張 冰

（寧夏大唐國(guó)際大壩發(fā)電有限責(zé)任公司，寧夏 青銅峽 751607）

0 引言

為了使給水泵汽輪機(jī)在主汽輪機(jī)低負(fù)荷工況是能夠正常的工作，就必須采用某種措施使其保證發(fā)出足夠的功率來(lái)驅(qū)動(dòng)給水泵，而不至于使系統(tǒng)瓦解。通常，在主汽輪機(jī)低負(fù)荷工況運(yùn)行時(shí)，給水泵汽輪機(jī)有以下幾種運(yùn)行方式。

1 增加噴嘴面積

采用這種方式的給水泵汽輪機(jī)，其第一級(jí)噴嘴面積必須具有很大的富裕度，在主汽輪機(jī)抽汽參數(shù)下降的時(shí)候使給水泵汽輪機(jī)仍具有足夠的蒸汽流量驅(qū)動(dòng)給水泵以保證要求的給水負(fù)荷。假如要求的主機(jī)負(fù)荷太低的話，主汽輪機(jī)抽汽參數(shù)就很低，給水泵汽輪機(jī)的有效焓降也就很小，額定工況運(yùn)行的效率也就很低，從而影響了整個(gè)發(fā)電廠的熱效率。通常，凝汽式給水泵汽輪機(jī)的抽汽能維持正常運(yùn)行的最低主機(jī)負(fù)荷的負(fù)荷點(diǎn)為40%，低于這個(gè)工況點(diǎn)，給水泵汽輪機(jī)在運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和造價(jià)方面都將得不償失。所以，增大給水泵汽輪機(jī)的噴嘴面積對(duì)機(jī)組在低負(fù)荷運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性有著一定的益處。

2 輔助電動(dòng)給水泵

當(dāng)主汽輪機(jī)的負(fù)荷降低到40%以下時(shí)，也可以有輔助電動(dòng)泵來(lái)承擔(dān)部分或全部的承擔(dān)給水泵供水。實(shí)驗(yàn)表明，在低負(fù)荷滑壓工況下泵組效率較定壓運(yùn)行的泵組效率要小，（通常相差不大）汽耗率要大，但其給水泵汽輪機(jī)的耗汽量卻不相同，對(duì)于不同試驗(yàn)工況下給水泵汽輪機(jī)的耗汽量的差異可分別計(jì)算其不同的耗汽量對(duì)汽輪機(jī)熱耗率的影響，然后確定各個(gè)工況下泵組的經(jīng)濟(jì)性差異。

通過(guò)對(duì)低負(fù)荷下泵組的不同組合方式，（雙汽泵運(yùn)行、單汽泵運(yùn)行、電泵備用和單汽泵運(yùn)行汽泵備用）的優(yōu)化試驗(yàn)，可以確定在不同負(fù)荷下汽動(dòng)泵組的最佳配置方式，即：可以確定出雙汽泵運(yùn)行和單汽泵與運(yùn)行的轉(zhuǎn)換負(fù)荷點(diǎn)及汽泵和電泵不同備用方式的經(jīng)濟(jì)性。

從運(yùn)行方式來(lái)看，汽動(dòng)泵備用的運(yùn)行工況下，備用泵在熱備用中保持轉(zhuǎn)速3000r/min以維持給水泵再循環(huán)流量，這樣備用泵必然要多消耗部分蒸汽流量，泵組汽耗量必然增大。因此，在低負(fù)荷下采用單泵運(yùn)行，電泵備用的運(yùn)行方式要比采用一泵運(yùn)行、一泵備用的運(yùn)行方式經(jīng)濟(jì)。但是，由于汽動(dòng)泵起停會(huì)帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)損失，所以單單根據(jù)負(fù)荷的變化來(lái)決定泵組的運(yùn)行方式是不合理、不全面的。還應(yīng)考慮到負(fù)荷變化持續(xù)的時(shí)間的長(zhǎng)短，對(duì)于泵組來(lái)說(shuō)，在低負(fù)荷期間，泵組汽泵被用比電泵備用多耗煤量的計(jì)算式為：

式中：Ng為汽輪機(jī)負(fù)荷；τ為低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間；bt為汽泵備用時(shí)的煤耗率；bp為電泵備用時(shí)的煤耗率。

若汽泵起停的損失為△Btp，則可以確定汽泵備用和電泵備用運(yùn)行方式的臨界時(shí)間為τcr。令△BL=△BQ，即可求得：

由此可知，只有當(dāng)?shù)拓?fù)荷持續(xù)時(shí)間大于臨界時(shí)間τcr時(shí)，改為電泵備用方式運(yùn)行才是經(jīng)濟(jì)的，在負(fù)荷變化較為頻繁的情況下，就不太適合進(jìn)行電泵和汽泵的切換。另外，電動(dòng)泵備用方式的確定還應(yīng)考慮到電動(dòng)泵的容量問(wèn)題，若電動(dòng)泵的容量小于運(yùn)行汽動(dòng)泵，當(dāng)運(yùn)行汽動(dòng)泵故障或跳閘后，短時(shí)間內(nèi)只能依靠電動(dòng)泵聯(lián)動(dòng)來(lái)維持主機(jī)運(yùn)行，運(yùn)行人員必須同時(shí)將機(jī)組負(fù)荷快速降至于電動(dòng)泵容量相配的負(fù)荷，對(duì)于此時(shí)汽輪機(jī)的安全運(yùn)行問(wèn)題應(yīng)予充分的考慮。此時(shí)，汽動(dòng)給水泵的可靠性與運(yùn)行人員能否正確處理異常情況密切相關(guān)，因此，僅僅依靠?jī)?yōu)化試驗(yàn)的結(jié)果來(lái)確定給水泵組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式是不夠的，還應(yīng)充分考慮到泵組的安全運(yùn)行問(wèn)題。

在采用輔助電動(dòng)給水泵的系統(tǒng)中，由于電動(dòng)給水泵與汽動(dòng)給水泵的控制給水流量的方式不同，因此理想的運(yùn)行方式是讓電動(dòng)泵全容量工作，而用汽動(dòng)泵來(lái)調(diào)整給水流量，但是這樣機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性就降低了。

3 采用高壓補(bǔ)汽的方式

高壓補(bǔ)汽方式就是指的汽源的切換方式，一般分為兩種：一是高壓蒸汽內(nèi)切換，二是高壓蒸汽外切換。

主汽輪機(jī)在工作時(shí)，無(wú)論是定壓運(yùn)行或滑壓運(yùn)行，給水泵汽輪機(jī)的抽汽來(lái)自主汽輪機(jī)的哪一個(gè)抽汽口以及采用的哪種配汽方式。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷下降的時(shí)候，對(duì)于給水泵汽輪機(jī)來(lái)說(shuō)，必然要有一個(gè)汽源切換的過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中就必須考慮到主汽輪機(jī)在多少負(fù)荷的時(shí)候才進(jìn)行汽源切換。為了使主汽輪機(jī)能夠在更低的負(fù)荷下工作，就必須將供汽切換到更高的壓力點(diǎn)上，來(lái)保證給水泵汽輪機(jī)的正常運(yùn)行。這個(gè)工作點(diǎn)叫做切換點(diǎn)。對(duì)于汽源切換計(jì)算必須避開(kāi)鍋爐給水泵的小流量不穩(wěn)定區(qū)域與汽輪機(jī)的臨界轉(zhuǎn)速區(qū)域。

3.1 高壓蒸汽內(nèi)切換

高壓蒸汽內(nèi)切換方式與外切換方式類(lèi)似，所不同的是，它的高壓蒸汽內(nèi)切換有兩個(gè)彼此獨(dú)立的蒸汽室和相應(yīng)的配汽系統(tǒng)，他們分別與低壓汽源及高壓汽源相聯(lián)。

3.2 高壓蒸汽外切換

在給水泵汽輪機(jī)達(dá)到切換點(diǎn)時(shí)，要把給水泵汽輪機(jī)的供汽點(diǎn)有壓力較低的抽汽口大改換到壓力較高的抽汽口，則可繼續(xù)維持其低壓負(fù)荷下運(yùn)行。

3.3 新汽內(nèi)切換

采用鍋爐新汽內(nèi)切換時(shí)，需要設(shè)置兩組獨(dú)立的噴嘴組，一組接受來(lái)自主汽輪機(jī)的抽汽口的蒸汽，另一組接受來(lái)自鍋爐的新蒸汽。分別稱為低壓噴嘴組和高壓噴嘴組。

3.4 輔助電動(dòng)泵切換

主汽輪機(jī)的負(fù)荷降到切換點(diǎn)時(shí)，有輔助電動(dòng)泵承擔(dān)一部分或全部給水泵負(fù)荷，這種切換方式可以使主汽輪機(jī)的負(fù)荷一直降到零，但與其他切換方式相比，輔助電動(dòng)泵切換要增加電廠的附加設(shè)備投資，一般不采用。

4 備用汽源的合理選擇

給水泵汽輪機(jī)的備用汽源有兩種選擇，一種是鍋爐新蒸汽，另一種是在再熱汽冷端蒸汽。備用汽源的目的就是為了在40%額定負(fù)荷下滿足鍋爐給水泵所需功率的要求，采用新蒸汽作為備用汽源可以使主機(jī)負(fù)荷降到零。但是，存在著汽源切換擾動(dòng)大、高、低汽源溫度偏差過(guò)大，排汽溫度高而引起轉(zhuǎn)子不對(duì)中以及備用時(shí)易泄漏一些列問(wèn)題，而且從經(jīng)濟(jì)性和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性而言，這種選擇既浪費(fèi)了能源又使機(jī)組造價(jià)大大提高。采用再熱器冷端蒸汽作為備用汽源，只能使機(jī)組負(fù)荷降到10%的額定負(fù)荷，當(dāng)機(jī)組要繼續(xù)降低負(fù)荷時(shí)，必須借助新蒸汽。這樣使供汽系統(tǒng)復(fù)雜化，但這只是對(duì)于只采用汽動(dòng)給水泵的機(jī)組而言。而我國(guó)300MW機(jī)組除了兩臺(tái)汽動(dòng)泵以外，還備用一臺(tái)電動(dòng)給水泵，這樣當(dāng)機(jī)組負(fù)荷降到一定程度可以采用電動(dòng)給水泵向鍋爐供水。

因此，對(duì)于我國(guó)300MW機(jī)組來(lái)說(shuō)，采用再熱器冷端蒸汽作為備用汽源就不存在機(jī)組負(fù)荷在10%額定負(fù)荷以下要投入新蒸汽而使系統(tǒng)復(fù)雜化的問(wèn)題。正好相反，采用再熱器冷端蒸汽作為備用汽源可以省去輸送新蒸汽去給水泵汽輪機(jī)所需的管道，使供汽系統(tǒng)簡(jiǎn)單化，利于電廠管道布置，減少投資，同時(shí)也提高了機(jī)組的內(nèi)效率。另外，采用再熱器冷端蒸汽作為備用汽源，在高、低汽源切換時(shí)，再熱器冷端蒸汽壓力為1.431MPa，溫度為320℃，四段抽汽的壓力為0.315MPa，溫度為 323℃。這既不會(huì)因壓差過(guò)大而引起汽源切換時(shí)的擾動(dòng)現(xiàn)象，也不會(huì)因兩汽源的溫差過(guò)大而引起汽室較大的熱應(yīng)力，排汽溫度也不會(huì)太高。這樣就避免了轉(zhuǎn)子的不對(duì)中和凝汽器工作的惡化。

5 結(jié)束語(yǔ)

總之，提高了鍋爐給水泵汽輪機(jī)的效率，同時(shí)也就是提高了給水泵效率，降低了給水泵的耗功，降低了廠用電，提高了整個(gè)熱力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。所以，在火電廠中，給水泵汽輪機(jī)的分析不僅對(duì)小汽機(jī)機(jī)是現(xiàn)在要進(jìn)行的研究課題，對(duì)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性提高也具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

[1]王錦榮，吳日舜.鍋爐給水泵的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和改進(jìn)[M].水利電力出版社，1991.

[2]游永坤，姚華.國(guó)產(chǎn)200MW機(jī)組改汽動(dòng)給水泵熱經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析[J].華北電力技術(shù)，1999（09）：1-3.