火电机组汽动给水泵最佳运行方式研究

火电机组汽动给水泵最佳运行方式研究
史啸曦;王培毅;李慧君
【摘要】火电机组汽动给水泵,因由小汽机拖动,需要消耗做功蒸汽,因此对机组的热经济性有一定的影响.当机组工况发生变化时,汽动给水泵间通过流量分配,降低对机组热经济的影响.以亚临界600 MW和超超临界1000 MW机组为例,在某负荷区及忽略给水泵的管道水力特性影响的情况下,基于两台给水泵不同流量分配方案,分析和比较机组的热经济性,并以此确定给水泵的最佳运行方式.结果表明:随着两台汽动给水泵的给水流量逐渐接近,在不同工况下,机组的第三段抽汽量减少,第四段抽汽量增加,汽轮机总体做功蒸汽增加,使机组标准煤耗率降低、热效率提高;当两台给水泵分配的流量相等时,机组的热经济性最佳,即为给水泵系统最佳运行方式,对实际运行机组有一定的参考意义.
【期刊名称】《电力科学与工程》
【年(卷),期】2015(031)001
【总页数】5页(P10-14)
【关键词】汽动给水泵;亚临界;超超临界;最佳运行;热经济性
【作者】史啸曦;王培毅;李慧君
【作者单位】上海外高桥发电责任有限公司,上海200137;华北电力大学能源动力与机械工程学院,河北保定071003;华北电力大学能源动力与机械工程学院,河北保定071003
【正文语种】中文
【中图分类】TK11
在国家节能减排政策下，小机组逐渐淘汰，新建大机组汽轮机单机容量和蒸汽参数越来越高[1]；由于火电厂是一个复杂的热力系统，为了提高其运行的经济性，不
仅需要提高主机效率，而且还需改善热力系统中所有辅机的配置和运行方式。

给水泵作为电厂中的耗电大户，是电厂重要的辅机，其运行状况是降低厂用电率的重点环节[2]，所以优化给水泵的运行方式具有重要的实践意义。

近年来，对给水泵运行方式的优化已经有相关的研究，2010年国内研究人员提出300 MW以上的机组采用汽动泵的有效性与可行性，通过分析锅炉给水泵在电动
和汽动两种驱动方式下，对净热耗率、同等工作效率和综合新煤耗率进行比较，结果表明对于300 MW以上的机组，釆用汽动泵可以减少净热耗率、提高产量并且提高操作的稳定性和调节性能[3]。

文献[4]从热经济性角度，对大型火电厂锅炉给
水泵的几种不同驱动方式，包括汽泵驱动、液力偶合器电泵驱动、大机主轴驱动进行了比较，得出了大机主轴驱动方案是最佳的；为了提高设备的可靠性，在给水泵配置方式上做了一些调整，由于汽动给水泵的可靠性还尚未成熟,有待进一步提高，因此通常主张釆用1台50%容量的电泵(备用)和2台50%容量汽泵的运行方式[5]；但在不同工况下，当火电厂机组中2台汽动泵给水流量分配不同时，研究机组的
热经济性比较少。

本文以N600 MW亚临界和N1000 MW超超临界机组为例，忽略给水泵的管道
特性的影响，在不同工况下，分析和比较两台汽动给水泵在给水流量分配情况不同时的机组热经济性，得出最佳的给水流量分配方案，确定给水泵的最佳运行方式。

1.1 热力系统模型
以N600-16.7/537/537亚临界和N1000-26.25/600/600超超临界机组为例，两台机组正常运行时两台汽动给水泵并联运行[6]，两台机组的热力系统简图分别如
图1、2所示。

1.2 热经济性计算式
在给水流量变化时，为了获得两台给水泵对应小汽机抽汽量的变化趋势以及相应第三、四段抽汽变化量，从而分析热经济性变化的原因，所以根据两台机组的热力系统模型，采用热平衡法对各加热器建立能量守恒和质量守恒的关系式[7，8]。

在给水泵分配的流量不同时，泵的效率和焓升会变化；同时带动给水泵的小汽机的抽汽量和3号高压加热器的入口水焓也会受到影响，并影响整个机组的热经济性。

相关的计算公式如下：
汽动给水泵的焓升[7]：
三号高压加热器的入口水焓：
两台小汽机的总抽汽量：
式中：vav为给水的平均比体积，m3/kg；Pin和Pout分别为给水泵的进出口压力，MPa；ηpu为对应流量下的泵效率；GA和GB分别是两台泵A泵和B泵的
给水流量，t/h；和分别为小汽机的进出口焓，kJ/kg；ηt为小汽机的效率。

计算出各段抽气系数后，为了比较不同方案的给水流量的热经济性，各项热经济性指标计算式如下所示：
标准煤的低位发热量ql=29 270 kJ/kg，全厂标准煤耗率
全厂热耗率qcp,kJ/(kW·h)
全厂热效率ηcp
式中：ηe为汽轮发电机组绝对电效率；ηb和ηp分别为锅炉效率和管道效率,取
ηb=0.92，ηp=0.98。

2.1 选取方案原则
取N600-16.7/537/537机组的单台给水泵的额定流量qmd=1 004.01 (t/h)，
N1000-26.25/600/600机组单台给水泵的额定流量qmd=1 353.63 (t/h)；机组
给水总量大于单泵额定流量，小于两泵额定流量和；忽略两台给水泵的管道特性的
影响，由于给水泵的流量不同，其效率也不同，所以泵间的流量分配方案不同，存在一个最佳运行方案。

因此，在某负荷区，通过选取不同给水泵流量来确定效率，进而通过机组热经济参数，确定给水泵流量最佳分配方案。

2.2 600 MW机组给水分配方案
N600 MW亚临界机组选取THA、TMCR、75%THA工况，3种不同工况下给水总流量qm和两台给水泵A和B的给水流量分配方案如表1所示，同时给出了随着流量不同时对应的泵效率[9]。

2.3 1 000 MW机组给水分配方案
N1 000 MW超超临界机组选取60%THA、75%THA、80%THA工况，3种不同工况下两台给水泵A和B的给水流量的分配方案如表2所示。

3.1 机组热经济性分析
由于给水泵流量的分配方式不同，给水泵流量变化引起泵效率的改变；在两台汽动泵的给水流量逐渐接近直至相等的过程中，给水泵的出口水焓逐渐减少，给水泵的泵功减少，带动给水泵的小汽机的抽汽量对应减少，即第三段抽汽量减少；同时由于给水泵出口水焓的减少，导致第四段抽汽量增加，但增加的量相对较少，最终汽轮机总体做功蒸汽增加，机组热经济性提高。

将各工况下给水流量相等的方案6和单泵额定流量的方案1做对比，第三段抽汽增加量和第四段抽汽减少量如图3和4所示。

3.2 热经济性比较
根据以上分析，为了具体计算热经济性改善程度，选取标准煤耗率bscp和全厂热效率ηcp作为热经济性的评价指标[10，11]；通过比较给水泵各流量分配方案下的热经济性指标，确定最佳给水流量的分配方式。

N600 MW亚临界和N1 000 MW超超临界机组的热经济性参数如图5～10所示。

通过对给水泵流量各分配方案的热经济性计算，可知机组的热经济性，在其它条件
不变时，随给水泵流量分配方案的不同而异。

对于亚临界N 600 MW和超超临界N 1 000 MW机组，在给水泵流量分配方式不同时，其标准煤耗率和全厂热效率具有相同的变化趋势，即：在两台给水泵的给水流量慢慢接近时，机组热经济性逐渐提高，直至两台泵给水流量相等时，其热经济性最好，对应的给水分配方式是最佳的；并且在不同工况下，随着两台给水泵流量接近时，机组的热经济性也逐渐提高。

(1)两台汽动泵给水流量的分配不同对机组的热经济性有一定的影响；主要影响与给水泵进出口相连接的加热器，特别是对与出口相联的高加，其抽汽量有很大的变化。

(2)当两台给水泵流量相同时，机组热经济性指标最佳，所对应的给水系统运行方式亦最优。

【相关文献】
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[5]李晓勇. 电站给水泵汽轮机变工况经济性分析[D].保定：华北电力大学,2005.
[6]黄树红. 汽轮机原理[M]. 北京：中国电力出版社，2008.
[7]郑体宽. 热力发电厂[M]. 北京：中国电力出版社, 2001.
[8]于淑梅,李金磊. 汽轮机组不同运行方式热经济性比较的通用数学模型[J]. 汽轮机技
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