E，如果K＜1，则说明汽动给水泵启动方式较经济。

表1 电动给水泵和汽动给水泵的能耗分析Tab.1 Energy consumption analysis of electric feed pump and steam feed pump

由表1可知，汽动给水泵在锅炉清洗阶段运行的节能效果特别显著，节能43%;100MW 工况、175 MW工况节能38%、25%。

3 纯汽动给水泵启动特点

3.1 纯汽动给水泵启动优点

3.1.1 节约厂用电，提高经济性

火电厂将蒸汽转化成电能的热效率在40%以下，因此直接用蒸汽作为动力明显比用电能作动力更节能，经济性显著。以华能东方电厂一期设备为例，电动给水泵电机功率为4500 kW，正常冷态启动至退电动给水泵约18 h，滑停时间约2～3 h，机组启停1次将增加约8万kW·h的用电量，厂用电大大增加，降低了机组的经济性。若全程采用汽动给水泵启动，机组所消耗的是一次能源(蒸汽)，使厂用电率大大下降。

3.1.2 减少启停期间工作量，提高效率

机组采用电动给水泵启动则需完成操作电动给水泵系统大量的辅助性工作，机组并网后还需要安排冲转汽动给水泵备用，增加了系统启动工作量及并汽动给水泵退电动给水泵操作，延长了启动时间。机组采用汽动给水泵启动则可减少工作量，缓解运行人员工作压力，提高操作效率，缩短启动时间，提高经济性;同时，有利于减少电动给水泵给水系统的设备故障维护量，避免电动给水泵启动瞬间电流对6 kV母线电压冲击等弊端。

3.1.3 提高汽动给水泵启动可靠性

华能东方电厂4台机组全部投产后，辅汽系统采用母管制，为小汽机汽源提供可靠的保证，故在任何情况下汽动给水泵都可代替电动给水泵向锅炉上水，提高汽动给水泵启动可靠性。

3.2 纯汽动给水泵启动缺点

在实际应用中，纯汽动给水泵启动机组也存在不足，如仅仅在机组启动前给锅炉上水，涉及的提前投运系统较多，一些设备、系统启动顺序需做调整。冲转小汽轮机必须确保辅汽已暖好，同时主汽轮机投轴封、抽真空，投运这些系统前必须确保主汽机润滑油、密封油、顶轴油、盘车系统已正常运行。

热态冲转汽动给水泵小汽轮机排气温度易超过120℃，造成汽动给水泵轴承振动超限跳闸，延长机组启动时间。因此，要控制好冲转参数、缩短暖机时间、提高升速率、快速通过小汽轮机临界转速。同时，在使用邻机辅汽供小汽轮机运行至切换到本机汽源前，小汽轮机排汽做功后直接排入主汽轮机凝汽器，造成热井水位过高，为维持热井正常水位，势必将凝结水直接排掉，增加邻机补水率。

另一方面，因无电动给水泵备用，机组可靠性相对降低。若汽动给水泵故障跳闸，给水流量低，锅炉主燃料跳闸(master fuel trip，MFT)动作，将增加机组非正常停运次数。

4 东方电厂纯汽动给水泵启停机组应用实例

4.1 纯汽动给水泵启动机组调试运行情况

2012年2月10日，华能东方电厂3号机组首次采用邻机辅汽冲转小汽轮机并完成给水泵汽轮机电液(micro electro hydraulic，MEH)控制系统、汽轮机安全监测仪表系统 (turbinesupervisory instrumentation，TSI)电超速实验。

2012年2月11日，首次启动汽动给水泵，目标转速600 r/min运行10 min，对汽动给水泵本体碰摩及各参数检查正常。

2012年2月12日，再次冲转汽动给水泵至3000 r/min最小流量再循环运行，通过临界转速时汽动给水泵最大振动峰值为小汽轮机前轴承x方向的振动值57.2 μm，并完成小汽轮机MEH控制系统调试。

2012年3月20日，汽动给水泵首次给锅炉上水、冷热态清洗、升温升压、机组冲转、暖机、并网低负荷暖机、升负荷完成小汽轮机汽源切换。

2012年4月6日，机组首次350MW稳定运行，汽动给水泵满出力运行，汽动给水泵轴承振动、温度、油温各参数良好。小汽轮机冲转各阶段参数如表2所示。

表2 小汽轮机冲转各阶段参数Tab.2 Parameters of small turbine in turning stage

4.2 纯汽动给水泵启动操作要点

(1)一期辅汽系统采用母管制，为小汽机汽源提供可靠的保证，实现全程纯汽动给水泵机组冷态启动。首先，冲转小汽轮机前确认汽机侧所有系统投运正常，调整辅汽供汽电动门开度，暖管、疏水直至小汽轮机主汽门压力、温度达到冲转条件。然后小汽轮机挂闸、冲转、暖机，以汽动给水泵偏心度小于35 μm为暖机结束条件。暖机结束后小汽轮机转速升至3000 r/min，小汽轮机投锅炉自动，汽动给水泵再循环全开。

(2)锅炉上水冷热态清洗。全开主给水旁路调节阀前、后电动阀，通过调节阀控制上水速度对锅炉进行冷态清洗。炉水水质合格后锅炉点火、升温升压、分离器出口温度达190℃时，维持给水流量330 t/h进行热态清洗。给水流量、分离器水位通过汽动给水泵转速、给水旁路调节阀、冲洗阀灵活调节。

(3)机组并网带负荷至175 MW。机组并网低负荷运行期间确保临机辅汽参数正常，逐渐调整水煤比使负荷增至175 MW，控制分离器低水位，维持过热度2～6℃，分离器湿态转干态运行。同时汽源管路暖管、备用。在整个过程中，通过汽动给水泵转速、给水旁路调节阀控制给水母管压力、分离器水位，注意将给水旁路阀前、后差压控制在1～2 MPa。

(4)小汽轮机汽源切换切换。当再热冷段(下称冷再)压力≥1 MPa时，将辅联汽源切至本机冷再，逐渐降低邻机辅汽压力，直至完全由本机冷再供汽。当四抽压力达到0.5 MPa后调整冷再供汽压力，将小汽轮机汽源切换至四抽。切换过程中应注意蒸汽压力、温度相匹配、疏水，要监视小汽轮机转速、给水流量、金属部件温度变化情况等。汽源切换正常后，关闭一期辅汽供3号机组辅汽联络门，电动门前、后疏水门开启，暖管备用。按调度指令负荷增至350MW，顺利完成纯汽动给水泵机组启动。

4.3 纯汽动给水泵停运操作步骤

(1)机组负荷减至175 MW。开启一期辅汽母管供3号机组辅汽联络门，将3号机辅联汽源切至邻机辅汽，使两者压力、温度相匹配。给水流量采用降汽动给水泵转速和逐渐开启汽动给水泵最小流量再循环阀的方法来灵活控制。

(2)继续减负荷至20MW，锅炉MFT，联跳汽动给水泵，联关小汽轮机供汽电动门、进汽主汽门。

5 结语

取消电动给水泵系统，可减少电厂建设投资1050万元，缩短机组建设周期，降低厂用电率。在机组启动阶段，采用汽动给水泵直接启动机组有着明显的经济优势，比电动给水泵更节能，通过机组启动方式必要的控制与调整，纯汽动给水泵能够适应机组启动变化。运行实践证明，华能东方电厂350MW超临界机组纯汽动给水泵启动方式是安全、经济、可靠的，为同类机组的启动及运行提供借鉴经验，在具备可靠启动汽源的情况下可以尝试进行无电动给水泵启停机组。

［1］王舰，姜小军.600MW 机组无电泵启动方式探讨［J］.电力建设，2006，27(5):25-27.

［2］武云鹏.1000MW机组纯汽泵启动的节能分析和给水系统改进方案［J］.浙江电力，2011(1):15-19.

［3］胡洲.1000MW 机组无电泵启动方式及特点［J］.浙江电力，2010(9):43-46.

［4］文贤馗，申自明.锅炉蒸汽吹管采用汽泵供水的工程实践［J］.电力建设，2005，26(6):35-36，44.

［5］孙树哲.600MW机组无电泵启停方式研究与应用［J］.科技信息，2010(35):1143-1137.

［6］姜广伟，武国良，杨洋.300MW 机组汽动给水泵上水方式探讨［J］.吉林电力，2005(5):15-17.

［7］叶明.汽泵启停机组技术在350MW 机组上的应用［J］.节能，2010(1):52-54.

［8］张洪波.600MW机组汽泵全过程给水分析［J］.节能，2009(12):35-36，45.