电站给水泵汽轮机在主机低负荷工况运行时的经济特性分析

张 冰

（宁夏大唐国际大坝发电有限责任公司，宁夏 青铜峡 751607）

0 引言

为了使给水泵汽轮机在主汽轮机低负荷工况是能够正常的工作，就必须采用某种措施使其保证发出足够的功率来驱动给水泵，而不至于使系统瓦解。通常，在主汽轮机低负荷工况运行时，给水泵汽轮机有以下几种运行方式。

1 增加喷嘴面积

采用这种方式的给水泵汽轮机，其第一级喷嘴面积必须具有很大的富裕度，在主汽轮机抽汽参数下降的时候使给水泵汽轮机仍具有足够的蒸汽流量驱动给水泵以保证要求的给水负荷。假如要求的主机负荷太低的话，主汽轮机抽汽参数就很低，给水泵汽轮机的有效焓降也就很小，额定工况运行的效率也就很低，从而影响了整个发电厂的热效率。通常，凝汽式给水泵汽轮机的抽汽能维持正常运行的最低主机负荷的负荷点为40%，低于这个工况点，给水泵汽轮机在运行经济性和造价方面都将得不偿失。所以，增大给水泵汽轮机的喷嘴面积对机组在低负荷运行的经济性和安全性有着一定的益处。

2 辅助电动给水泵

当主汽轮机的负荷降低到40%以下时，也可以有辅助电动泵来承担部分或全部的承担给水泵供水。实验表明，在低负荷滑压工况下泵组效率较定压运行的泵组效率要小，（通常相差不大）汽耗率要大，但其给水泵汽轮机的耗汽量却不相同，对于不同试验工况下给水泵汽轮机的耗汽量的差异可分别计算其不同的耗汽量对汽轮机热耗率的影响，然后确定各个工况下泵组的经济性差异。

通过对低负荷下泵组的不同组合方式，（双汽泵运行、单汽泵运行、电泵备用和单汽泵运行汽泵备用）的优化试验，可以确定在不同负荷下汽动泵组的最佳配置方式，即：可以确定出双汽泵运行和单汽泵与运行的转换负荷点及汽泵和电泵不同备用方式的经济性。

从运行方式来看，汽动泵备用的运行工况下，备用泵在热备用中保持转速3000r/min以维持给水泵再循环流量，这样备用泵必然要多消耗部分蒸汽流量，泵组汽耗量必然增大。因此，在低负荷下采用单泵运行，电泵备用的运行方式要比采用一泵运行、一泵备用的运行方式经济。但是，由于汽动泵起停会带来一定的经济损失，所以单单根据负荷的变化来决定泵组的运行方式是不合理、不全面的。还应考虑到负荷变化持续的时间的长短，对于泵组来说，在低负荷期间，泵组汽泵被用比电泵备用多耗煤量的计算式为：

式中：Ng为汽轮机负荷；τ为低负荷运行时间；bt为汽泵备用时的煤耗率；bp为电泵备用时的煤耗率。

若汽泵起停的损失为△Btp，则可以确定汽泵备用和电泵备用运行方式的临界时间为τcr。令△BL=△BQ，即可求得：

由此可知，只有当低负荷持续时间大于临界时间τcr时，改为电泵备用方式运行才是经济的，在负荷变化较为频繁的情况下，就不太适合进行电泵和汽泵的切换。另外，电动泵备用方式的确定还应考虑到电动泵的容量问题，若电动泵的容量小于运行汽动泵，当运行汽动泵故障或跳闸后，短时间内只能依靠电动泵联动来维持主机运行，运行人员必须同时将机组负荷快速降至于电动泵容量相配的负荷，对于此时汽轮机的安全运行问题应予充分的考虑。此时，汽动给水泵的可靠性与运行人员能否正确处理异常情况密切相关，因此，仅仅依靠优化试验的结果来确定给水泵组的经济运行方式是不够的，还应充分考虑到泵组的安全运行问题。

在采用辅助电动给水泵的系统中，由于电动给水泵与汽动给水泵的控制给水流量的方式不同，因此理想的运行方式是让电动泵全容量工作，而用汽动泵来调整给水流量，但是这样机组的经济性就降低了。

3 采用高压补汽的方式

高压补汽方式就是指的汽源的切换方式，一般分为两种：一是高压蒸汽内切换，二是高压蒸汽外切换。

主汽轮机在工作时，无论是定压运行或滑压运行，给水泵汽轮机的抽汽来自主汽轮机的哪一个抽汽口以及采用的哪种配汽方式。当机组负荷下降的时候，对于给水泵汽轮机来说，必然要有一个汽源切换的过程，在这个过程中就必须考虑到主汽轮机在多少负荷的时候才进行汽源切换。为了使主汽轮机能够在更低的负荷下工作，就必须将供汽切换到更高的压力点上，来保证给水泵汽轮机的正常运行。这个工作点叫做切换点。对于汽源切换计算必须避开锅炉给水泵的小流量不稳定区域与汽轮机的临界转速区域。

3.1 高压蒸汽内切换

高压蒸汽内切换方式与外切换方式类似，所不同的是，它的高压蒸汽内切换有两个彼此独立的蒸汽室和相应的配汽系统，他们分别与低压汽源及高压汽源相联。

3.2 高压蒸汽外切换

在给水泵汽轮机达到切换点时，要把给水泵汽轮机的供汽点有压力较低的抽汽口大改换到压力较高的抽汽口，则可继续维持其低压负荷下运行。

3.3 新汽内切换

采用锅炉新汽内切换时，需要设置两组独立的喷嘴组，一组接受来自主汽轮机的抽汽口的蒸汽，另一组接受来自锅炉的新蒸汽。分别称为低压喷嘴组和高压喷嘴组。

3.4 辅助电动泵切换

主汽轮机的负荷降到切换点时，有辅助电动泵承担一部分或全部给水泵负荷，这种切换方式可以使主汽轮机的负荷一直降到零，但与其他切换方式相比，辅助电动泵切换要增加电厂的附加设备投资，一般不采用。

4 备用汽源的合理选择

给水泵汽轮机的备用汽源有两种选择，一种是锅炉新蒸汽，另一种是在再热汽冷端蒸汽。备用汽源的目的就是为了在40%额定负荷下满足锅炉给水泵所需功率的要求，采用新蒸汽作为备用汽源可以使主机负荷降到零。但是，存在着汽源切换扰动大、高、低汽源温度偏差过大，排汽温度高而引起转子不对中以及备用时易泄漏一些列问题，而且从经济性和结构设计的合理性而言，这种选择既浪费了能源又使机组造价大大提高。采用再热器冷端蒸汽作为备用汽源，只能使机组负荷降到10%的额定负荷，当机组要继续降低负荷时，必须借助新蒸汽。这样使供汽系统复杂化，但这只是对于只采用汽动给水泵的机组而言。而我国300MW机组除了两台汽动泵以外，还备用一台电动给水泵，这样当机组负荷降到一定程度可以采用电动给水泵向锅炉供水。

因此，对于我国300MW机组来说，采用再热器冷端蒸汽作为备用汽源就不存在机组负荷在10%额定负荷以下要投入新蒸汽而使系统复杂化的问题。正好相反，采用再热器冷端蒸汽作为备用汽源可以省去输送新蒸汽去给水泵汽轮机所需的管道，使供汽系统简单化，利于电厂管道布置，减少投资，同时也提高了机组的内效率。另外，采用再热器冷端蒸汽作为备用汽源，在高、低汽源切换时，再热器冷端蒸汽压力为1.431MPa，温度为320℃，四段抽汽的压力为0.315MPa，温度为 323℃。这既不会因压差过大而引起汽源切换时的扰动现象，也不会因两汽源的温差过大而引起汽室较大的热应力，排汽温度也不会太高。这样就避免了转子的不对中和凝汽器工作的恶化。

5 结束语

总之，提高了锅炉给水泵汽轮机的效率，同时也就是提高了给水泵效率，降低了给水泵的耗功，降低了厂用电，提高了整个热力系统的经济性。所以，在火电厂中，给水泵汽轮机的分析不仅对小汽机机是现在要进行的研究课题，对机组的经济性提高也具有重要现实意义。

[1]王锦荣，吴日舜.锅炉给水泵的经济运行和改进[M].水利电力出版社，1991.

[2]游永坤，姚华.国产200MW机组改汽动给水泵热经济性对比分析[J].华北电力技术，1999（09）：1-3.