林隆

(華能東方電廠，海南省東方市 572600)

0 引言

華能東方電廠為了響應(yīng)國(guó)家節(jié)能號(hào)召，尋求安全、經(jīng)濟(jì)的機(jī)組啟動(dòng)方式，二期擴(kuò)建工程3號(hào)機(jī)組(350MW)取消了原電動(dòng)給水泵方案，不僅節(jié)約了基建投資費(fèi)用、降低啟動(dòng)階段的廠用電消耗，而且節(jié)省了電動(dòng)給水泵備品配件費(fèi)用及運(yùn)行、維護(hù)成本，減少了閉式冷卻水用戶(hù)及優(yōu)化了主廠房空間布置等［1-8］。本文分析純汽動(dòng)給水泵啟動(dòng)方式的節(jié)能效果，介紹其在東方電廠的應(yīng)用情況。

1 設(shè)備概況

華能東方電廠3號(hào)機(jī)組只配置1臺(tái)100%鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量(boiler maximum continue rate，BMCR)容量的汽動(dòng)給水泵，汽動(dòng)給水泵前置泵由小汽輪機(jī)通過(guò)減速箱柔性疊片式聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)，整體布置在汽機(jī)主廠房0 m平臺(tái)。小汽輪機(jī)為單缸、單流、單軸、沖動(dòng)式、純凝汽、上排汽汽輪機(jī)，小汽輪機(jī)只配有低壓汽源，即正常工作汽源來(lái)自主機(jī)四段抽汽(以下四抽)，備用和調(diào)試汽源采用輔助蒸汽。機(jī)組采用汽動(dòng)給水泵啟動(dòng)方式，通過(guò)聯(lián)合控制汽動(dòng)給水泵轉(zhuǎn)速和給水旁路調(diào)節(jié)閥，以控制給水流量和壓力，實(shí)現(xiàn)機(jī)組快速啟停。

2 汽動(dòng)給水泵啟動(dòng)方式的節(jié)能分析

2.1 定性分析

(1)汽動(dòng)給水泵能量轉(zhuǎn)換途徑為:燃料中的能量→鍋爐蒸汽能量→汽動(dòng)給水泵小汽輪機(jī)→汽動(dòng)給水泵。

(2)電動(dòng)給水泵能量轉(zhuǎn)換途徑為:燃料中的能量→鍋爐蒸汽能量→汽輪機(jī)機(jī)械能→發(fā)電機(jī)電能→電動(dòng)給水泵電動(dòng)機(jī)→電動(dòng)給水泵［2］。

可以看出，汽動(dòng)給水泵能量轉(zhuǎn)換的環(huán)節(jié)要少于電動(dòng)給水泵。從定性分析角度，轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)越少，能量的損失越少，汽動(dòng)給水泵要比電動(dòng)給水泵節(jié)能。

2.2 定量分析

通過(guò)比較電動(dòng)給水泵與汽動(dòng)給水泵在相同出力(相同給水流量和泵出口壓力)的情況下，單位時(shí)間內(nèi)所消耗的能量(即功率)來(lái)衡量汽動(dòng)給水泵、電動(dòng)給水泵啟動(dòng)方式的能耗大小，從而得出2種啟動(dòng)方式在能耗上的優(yōu)劣。

(1)電動(dòng)給水泵啟動(dòng)方式的能耗。設(shè)電動(dòng)給水泵流量為q時(shí)，其電動(dòng)機(jī)電流為I，電壓為U，功率因數(shù)為cosφ，此種方式的能耗為

(2)汽動(dòng)給水泵啟動(dòng)方式的能耗。設(shè)汽動(dòng)給水泵流量為q時(shí)，汽動(dòng)給水泵小汽輪機(jī)的蒸汽流量為qstm，小汽輪機(jī)進(jìn)口蒸汽的比焓值為h1，小汽輪機(jī)排出蒸汽的比焓值為h2。根據(jù)熱力學(xué)第一定律，1 kg蒸汽在給水泵汽輪機(jī)做的功為w=h1－h(huán)2，即在時(shí)間t內(nèi)，流量為qstm的蒸汽做的功為

給水泵汽輪機(jī)的功率為

(3)根據(jù)華能東方電廠2號(hào)機(jī)組電動(dòng)給水泵(50%BMCR容量)與3號(hào)機(jī)組汽動(dòng)給水泵的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，計(jì)算了汽動(dòng)給水泵啟動(dòng)方式與電動(dòng)給水泵啟動(dòng)方式的實(shí)際功率，計(jì)算結(jié)果如表1所示。表中，K=S/E，如果K＜1，則說(shuō)明汽動(dòng)給水泵啟動(dòng)方式較經(jīng)濟(jì)。

表1 電動(dòng)給水泵和汽動(dòng)給水泵的能耗分析Tab.1 Energy consumption analysis of electric feed pump and steam feed pump

由表1可知，汽動(dòng)給水泵在鍋爐清洗階段運(yùn)行的節(jié)能效果特別顯著，節(jié)能43%;100MW 工況、175 MW工況節(jié)能38%、25%。

3 純汽動(dòng)給水泵啟動(dòng)特點(diǎn)

3.1 純汽動(dòng)給水泵啟動(dòng)優(yōu)點(diǎn)

3.1.1 節(jié)約廠用電，提高經(jīng)濟(jì)性

火電廠將蒸汽轉(zhuǎn)化成電能的熱效率在40%以下，因此直接用蒸汽作為動(dòng)力明顯比用電能作動(dòng)力更節(jié)能，經(jīng)濟(jì)性顯著。以華能東方電廠一期設(shè)備為例，電動(dòng)給水泵電機(jī)功率為4500 kW，正常冷態(tài)啟動(dòng)至退電動(dòng)給水泵約18 h，滑停時(shí)間約2～3 h，機(jī)組啟停1次將增加約8萬(wàn)kW·h的用電量，廠用電大大增加，降低了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。若全程采用汽動(dòng)給水泵啟動(dòng)，機(jī)組所消耗的是一次能源(蒸汽)，使廠用電率大大下降。

3.1.2 減少啟停期間工作量，提高效率

機(jī)組采用電動(dòng)給水泵啟動(dòng)則需完成操作電動(dòng)給水泵系統(tǒng)大量的輔助性工作，機(jī)組并網(wǎng)后還需要安排沖轉(zhuǎn)汽動(dòng)給水泵備用，增加了系統(tǒng)啟動(dòng)工作量及并汽動(dòng)給水泵退電動(dòng)給水泵操作，延長(zhǎng)了啟動(dòng)時(shí)間。機(jī)組采用汽動(dòng)給水泵啟動(dòng)則可減少工作量，緩解運(yùn)行人員工作壓力，提高操作效率，縮短啟動(dòng)時(shí)間，提高經(jīng)濟(jì)性;同時(shí)，有利于減少電動(dòng)給水泵給水系統(tǒng)的設(shè)備故障維護(hù)量，避免電動(dòng)給水泵啟動(dòng)瞬間電流對(duì)6 kV母線(xiàn)電壓沖擊等弊端。

3.1.3 提高汽動(dòng)給水泵啟動(dòng)可靠性

華能東方電廠4臺(tái)機(jī)組全部投產(chǎn)后，輔汽系統(tǒng)采用母管制，為小汽機(jī)汽源提供可靠的保證，故在任何情況下汽動(dòng)給水泵都可代替電動(dòng)給水泵向鍋爐上水，提高汽動(dòng)給水泵啟動(dòng)可靠性。

3.2 純汽動(dòng)給水泵啟動(dòng)缺點(diǎn)

在實(shí)際應(yīng)用中，純汽動(dòng)給水泵啟動(dòng)機(jī)組也存在不足，如僅僅在機(jī)組啟動(dòng)前給鍋爐上水，涉及的提前投運(yùn)系統(tǒng)較多，一些設(shè)備、系統(tǒng)啟動(dòng)順序需做調(diào)整。沖轉(zhuǎn)小汽輪機(jī)必須確保輔汽已暖好，同時(shí)主汽輪機(jī)投軸封、抽真空，投運(yùn)這些系統(tǒng)前必須確保主汽機(jī)潤(rùn)滑油、密封油、頂軸油、盤(pán)車(chē)系統(tǒng)已正常運(yùn)行。

熱態(tài)沖轉(zhuǎn)汽動(dòng)給水泵小汽輪機(jī)排氣溫度易超過(guò)120℃，造成汽動(dòng)給水泵軸承振動(dòng)超限跳閘，延長(zhǎng)機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間。因此，要控制好沖轉(zhuǎn)參數(shù)、縮短暖機(jī)時(shí)間、提高升速率、快速通過(guò)小汽輪機(jī)臨界轉(zhuǎn)速。同時(shí)，在使用鄰機(jī)輔汽供小汽輪機(jī)運(yùn)行至切換到本機(jī)汽源前，小汽輪機(jī)排汽做功后直接排入主汽輪機(jī)凝汽器，造成熱井水位過(guò)高，為維持熱井正常水位，勢(shì)必將凝結(jié)水直接排掉，增加鄰機(jī)補(bǔ)水率。

另一方面，因無(wú)電動(dòng)給水泵備用，機(jī)組可靠性相對(duì)降低。若汽動(dòng)給水泵故障跳閘，給水流量低，鍋爐主燃料跳閘(master fuel trip，MFT)動(dòng)作，將增加機(jī)組非正常停運(yùn)次數(shù)。

4 東方電廠純汽動(dòng)給水泵啟停機(jī)組應(yīng)用實(shí)例

4.1 純汽動(dòng)給水泵啟動(dòng)機(jī)組調(diào)試運(yùn)行情況

2012年2月10日，華能東方電廠3號(hào)機(jī)組首次采用鄰機(jī)輔汽沖轉(zhuǎn)小汽輪機(jī)并完成給水泵汽輪機(jī)電液(micro electro hydraulic，MEH)控制系統(tǒng)、汽輪機(jī)安全監(jiān)測(cè)儀表系統(tǒng) (turbinesupervisory instrumentation，TSI)電超速實(shí)驗(yàn)。

2012年2月11日，首次啟動(dòng)汽動(dòng)給水泵，目標(biāo)轉(zhuǎn)速600 r/min運(yùn)行10 min，對(duì)汽動(dòng)給水泵本體碰摩及各參數(shù)檢查正常。

2012年2月12日，再次沖轉(zhuǎn)汽動(dòng)給水泵至3000 r/min最小流量再循環(huán)運(yùn)行，通過(guò)臨界轉(zhuǎn)速時(shí)汽動(dòng)給水泵最大振動(dòng)峰值為小汽輪機(jī)前軸承x方向的振動(dòng)值57.2 μm，并完成小汽輪機(jī)MEH控制系統(tǒng)調(diào)試。

2012年3月20日，汽動(dòng)給水泵首次給鍋爐上水、冷熱態(tài)清洗、升溫升壓、機(jī)組沖轉(zhuǎn)、暖機(jī)、并網(wǎng)低負(fù)荷暖機(jī)、升負(fù)荷完成小汽輪機(jī)汽源切換。

2012年4月6日，機(jī)組首次350MW穩(wěn)定運(yùn)行，汽動(dòng)給水泵滿(mǎn)出力運(yùn)行，汽動(dòng)給水泵軸承振動(dòng)、溫度、油溫各參數(shù)良好。小汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)各階段參數(shù)如表2所示。

表2 小汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)各階段參數(shù)Tab.2 Parameters of small turbine in turning stage

4.2 純汽動(dòng)給水泵啟動(dòng)操作要點(diǎn)

(1)一期輔汽系統(tǒng)采用母管制，為小汽機(jī)汽源提供可靠的保證，實(shí)現(xiàn)全程純汽動(dòng)給水泵機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)。首先，沖轉(zhuǎn)小汽輪機(jī)前確認(rèn)汽機(jī)側(cè)所有系統(tǒng)投運(yùn)正常，調(diào)整輔汽供汽電動(dòng)門(mén)開(kāi)度，暖管、疏水直至小汽輪機(jī)主汽門(mén)壓力、溫度達(dá)到?jīng)_轉(zhuǎn)條件。然后小汽輪機(jī)掛閘、沖轉(zhuǎn)、暖機(jī)，以汽動(dòng)給水泵偏心度小于35 μm為暖機(jī)結(jié)束條件。暖機(jī)結(jié)束后小汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速升至3000 r/min，小汽輪機(jī)投鍋爐自動(dòng)，汽動(dòng)給水泵再循環(huán)全開(kāi)。

(2)鍋爐上水冷熱態(tài)清洗。全開(kāi)主給水旁路調(diào)節(jié)閥前、后電動(dòng)閥，通過(guò)調(diào)節(jié)閥控制上水速度對(duì)鍋爐進(jìn)行冷態(tài)清洗。爐水水質(zhì)合格后鍋爐點(diǎn)火、升溫升壓、分離器出口溫度達(dá)190℃時(shí)，維持給水流量330 t/h進(jìn)行熱態(tài)清洗。給水流量、分離器水位通過(guò)汽動(dòng)給水泵轉(zhuǎn)速、給水旁路調(diào)節(jié)閥、沖洗閥靈活調(diào)節(jié)。

(3)機(jī)組并網(wǎng)帶負(fù)荷至175 MW。機(jī)組并網(wǎng)低負(fù)荷運(yùn)行期間確保臨機(jī)輔汽參數(shù)正常，逐漸調(diào)整水煤比使負(fù)荷增至175 MW，控制分離器低水位，維持過(guò)熱度2～6℃，分離器濕態(tài)轉(zhuǎn)干態(tài)運(yùn)行。同時(shí)汽源管路暖管、備用。在整個(gè)過(guò)程中，通過(guò)汽動(dòng)給水泵轉(zhuǎn)速、給水旁路調(diào)節(jié)閥控制給水母管壓力、分離器水位，注意將給水旁路閥前、后差壓控制在1～2 MPa。

(4)小汽輪機(jī)汽源切換切換。當(dāng)再熱冷段(下稱(chēng)冷再)壓力≥1 MPa時(shí)，將輔聯(lián)汽源切至本機(jī)冷再，逐漸降低鄰機(jī)輔汽壓力，直至完全由本機(jī)冷再供汽。當(dāng)四抽壓力達(dá)到0.5 MPa后調(diào)整冷再供汽壓力，將小汽輪機(jī)汽源切換至四抽。切換過(guò)程中應(yīng)注意蒸汽壓力、溫度相匹配、疏水，要監(jiān)視小汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速、給水流量、金屬部件溫度變化情況等。汽源切換正常后，關(guān)閉一期輔汽供3號(hào)機(jī)組輔汽聯(lián)絡(luò)門(mén)，電動(dòng)門(mén)前、后疏水門(mén)開(kāi)啟，暖管備用。按調(diào)度指令負(fù)荷增至350MW，順利完成純汽動(dòng)給水泵機(jī)組啟動(dòng)。

4.3 純汽動(dòng)給水泵停運(yùn)操作步驟

(1)機(jī)組負(fù)荷減至175 MW。開(kāi)啟一期輔汽母管供3號(hào)機(jī)組輔汽聯(lián)絡(luò)門(mén)，將3號(hào)機(jī)輔聯(lián)汽源切至鄰機(jī)輔汽，使兩者壓力、溫度相匹配。給水流量采用降汽動(dòng)給水泵轉(zhuǎn)速和逐漸開(kāi)啟汽動(dòng)給水泵最小流量再循環(huán)閥的方法來(lái)靈活控制。

(2)繼續(xù)減負(fù)荷至20MW，鍋爐MFT，聯(lián)跳汽動(dòng)給水泵，聯(lián)關(guān)小汽輪機(jī)供汽電動(dòng)門(mén)、進(jìn)汽主汽門(mén)。

5 結(jié)語(yǔ)

取消電動(dòng)給水泵系統(tǒng)，可減少電廠建設(shè)投資1050萬(wàn)元，縮短機(jī)組建設(shè)周期，降低廠用電率。在機(jī)組啟動(dòng)階段，采用汽動(dòng)給水泵直接啟動(dòng)機(jī)組有著明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，比電動(dòng)給水泵更節(jié)能，通過(guò)機(jī)組啟動(dòng)方式必要的控制與調(diào)整，純汽動(dòng)給水泵能夠適應(yīng)機(jī)組啟動(dòng)變化。運(yùn)行實(shí)踐證明，華能東方電廠350MW超臨界機(jī)組純汽動(dòng)給水泵啟動(dòng)方式是安全、經(jīng)濟(jì)、可靠的，為同類(lèi)機(jī)組的啟動(dòng)及運(yùn)行提供借鑒經(jīng)驗(yàn)，在具備可靠啟動(dòng)汽源的情況下可以嘗試進(jìn)行無(wú)電動(dòng)給水泵啟停機(jī)組。

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