陳義忠，陳 乾

（內(nèi)蒙古能源發(fā)電杭錦發(fā)電有限公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017400）

1 研究背景

當前，在火力發(fā)電廠的節(jié)能減排建設(shè)中，合理地利用了發(fā)電過程中鍋爐出口處的蒸汽。將蒸汽通過汽輪機驅(qū)動再引入，借助蒸汽做功發(fā)電后排出，由冷凝器進行冷凝處理，通過熱力除氧器，再次進入鍋爐當中，實現(xiàn)其循環(huán)利用的效果。由于鍋爐出口的蒸汽壓力和溫度高于熱力除氧器所需的壓力和溫度，如果缺少由汽輪機驅(qū)動的給水泵，鍋爐出口的蒸汽達不到進入熱力除氧器的標準，容易造成蒸汽中能量的損耗。汽輪機驅(qū)動給水泵的節(jié)能優(yōu)化，主要是將鍋爐出口蒸汽引入汽輪機，蒸汽通過熱力除氧器避免其能量損失，實現(xiàn)火力發(fā)電蒸汽的梯能利用。汽輪機驅(qū)動給水泵的節(jié)能運用，能夠讓火電廠充分利用鍋爐的連續(xù)供熱，從而達到節(jié)能和降低能耗的目的，同時根據(jù)外部環(huán)境的變化來控制系統(tǒng)的運行速度。因此，現(xiàn)階段針對汽輪機驅(qū)動給水泵的性能優(yōu)勢特點，對其節(jié)能實效進行深入研究，有助于減少火力發(fā)電廠熱能轉(zhuǎn)換到電能過程中的能量損耗，提升發(fā)電廠的能源利用效益[1]。

2 研究現(xiàn)狀

在火力發(fā)電廠汽輪機驅(qū)動給水泵的節(jié)能研究中，大部分企業(yè)對于性能進行了優(yōu)化，形成了一整套的冷卻調(diào)速控制系統(tǒng)。但是，我國的相關(guān)研究與發(fā)達國家發(fā)電廠的一體化集成技術(shù)之間尚存在一些差距，因此需要加強汽輪機驅(qū)動給水泵節(jié)能相關(guān)層面的創(chuàng)新，并且，一體化集成能夠優(yōu)化設(shè)備的操作與安裝工序，其具備安裝便捷、體積小、性能強等特點。因此，為了提升火力發(fā)電廠的經(jīng)濟效益，就必須全面提升電廠設(shè)備的運行效率，通過加強汽輪機驅(qū)動給水泵節(jié)能相關(guān)研究，解決實際經(jīng)營過程中的能源利用問題，為我國火力發(fā)電領(lǐng)域的發(fā)展提供保障。

3 火力發(fā)電廠汽輪機驅(qū)動給水泵

3.1 汽輪機驅(qū)動給水泵應(yīng)用背景

火力發(fā)電廠以往使用電動機給水泵進行作業(yè)，而在科技改革的趨勢下，汽輪機替代電機，不僅可以減少能源轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的損耗，提高整體的能源利用效率，而且汽輪機能夠優(yōu)化驅(qū)動控制，實現(xiàn)了更高程度的動態(tài)管控，提升了驅(qū)動控制精度和效率。在火力發(fā)電廠的節(jié)能減排政策下，加強節(jié)能減排相關(guān)技術(shù)的運用，不僅可以優(yōu)化生產(chǎn)供應(yīng)需求，也能夠提升火力發(fā)電廠的實際效益。因此在汽輪機驅(qū)動給水泵的節(jié)能優(yōu)化上，對現(xiàn)階段的驅(qū)動給水泵提出了高要求。

3.2 汽輪機驅(qū)動給水泵性能優(yōu)勢

火電廠機組容量近年來一直在上升，導(dǎo)致整體供水和汽輪機內(nèi)壓力的增加。如果采用以往的逆向電機驅(qū)動給水泵，其供水不穩(wěn)定，且安全系數(shù)下降，無法滿足現(xiàn)有的供水和壓力需求。同時，電機驅(qū)動給水泵將鍋爐燃燒熱量轉(zhuǎn)化為電能，再轉(zhuǎn)化為機械能。其運行模式只是速度模式，依靠傳統(tǒng)的閥門控制調(diào)節(jié)水壓和流量大小，但其存在節(jié)流損失缺陷，一旦機組功率壓力整體上升，電機控制設(shè)備負荷將大大增加，導(dǎo)致進一步增加了電廠的生產(chǎn)成本。汽輪機驅(qū)動給水泵通過蒸汽進水口直接控制蒸汽泵的壓力，最大限度地降低能量損失，提高生產(chǎn)效率。

3.3 汽輪機驅(qū)動更新優(yōu)勢

火力發(fā)電廠汽輪機的驅(qū)動方式運行功率限制較小，可滿足給水泵機組的運行功率要求。當火電廠鍋爐在低負荷下運行時，可自動調(diào)整和控制汽輪機的轉(zhuǎn)速，以減少對水閥造成的損失。并且給水泵和汽輪機直接連接在一起，減少了長管道的能量損失。而能量轉(zhuǎn)換過程采用最直接的過程，可以有效地提高汽輪機的運行效率和能源效率。給水泵的抽水是通過核心汽輪機機組的工作進行的，可以有效地減少火力發(fā)電廠冷卻階段能量的損失，提高整個機組的熱能經(jīng)濟性和能源利用率。由于汽輪機驅(qū)動具備高靈活性，即當汽輪機運行時，設(shè)備的整體運行功率限制很小，設(shè)備能更好地滿足運行中的大功率機組給水泵的正常運行需要。

4 火力發(fā)電廠汽輪機驅(qū)動給水泵節(jié)能策略

4.1 火力發(fā)電廠汽輪機驅(qū)動給水泵節(jié)能改造要點

在火力發(fā)電廠汽輪機驅(qū)動給水泵的節(jié)能優(yōu)化上，需要根據(jù)其特性進行節(jié)能改造。在汽輪機抽取給水泵注入水的時候，汽機設(shè)備的功率可以自動控制和調(diào)整，以確保給水泵的驅(qū)動在額定功率范圍內(nèi)。在火力發(fā)電廠汽輪機的運行過程中，泵內(nèi)水進入鍋爐，然后加熱鍋爐，水蒸發(fā)成水蒸汽。同時，汽輪機自動控制運行功率，速度控制系統(tǒng)控制泵流量的輸入速度，不僅保證鍋爐水的加熱，而且最大限度地利用熱能。

4.2 汽輪機驅(qū)動模式

在火力發(fā)電廠汽輪機驅(qū)動給水泵的節(jié)能優(yōu)化上，需要重視不同的驅(qū)動方法。針對不同的驅(qū)動方式下，實際的能源消耗分析，電力驅(qū)動下，給水泵的實際功能是將熱能通過進—步的加工處理，轉(zhuǎn)化為電能，然后再將電能通過特定的方法轉(zhuǎn)化為機械能。電動給水泵是利用工頻電機進行工作，如果利用變頻方式的話，給水泵也可以很好地完成這一轉(zhuǎn)化目標，其中頻率的變化可以在滿足用戶用量需求的同時，降低能量轉(zhuǎn)換過程中的損失。而利用汽輪機驅(qū)動給水泵時，主要是蒸汽能源的轉(zhuǎn)化，只需要將熱能轉(zhuǎn)換為機械能，減少了轉(zhuǎn)換過程，從而可以更好地控制水泵的壓力。從實際的生產(chǎn)和運行原理中也可以看出，汽輪機驅(qū)動給水泵的能源控制與能源轉(zhuǎn)化是最直接的能源控制方式。

4.3 具體節(jié)能改造方法

在火力發(fā)電廠汽輪機驅(qū)動給水泵的節(jié)能優(yōu)化上，需要針對實際的需求來制定符合標準的節(jié)能改造方法。利用專業(yè)的機械知識，結(jié)合實際生產(chǎn)運行特點，開發(fā)相應(yīng)的改造標準。從經(jīng)濟效益和具體分析，雖然由于整個機組運行方式的改變，需要更換其他機械設(shè)備，這將產(chǎn)生巨大的投資成本，但改造后結(jié)合具體的運行情況，整個火電廠的經(jīng)濟效益將得到提高。對整個機組改造后，汽輪機通過調(diào)速驅(qū)動給水泵，大大提高了給水泵的運行效率。文中以230 MW 機組給水泵為例，通過對變頻改造前后的電流、負荷以及給水壓力進行試驗，其數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 汽輪機給水泵負荷變化數(shù)據(jù)

此外，在該驅(qū)動模式下，水泵提供的水量大于鍋爐的實際用水量，這大大提高了鍋爐的工作效率。在電機被汽輪機取代后，火力發(fā)電廠每年將大大減少工作用電，從而節(jié)省了大量的電費，提高了工廠的經(jīng)濟效益。其中，火力發(fā)電廠汽輪機驅(qū)動給水泵的變頻節(jié)能改造效果明顯。以往異步電機電流大，容易產(chǎn)生工作過電壓，損壞電機絕緣。使用變頻器后，電機啟動，可以延長電機的使用壽命，減少工作噪音，減少磨損，電氣系統(tǒng)得到了有效的保護，并延長了給水系統(tǒng)的使用壽命，并且給水泵的變頻技術(shù)成本低、運行快速、穩(wěn)定，是節(jié)能減排的良好途徑，值得推廣。

4.4 汽輪機整體節(jié)能優(yōu)化

在火力發(fā)電廠汽輪機驅(qū)動給水泵節(jié)能上，需要重視整體節(jié)能性能的優(yōu)化，以此實現(xiàn)汽輪機運行節(jié)能的最優(yōu)化。汽輪機能耗涉及到汽輪機本身、噴嘴室和外缸易變形，如低壓缸出口水腐蝕現(xiàn)象也很嚴重，閥壓力損失、熱系統(tǒng)泄漏現(xiàn)象，汽輪機機組運行調(diào)整上沒有選擇有效的優(yōu)化運行方式，將導(dǎo)致冷凝器與冷卻水模塊增加能耗，從而增加了火電廠的成本。

其中，在汽輪機凝汽器的優(yōu)化上，冷凝器需要保持清潔。冷凝器的銅管容易結(jié)垢，冷凝器結(jié)垢會嚴重影響冷凝器的傳熱效率，從而影響渦輪機組的熱經(jīng)濟。冷凝器內(nèi)結(jié)垢的形成將大大降低冷凝器的真空效應(yīng)，由于結(jié)垢的導(dǎo)熱系數(shù)較差，因此大大降低了冷凝器的傳熱效率。適當提高給水溫度，因為當溫度下降到一定程度時，會增加煤的消耗，不僅降低了鍋爐的生產(chǎn)效率，而且產(chǎn)生大量的煙霧，對空氣環(huán)境造成一定的污染。在此基礎(chǔ)上，可以適當?shù)靥岣呓o水的溫度來解決這一問題，并定期清潔管道，以減少污垢部位的熱差和溫差應(yīng)力。

同樣，為了有效地提高冷凝器的熱效率，可以采取有效的措施來降低冷凝器的熱負荷。同時，可以在冷凝器喉部增加一種裝置，一種方法是在冷凝器喉嘴處增加一組霧化噴嘴，借助接觸式傳熱作用，可以有效吸收一定量的冷凝器冷凝熱，這使得一些補充脫鹽水在冷凝器中產(chǎn)生混合冷凝，從表面可以有效減少表面型冷凝器的熱負荷，然后使冷凝器處于良好的真空狀態(tài)；另一種方法是在冷凝器上部與排氣缸喉部之間的空間中增加一個表面加熱器，并將該加熱器的入口連接到工業(yè)水系統(tǒng)，輸出到化學(xué)供水系統(tǒng)，然后實現(xiàn)原水的加熱操作，以此實現(xiàn)火力發(fā)電廠汽輪機驅(qū)動給水泵的節(jié)能改造方案的優(yōu)化。

5 實例分析

5.1 節(jié)能實施情況

在對火力發(fā)電廠汽輪機驅(qū)動給水泵的節(jié)能研究上，需要結(jié)合相關(guān)的實例進行分析。在現(xiàn)有的研究上，火力發(fā)電廠汽輪機驅(qū)動給水泵主要利用供汽主管來提供穩(wěn)定的蒸汽，在實際的改造上，需要結(jié)合節(jié)能改造技術(shù)來進行，從而保障企業(yè)的經(jīng)濟效益與社會效益。文中主要以某火力發(fā)電廠的4臺30 t/h 的循環(huán)流化床鍋爐提供用水，通過5臺230 kW 的電動能源驅(qū)動給水泵進行分析，同時對使用的汽輪機組進行節(jié)能分析。通過選取2臺6000 kW 的背壓機組和2臺3500 kW 的背壓供熱機組來滿足實際的熱能需求。通過上述方法進行汽輪機驅(qū)動給水泵改造上，相對于以往節(jié)能實效能夠達到20%。但是這組電動給水泵是由工頻電機間接驅(qū)動的，因此不能改變給水泵的實際轉(zhuǎn)速。

5.2 相關(guān)參數(shù)的優(yōu)化

由于工業(yè)汽輪機進口參數(shù)波動的影響，變速調(diào)節(jié)可以節(jié)省給水泵的功率，負荷越低，節(jié)能效果越大。由于汽輪機的效率高于電動機，需要關(guān)閉出口閥來調(diào)整流量，導(dǎo)致水泵的節(jié)流損失。額定工況下，汽機和給水泵效率為70%，汽機泵組總效率降低僅為5%，變速運行時汽機泵組效率降低較小。當加熱負荷降低時，很難保證管道內(nèi)供水壓力的穩(wěn)定。企業(yè)應(yīng)進行設(shè)備的節(jié)能改造，盡可能延長設(shè)備的使用壽命，達到降低綜合電廠電力效率的目的。

5.3 設(shè)備的改造方案

企業(yè)設(shè)備的節(jié)能改造，綜合因素。制定合理的經(jīng)濟測量標準，如綜合經(jīng)濟效益分析，第一方案使用2個200 kW 的電動給水泵和一個200kW 的進口變頻器進行節(jié)能組合，通過控制頻率調(diào)整鍋爐供水和速度，進一步降低電廠用電消耗。這一方案的改造預(yù)算投資成本為32萬元左右。第二種方案是用3個220 kW 的汽輪機驅(qū)動給水泵來替換以往的電動驅(qū)動給水泵。由于機組整體運行方式的差異，其余所有機組設(shè)備都需要進行更新和改造。此外，再加上在改造過程中對設(shè)備的安裝成本，該方案的預(yù)算投資成本為25萬元左右。第三種方案是簡化機組的運行方式的節(jié)能模式，雖然能夠?qū)C合投資成本進行節(jié)省，但是在整體性能上，仍然需要2臺400 kW 的汽輪機驅(qū)動給水泵進行組合，該預(yù)算投資成本為20萬上下。因此在火力發(fā)電企業(yè)的設(shè)備優(yōu)化上，需要根據(jù)實際的預(yù)算與需求來制定相應(yīng)的節(jié)能改造方案。

6 結(jié)束語

綜上所述，在火力發(fā)電廠利用汽輪機驅(qū)動給水泵的應(yīng)用，不僅符合企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，同時也響應(yīng)著國家的節(jié)能減排。通過汽輪機驅(qū)動給水泵的節(jié)能改造，其實踐節(jié)能效果明顯，在保障整體機組節(jié)能性能的基礎(chǔ)上，也能夠滿足用戶的需求，實現(xiàn)火力發(fā)電廠經(jīng)濟效益與社會效益的提高，為我國火力發(fā)電事業(yè)的健康發(fā)展提供保障。