任立偉

【摘 要】現(xiàn)如今火力發(fā)電廠是復(fù)雜的熱力系統(tǒng)，其運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性也是不僅依賴于主機(jī)效率，同時(shí)還取決于熱力系統(tǒng)中所有輔機(jī)的配置和運(yùn)行方式。本文主要研究了給水泵的原驅(qū)動(dòng)小汽輪機(jī)，分析了國(guó)內(nèi)外大機(jī)組采用小汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵的經(jīng)濟(jì)合理性，以及對(duì)給水泵驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行了比較，以便于實(shí)際應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】給水泵；汽輪機(jī)；經(jīng)濟(jì)性

0 引言

1）此項(xiàng)分析研究意義和如今和將來(lái)必要性

（1）如今發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量和蒸汽參數(shù)的提高，其熱經(jīng)濟(jì)性不僅依賴于機(jī)組本身，而且還依賴于熱系統(tǒng)中輔機(jī)的配置和運(yùn)行方式。

（2）除了要求機(jī)組在額定工況下有較高的經(jīng)濟(jì)性外，同時(shí)還要求汽輪機(jī)組適應(yīng)在變壓運(yùn)行和滑壓運(yùn)行方式下工作。

（3）在發(fā)電企業(yè)輔機(jī)設(shè)備中設(shè)置獨(dú)立的與主汽輪機(jī)分離的汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵已逐漸成為大功率機(jī)組中應(yīng)用最多的驅(qū)動(dòng)方式。

（4）給水泵汽輪機(jī)的工作汽源在額定工況時(shí)，來(lái)自主汽輪機(jī)的抽汽，排汽直接進(jìn)入主凝汽器或自備凝汽器。

（5）給水泵汽輪機(jī)與主汽輪機(jī)低壓缸并聯(lián)布置，這就有效的增加了排汽面積，使主汽輪機(jī)的排汽損失減小，從而提高了整個(gè)熱力系統(tǒng)的熱效率。

（6）鍋爐給水泵是火力發(fā)電廠中耗電最大的輔機(jī)之一，并隨著機(jī)組參數(shù)和容量的不斷提高，這一特點(diǎn)顯得更為突出。

2）我國(guó)以及國(guó)外的給水泵應(yīng)用現(xiàn)狀

（1）鍋爐給水泵汽輪機(jī)是機(jī)械驅(qū)動(dòng)用工業(yè)汽輪機(jī)的一個(gè)重要分支，這是一種變轉(zhuǎn)速，變功率，變（蒸汽）參數(shù)、多汽源的汽輪機(jī)。

（2）根據(jù)調(diào)查，300MW及以上大型火電機(jī)組用汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵，其經(jīng)濟(jì)性能夠顯著提高。

（3）國(guó)外約有80%以上的發(fā)電機(jī)組采用小汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)鍋爐給水泵的方式。

（4）目前我國(guó)也是較多大型機(jī)組也采用小汽機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵，因?yàn)檫@樣不僅在經(jīng)濟(jì)性上能夠提高，還由于變速給水泵汽輪機(jī)的固有特性可滿足給水泵對(duì)可靠性的各種要求變化。

1 小汽輪機(jī)的驅(qū)動(dòng)與電能驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)介紹

1.1 給水泵的驅(qū)動(dòng)方式

電動(dòng)方式也有兩種：一是，定速泵，泵出口流量及壓力由調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)，因耗電多、經(jīng)濟(jì)性差，僅作為啟動(dòng)備用泵；二是，調(diào)速泵，依靠液力偶合器來(lái)改變轉(zhuǎn)速，以調(diào)節(jié)泵出口流量及壓力。

小汽輪機(jī)用輔汽啟動(dòng)臨機(jī)供汽，根負(fù)荷變化汽量變化調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，改變供水量

1.1.1 經(jīng)濟(jì)性比較

1）電動(dòng)給水泵在啟動(dòng)時(shí)，從靜止到額定轉(zhuǎn)速，啟動(dòng)力矩很大，為適應(yīng)這個(gè)轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)電機(jī)配置容量一般要比給水泵的額定功率大30%～50%，所以其經(jīng)濟(jì)性較差；

2）電動(dòng)給水泵采用節(jié)流的方法來(lái)調(diào)節(jié)給水流量，調(diào)節(jié)損失較大，且泵的余量越大，損失越高，這是電動(dòng)泵不可克服的缺點(diǎn)之一。

3）采用液力耦合器驅(qū)動(dòng)的變速給水泵雖然可以在較小的轉(zhuǎn)速比下啟動(dòng)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較小，但是，耦合器自身也消耗一定的功率高達(dá)15%左右。

4）而汽動(dòng)泵不需要升速齒輪和液力耦合器，所以也不存在這些設(shè)備的傳動(dòng)損失。

5）小汽輪機(jī)的單位容量隨著主機(jī)容量的增加而增加，其內(nèi)效率也相應(yīng)的提高。

6）從而比液力耦合器驅(qū)動(dòng)獲得更為顯著的經(jīng)濟(jì)效益，采用汽動(dòng)調(diào)速給水泵不但節(jié)約大量的廠用電，而且利用鍋爐部分富裕蒸發(fā)量驅(qū)動(dòng)小汽輪機(jī)，使供電量增加，相當(dāng)于主機(jī)增容。

（7）采用小汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)降低了發(fā)電凈熱耗率，提高了機(jī)組運(yùn)行效率。

1.2 兩種驅(qū)動(dòng)方式的熱經(jīng)濟(jì)性比較

1.2.1 熱耗是判斷汽輪發(fā)電機(jī)組熱力循環(huán)和運(yùn)行情況的主要指標(biāo)，以考慮問題的角度不同，它有兩種形式，一種稱為毛熱耗，一種稱為凈熱耗。對(duì)中間再熱式機(jī)組采用電動(dòng)給水泵時(shí)可通過計(jì)算得出結(jié)果。

1.2.2 由于實(shí)際機(jī)組運(yùn)行情況及電動(dòng)泵配備情況不盡相同，以多種電動(dòng)泵所耗功率的平均值作為計(jì)算依據(jù)來(lái)計(jì)算電動(dòng)方案的凈熱耗[5]。對(duì)某機(jī)組冷凝式汽動(dòng)方案進(jìn)行了熱力計(jì)算，求出了在不同工況下的凈熱耗率。同時(shí)，根據(jù)電動(dòng)機(jī)的平均功率及各機(jī)組的原設(shè)計(jì)毛熱耗率，在考慮了給水在泵中的焓升對(duì)主機(jī)功率的影響后，計(jì)算出了電動(dòng)定、變速泵在定壓方式下的凈熱耗率。

1.2.3 采用冷凝式汽動(dòng)方案，熱經(jīng)濟(jì)性均比采用電動(dòng)泵要好。尤其是低負(fù)荷時(shí)采用定速電動(dòng)泵機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性下降更多。這主要是由于定速電動(dòng)泵不能變速，只能用節(jié)流的方法來(lái)降低泵的出口壓力，使機(jī)組在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)效率下降很多。

1.2.4 采用汽動(dòng)方案其熱經(jīng)濟(jì)性與變速電動(dòng)泵方案相比，在額定負(fù)荷時(shí)有所提高，但不顯著，而在50%～90%負(fù)荷時(shí)，隨著負(fù)荷的降低則有較大的提高。小汽機(jī)雖然內(nèi)效率比主機(jī)小，而且還有管道壓降等造成的損失，但小汽機(jī)在負(fù)荷變化時(shí)內(nèi)效率變化較小，又是直接帶動(dòng)給水泵，中間的能量轉(zhuǎn)換與傳遞環(huán)節(jié)少，因而熱經(jīng)濟(jì)性好。

1.3 應(yīng)用“綜合煤耗”討論給水泵驅(qū)動(dòng)方式

1.3.1“綜合成本煤耗率”的計(jì)算方法克服了傳統(tǒng)熱力學(xué)分析方法的局限性，把熱力學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)有機(jī)地結(jié)合在一起。

1.3.2 “綜合成本煤耗率”就是：綜合成本煤耗率zhb=綜合發(fā)電成本能價(jià)/標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)其中，綜合發(fā)電成本能價(jià)包括兩部分：發(fā)電成本能價(jià)（發(fā)電煤耗率×標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)）和自用能價(jià)（廠用電率×上網(wǎng)電價(jià)）。

1.3.3 綜合成本煤耗率的物理意義是：發(fā)出1kWh的電能按綜合發(fā)電成本折算過來(lái)的標(biāo)煤消耗量。判斷采用那種驅(qū)動(dòng)方式經(jīng)濟(jì)合理，還可以用機(jī)組綜合成本煤耗率作為判斷。如采用汽動(dòng)給水泵其綜合成本煤耗率較低，則采用汽動(dòng)給水泵；反之，采用電動(dòng)給水泵。

1.3.4 經(jīng)計(jì)算采用電泵驅(qū)動(dòng)雖然發(fā)電煤耗率較低，但電廠用電率高達(dá)10%，比采用汽動(dòng)給水泵高出近6%，使供電煤耗率高約20g/kWh，綜合成本煤耗率高約50——60g/kWh，所以300 MW及以上大容量機(jī)組須采用汽動(dòng)給水泵驅(qū)動(dòng)。

2 小汽輪機(jī)的形式

主要分為背壓式、背壓抽汽式與凝汽式三種型式。目前國(guó)內(nèi)主要采用凝汽式小汽輪機(jī)，所以就著重說明。

2.1 凝汽式小汽輪機(jī)

目前，廣泛應(yīng)用的凝汽式給水泵汽輪機(jī)均設(shè)計(jì)為純凝汽式。以此來(lái)簡(jiǎn)化整個(gè)熱力系統(tǒng)并增大機(jī)組在運(yùn)行上的靈活性。它的乏汽排入自備凝汽器或排入主凝汽器中。當(dāng)主機(jī)低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，主機(jī)抽汽壓力相應(yīng)下降，主機(jī)抽汽壓力下降到某一程度時(shí)，就要利用專門的自動(dòng)切換閥門將高壓汽源引入給水泵汽輪機(jī)。

1）采用凝汽式汽輪機(jī)后，機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性有了很大的提高和改善。

2）小汽輪機(jī)的工作蒸汽可以取自主汽輪機(jī)的任何一段抽汽。

3）凝汽試小汽機(jī)也有缺點(diǎn)：

（1）蒸汽在給水泵汽輪機(jī)膨脹處的溫度過大使其內(nèi)效率下降，增大末級(jí)葉片的水蝕。

（2）由于供汽壓力較高，進(jìn)入給水泵汽輪機(jī)的蒸汽容積流量較小，降低了通流部分噴嘴和葉片的高度。由于以上的原因，給水泵汽輪機(jī)的內(nèi)效率要比主汽輪機(jī)的內(nèi)效率低很多，部分的抵消了它對(duì)改善機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的積極作用。

3）為了改善以上的不足，給水泵汽輪機(jī)的工作蒸汽均取自于主汽輪機(jī)的中間再熱后的某一抽汽口，為降低主汽輪機(jī)的末級(jí)排汽損失，供汽點(diǎn)的壓力希望盡可能的低。此外，較低的抽汽壓力可增大進(jìn)汽積，改善給水泵汽輪機(jī)的相對(duì)內(nèi)效率，進(jìn)一步降低機(jī)組的熱耗率。

4）供汽壓力太低就要導(dǎo)致給水泵汽輪機(jī)的最末級(jí)的排汽面積的過分增大，限制了本身轉(zhuǎn)速的提高，同時(shí)其余速損失進(jìn)一步加大，降低其相對(duì)內(nèi)效率。為此，給水泵汽輪機(jī)的工作蒸汽常取自主汽輪機(jī)的中、低壓缸的連通管或壓力較高的上一級(jí)的抽汽口處，額定功率下壓力為0.1-1.0MPa。

3 結(jié)論

國(guó)內(nèi)的電站鍋爐給水泵驅(qū)動(dòng)方式主要有電動(dòng)和汽動(dòng)兩種。從運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性、輸出凈功率、熱經(jīng)濟(jì)性、綜合成本煤耗率這幾個(gè)方面分析比較得到：在大機(jī)組中小汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵節(jié)約了廠用電，降低了發(fā)電凈熱耗率，增大了主機(jī)的出力，降低了綜合成本煤耗率，使機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性得到了明顯的提高，又因?yàn)槠麆?dòng)給水泵運(yùn)行穩(wěn)定性較好，調(diào)節(jié)性能良好，均優(yōu)于電動(dòng)給水泵。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王中森.國(guó)內(nèi)外鍋爐給水泵汽輪機(jī)的概況[J].工業(yè)汽輪機(jī)，1991.

[2]馬文智.現(xiàn)代火力發(fā)電廠高速給水泵[M].水利電力出版社，1984.

[3]郭立君.泵與風(fēng)機(jī)[M].中國(guó)電力出版社，1997

[責(zé)任編輯：尹雪梅]