600 MW 发电机组采用汽动给水泵优化运行的优势

王 铖

(晋能集团嘉节燃气热电，山西 太原 030032)

根据以往工程经验，锅炉点火、煮炉、吹管时，主汽机尚在安装，凝汽器系统无法正常投运，如果不设电动给水泵组，就只能等主机凝汽器及循环水系统可投用后才能使用汽动给水泵向锅炉上水。因此，目前国内600 MW 机组给水泵的配置模式大多为2 台50%汽动给水泵和1 台25%～30%调速电动给水泵。

鉴于省内一些大型电厂例如兆光、瑞光、轩岗电厂等都有了直接用汽动给水泵启动获得成功的经验，考虑到单元制机组相邻机组供应辅助蒸汽，可由辅助蒸汽向给水泵汽轮机供汽，来驱动给水泵汽轮机启动。由此，可进一步省去30%电动启动给水泵。山西兆光电厂二期1 号、2 号汽轮机均由上海汽轮机厂设计出厂，机组额定容量为600 MW，锅炉给水系统配置为2 台50%额定容量汽动给水泵(以下简称汽泵)和1 台50%额定容量的电动给水泵(以下简称电泵)。机组正常运行时，2 台汽泵保持连续运行，电泵只在机组启停或者汽泵故障时使用，正常时作为备用。

给水泵汽轮机汽源设计有3 路:主蒸汽、4 段抽汽和低压辅助蒸汽，辅助蒸汽只在机组调试期间使用，其余时间不使用。给水泵汽轮机在机组负荷小于40%额定负荷时使用主蒸汽供汽，而机组负荷大于40%额定负荷时自动内切换到4 段抽汽供汽。

为了实现安全、稳定、节能的运行方式，结合本人的工作经历现将600 MW 发电机组采用汽动给水泵的优化运行的优势作如下介绍。

1 采用汽动给水泵和电动给水泵的特点

无论是哪种类型的给水泵都必须保证其出口压力。给水泵的出口压力主要决定于锅炉的工作压力，此外给水泵的出水还必须克服以下阻力:给水管道以及阀门的阻力，各级加热器的阻力，给水调门的阻力，各级省煤器的阻力，锅炉进水口和给水泵出水口间的静给水高度，给水泵出口压力最小值应为锅炉最大压力的1.25 倍。拖动方式常见的有电动机拖动和小汽轮机拖动两种［2］。

1.1 电动调速给水泵

电动给水泵为适应负荷变化，一般采用变速调节方式。变速调节需要设置液力偶合器来进行，液力偶合器是利用工作油传递转矩，泵轮与涡轮不直接接触，无磨损，可隔离电动机和泵的振动，减小冲击，利用快速充、排油能做到空载离合，降低起动电流，无级调速，调速范围25%～100%，适应汽轮发电机组的启、停和大范围负荷变化及滑参数运行的需要，控制方便，可通过手动、遥控及自动进行控制［1］。300 MW 以上机组的电动调速给水泵，其启动电流大，耗用的厂用电多，(目前大机组所用给水泵多为国外进口)故其经济性差。与汽动给水泵相比，其优点是系统简单。

1.2 汽动给水泵

汽动给水泵，是通过一台单独的小汽轮机驱动的给水泵。该汽机从抽汽管道上抽取蒸汽，通过小汽轮机的转动来带动给水泵，泵的转速是通过调节小汽轮机的进气量来实现的。小汽轮机可采用凝汽式、背压式。小汽轮机的正常运行，需要相应的汽、水管道系统，调速系统，备用汽源等［2］。

2 采用小型汽动给水泵的优势及必要性

2.1 用小型汽动给水泵有如下优势

1)小型汽泵可根据给水泵需要采用高转速(转速可从2 800 r/min 提高到6 000 r/min)变速调节，高转速可使给水泵的级数减少，重量减轻，转动部分刚度增大，效率提高，可靠性增加，改变给水泵转速来调节给水流量比节流调节经济性更高，消除了阀门因长期节流而造成的磨损，同时简化了给水调节系统，调节方便［4］;

2)大型机组电动给水泵耗电量约占全部厂用电量的40%左右，采用汽动给水泵后，可以减少厂用电，使整个机组向外多供5%～6%的电量;

3)大型机组采用小汽轮机带动给水泵后，可提高机组的热效率0.3%～0.7%。从投资和运行角度看，大型电动机加上升速齿轮液力耦合联轴器及电气控制设备的投资比小型汽轮机还贵，而且大型电动机起动电流大，对厂用电系统运行安全十分不利。

2.2 汽泵代替电泵的必要性

电泵一般是火电厂中功率最大的辅机，在机组启动、停机过程中消耗了大量的厂用电。冷态启动过程中一般需要运行电泵8 h～10 h 以上，机组停机过程中需要运行长达5 h以上。如果考虑到锅炉加药保养、大小修前烧空原煤仓和粉仓，则运行时间更长，一般为8 h 以上。电泵功率高，启动电流大，启动瞬间将对厂用电系统产生较大的冲击，易造成6 kV 厂用电母线电压降低，对全厂电气设备的安全运行造成一定影响，甚至造成低电压保护动作。兆光电厂就曾发生因启动电泵时造成6 kV 段母线电压过低、厂用电自动切换的事故，在切换过程中部分磨煤机变频器失电，磨煤机跳闸，送风机、引风机发生摆动，负压波动以至锅炉灭火。使用电动给水泵，在机组启动、停机过程中，如果电泵发生故障，将造成锅炉给水中断，对机组运行安全可靠性来说是一种隐患。由于电泵本身设备复杂，一旦发生电源故障或者设备故障，短时间很难恢复，这将造成机组启动时间大幅度延长或者无法正常运行，影响机组带负荷能力或者影响机组的安全稳定运行，机组的可靠性评分将大大降低。

但是汽轮机存在启动时间长，有暖机冲转等过程，汽水管路复杂，还需要备用汽源等，因此针对汽轮机驱动给水泵的不足之处做了如下改进:

1)独立供油系统

大型机组配套的给水泵一般都有独立的供油系统，主要由主油泵、辅助油泵、油滤网、冷油器、油箱及其管道、阀门组成。正常运行时由主油泵供油，启动和停泵时由辅助油泵供油。

2)设置中间抽头

现代大功率机组，为了提高经济性，减少辅助水泵，往往采取从给水泵的中间级抽取一部分水量作为锅炉的减温水(主要是再热器的减温水)。

3)设置前置泵

大型机组汽动给水泵的流量很大，而受厂房布置限制，除氧器和给水泵进口的位差很大不能保证必要的汽蚀余量，所以增加前置泵提高给水泵进口压力防止汽蚀。

3 电动给水泵与汽动给水前置泵比较

比较电动给水泵与汽动给水前置泵所耗电量对机组启动经济性的影响(以一天为例)。

1)电动给水泵耗电量计算:

Q1=UI×1.732 ×0.85=6 kV×968 A×1.732 ×0.85=8 550.537 6 kW

Q 总=Q1×h=8 550.537 6×24=205 212.902 4 kW·h。

(其中Q1 为电动给水泵每小时功率，U 为电压，I 为电动给水泵电流;以额定电流为968 A［5］计算Q 总为24 h 电量)

2)汽动给水泵前置泵耗电量计算:

Q2=UI×1.732×0.85=6 kV×65.1 A×1.732 ×0.85=575.041 32 kW

Q3=Q2×h=575.041 32 kW×24 h=13 800.99 kW·h。

(其中U 为电压，I 为前置泵电流，以额定电流为65.1 A［5］计算，Q2 为前置泵每小时功率，Q3 为前置泵24 h 总电量)

电动给水泵与前置泵耗电量差值计算:

Q 差=Q 总－ Q3=205 212.902 4－ 13 800.99=191 411.912 4 kW·h

Q 差为电动给水泵与B 前置泵比较后消耗电量差值;以目前电厂供电标煤煤耗平均360 g/kW·h 计算减少标煤耗煤量。

D=Q 差×360/1 000=×360/1 000=68 908.288 kg=68.908 t。

D 为电动给水泵多消耗电量折合为标煤煤量。

4 汽动给水泵系统应用及制造水平现状

国内火电机组中，各等级火力发电机组的汽动给水泵系统和工业汽轮机的应用已经十分成熟:

1)300 MW 以上等级的发电机组，一般都采用2 台50%容量的小汽轮机拖动锅炉给水泵。汽源采用汽轮机本体汽缸第四段抽汽，并且有高压汽源补充和切换功能以实现低负荷稳定供汽［3］。

2)200 MW 以下等级的发电机组，原设计锅炉给水泵采用电动机拖动，往往带液力偶合器调速。但在近阶段的200 MW 机组增容改造中，已采用1 ×100%汽轮机拖动锅炉给水泵的案例(如国电大同第二发电厂)，小汽轮机汽源用汽缸第四级抽汽，并有高压蒸汽作为低负荷时补充。

近年来，各大工业用汽轮机制造厂如杭州汽轮机厂、青岛汽轮机厂在引进、消化国外先进技术的基础上，在小汽轮机制造方面有了进步，安全可靠性、效率和纯电调节的品质等日渐成熟和提高。

5 结论

通过一系列的讨论和方案优化，给水泵采用小汽轮机驱动是合理的，热力系统是安全稳定的，节约的厂用电等于新增了发电量，而且全部能上网获得主营收入，其意义相当于主机增容改造，节约了大量厂用电的同时创造更多的效益。

归纳主要有以下优点:

1)可提高机组热效率。

2)不耗厂用电，因而可增加对外的供电量。

3)当电力系统故障或全厂停电时，可保证锅炉供水不间断，提高了电厂的可靠性。

4)从投资和运行角度看，大型电动机加上升速齿轮液力联轴器及电气控制设备比小型汽轮机还贵，且大型电动机起动电流大，对厂用电系统运行不利。

5)在条件具备的情况下，采用汽动给水泵能节约大量电能，提高全厂的热经济性和效益，值得推广。

［1］肖兴和.火电厂水泵调速经济运行问题研究［J］.水泵技术，1990(2):27－34.

［2］洪波，杨自奋，李琴.火电厂并联运行锅炉给水泵的优化运行［J］.水泵技术，2995(2):16－21.

［3］王锦荣.锅炉给水泵的经济运行及改造［M］.北京:水利电力出版社，1991.

［4］刘吉祥.锅炉给水泵几种调整运行方式的比较［J］.电站辅机，2004(4):22－25.

［5］山西兆光发电有限责任公司.600 MW 集控运行规程.