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给水泵汽轮机的运行特性及热经济分析

作者: 牛洪伟 张效东

  摘要:给水泵汽轮机的广泛使用,能够为电厂降低整机热耗、提高其热经济性。它同电动泵驱动方式存在很大的差异,针对两者进行分析对比,得出给水泵汽轮机驱动比电动泵驱动的优点。
  关键词:给水泵汽轮机;效率;煤耗率
  由于电网容量的迅速增大,昼夜之间负荷的差值也就越来越大,大容量机组参加调峰的问题已经迫在眉睫。因此,除了要求机组在额定工况下有较高的经济性外,同时还要求汽轮机组适应在变压运行和滑压运行方式下工作,电厂辅机设备中的给水泵的运行方式也由原来的定速运行改为变速运行。所以,当给水泵的运行方式改变后给水泵的驱动方式也需要作相应的变化。给水泵汽轮机的工作汽源在额定工况时,来自主汽轮机的抽汽,排汽直接进入主凝汽器或自备凝汽器。由于给水泵汽轮机与主汽轮机低压缸并联布置,这就有效的增加了排汽面积,使主汽轮机的排汽损失减小,从而提高了整个热力系统的热效率。
  在我国的 300MW 及以上的火电机组中,锅炉给水泵的驱动有部分采用的汽轮机来(简称给水泵汽轮机,下同)驱动。在火电机组中,给水泵的耗功是主要的耗电设备之一,约占主机功率的 2%-4%。因此,火力发电厂运行的经济性不仅仅依赖于机组的本身效率,同时还对于热力系统中辅机的配置和运行方式有一定的要求,然而,人们往往很重视主机的经济性,对锅炉给水泵驱动用的小汽轮机的运行效率和经济性了解不多,重视不够,对于其经济性的分析也缺乏一定的深度。给水泵汽轮机属于工业汽轮机的范畴,通常给水泵汽轮机进汽压力在 0.4Mpa――1.0Mpa 之间,排汽压力在 4.0Kpa――12Kpa 之间。工作转速一般为 4500r/min――6000r/min[1]。在实际运行中测量驱动给水泵用汽轮机的效率是诊断和提高给水泵汽轮机的运行经济性的首要课题。
  目前,广泛应用的凝汽式给水泵汽轮机均设计为纯凝汽式(无回热抽汽的),以此来简化整个热力系统并增大机组在运行上的灵活性。它的乏汽排入自备凝汽器或排入主凝汽器中。当主机低负荷运行时,主机抽汽压力相应下降,主机抽汽压力下降到某一程度时,就要利用专门的自动切换阀门将高压汽源引入给水泵汽轮机。
  给水泵汽轮机的广泛使用,能够为电厂降低整机热耗、提高其热经济性。它同电动泵驱动方式存在很大的差异,笔者经过对两者的分析,得出给水泵汽轮机驱动比电动泵驱动的优点是[1]
  1 给水泵汽轮机可提供不受限制的驱动功率,为大功率汽轮机的制造、发展创造了条件,可设计为高转速并与给水泵直接联接,以满足给水泵的最佳转速,大多为 5000r/min。
  2 给水泵汽轮机驱动与主汽轮机的驱动方式相比,给水泵汽轮机的内效率虽不及主机(前者约为 82%-84%),后者可达到 88%-90%,但汽轮机与给水泵直接连接减少了动力传递过程中的能量损失(一般为 0.99%)。
  3 给水泵汽轮机的工作蒸汽可取自主汽轮机的某一段的中间级,当该给水泵汽轮机为凝汽式时,可使流经主汽轮机的最末级的蒸汽量减少 7%-10%。从而降低了主机的余速损失,提高了主汽轮机的内效率。当机组的功率越大时蒸汽参数越高,采用凝汽式给水泵汽轮机对提高电厂经济性也越有利。
  4 凝汽式给水泵汽轮机的热力设计特点随着汽轮机向高参数、大容量方向的发展,给水泵汽轮机已构成整个汽轮机组装置中的一个重要的组成设备。它的各个工作参数应从整机装置的经济性和安全性的全局出发加以考虑。
  在分析比较的基础上,能够确定给水泵汽轮机的各个参数的设计值后,即可着手进行给水泵汽轮机的热力计算。除转速变化要考虑强度,振动等方面的要求外,总结它在热力设计方面的特性可表现为[2]:
  (1)由于工作蒸汽的参数不高,理想焓降较小,多数在 750-1000kJ/kg 范围内,约是主汽轮机的理想焓降的 40%-60%。
  (2)较高的工作转速以及较小的理想焓降,使给水泵汽轮机的级数不多,大都超过了 7-8 级,转子直径也不大。
  (3)相同的功率下给水泵汽轮机的重量和流量比一般凝汽式机组高出 20%-40%,高转速的采用有效限制了凝汽式给水泵汽轮机的最末级的排汽面积。
  (4)较低的进汽参数和较大的质量流量时的给水泵汽轮机的进汽容积流量要比相同功率下的机组高出约 5-10 倍,除增大了汽轮机进汽部分的设计困难外,给水泵的调节也会带来一定的困难。
  (5)较大的蒸汽容积容量以及提高的工作转速,使功率不大,级数较少的给水泵汽轮机有可能达到的较高的内效率。
  “综合成本煤耗率”[3]方法克服了传统热力学分析方法的局限性,把热力学和经济学有机地结合在一起,成为在市场经济条件下发电厂技术经济分析的科学方法,并成功地应用于给水泵驱动方式的技术经济论证。这里的“综合成本煤耗率”为综合成本煤耗率b h=综合发电成本能价 煤单价其中,综合发电成本能价包括2部分:发电成本能价(发电煤耗率×标煤单价)和自用能价(厂用电率×上网电价)。
  判断采用哪种驱动方式经济合理,还可以用机组综合成本煤耗率作为判断。300 MW 及以上机组都采用汽动给水泵,但由于其他原因我国还有部分机组采用电动给水泵。由部分300-360 MW 机组的技术经济指标统计数据来看,采用电泵驱动虽然发电煤耗率较低,但电厂用电率高达l0%,比采用汽动给水泵高出近6%,使供电煤耗率高约20 g/(kW・h),综合成本煤耗率高约50-60 g/(kW・h),所以300 MW 及以上大容量机组须采用汽动给水泵驱动
  本论文围绕着电站给水泵汽轮机效率及经济性这一课题着重分析了汽轮机在机组中的运行效率问题。在额定负荷的情况时,针对整个机组的运行变化,提出了一种效率的的计算方法,能够使该汽轮机在运行过程中根据各个测点的数据来计算出此时此工况下的效率。该小汽轮机的抽气量的确定和主汽轮机蒸汽增加量的确定进行了理论分析计算。还对电动泵和汽动泵的经济性在各方面进行了比较
  1.本文经过文章的分析对于300MW及以上机组采用汽动泵比电动泵的经济性有了很大的提高
  2. 在对电动泵和汽动泵进行热经济比较时,只进行了一些简单的,单方面的比较
  3.讨论了关于“综合成本煤耗率”的一些内容,但是限于本人的水平,只能做一些粗浅的探讨
  4.总结它在热力设计方面的特性
  在今后的火电机组发展中,电厂的效率时要不断提高的。对于给水泵汽轮机的分析也能够进一步的加深,还可以对给水泵汽轮机的内部进行分析,如调整叶片、改变连接管道的走向等,使整个给水泵组效率和经济性进一步得到提高。■
  参考文献
  [1]董爱华、王桂玲600MW机组汽泵增加辅助汽源的探讨。汽轮机技术2002.44(5):307-309
  [2] 陈国年基于能量价值分析的给水泵驱动方式的技术经济论证:热能动力工程2003
  [3] 大型锅炉给水泵性能现场试验方法 北京:中国电力出版社2003

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