华能玉环电厂1000MW机组纯汽泵启动的节能分析和给水系统改进方案 ...

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1000MW机组纯汽泵启动的节能分析和给水系统 改进方案
武云鹏
(华能玉环电厂,浙江省 玉环县 317604)
摘要:本文应用推导出的公式计算了机组启动过程中完全使用汽泵的节能效果,介绍了在玉环电厂 1000MW 机组在机组启动过程中应用汽泵代替电泵的实际操作方法以及应用中的不足之处。 并由此提出 了避免这些不足的给水系统改进方案,供广大设计人员参考。 关键词:1000MW 机组;节能;给水系统;改进方案
纯汽泵启动方式与电泵启动方式究竟孰优孰劣,必须有一个比较的平台,电泵消耗的是电能,而 汽泵消耗的是蒸汽的热能,这两者必须转换为同一种能量来比较。请看下列所示: a. 电泵能量流动途径: 燃料中的能量→锅炉蒸汽能量→汽轮机机械能→发电机电能→电泵电动机→电动给水泵 b. 汽泵能量流动途径: 燃料中的能量→锅炉蒸汽能量→汽泵小汽轮机→汽动给水泵 可以看出,使用汽泵其能量转换的环节要少于使用电泵,从定性角度分析,转换环节越少,能量的损 失越少,使用汽泵要比电泵节能。 再从定量角度分析,我们可以通过对比电泵与汽泵在出力相同(即相同给水流量和泵出口压力)的情 况下,单位时间内所消耗的能量(即功率)来衡量两种启动方式的能耗大小,从而得出两种启动方式 在能耗上的优劣。 (1) 电泵启动方式的能耗:设电泵流量为 q 时, 其电动机电流为 I,电压为 U, 功率因数为 COSφ, , 此 种方式的能耗为 E
3.1 汽泵启动方式的优势与不足 由以上分析可以看出汽泵启动方式的确具有节约厂用电的优势,随机组启动过程中给水流量压力 的增加优势更加明显,而且中途不再需要进行电泵与汽泵的切换,简化了机组启动操作,对机组的快 速安全启动也有一定帮助。但是机组启动过程中使用汽泵也存在下列缺点:
汽泵汽轮机运行的最低转速为 2850 r·min ,这就使汽泵的最小泵出口压力达到 10.5Mpa 左右, 而机组启动初期,锅炉的压力在 0-8.5Mpa 的范围,如此大的压差使得给水流量偏大难以控制,对机 组启动过程中锅炉分离器水箱水位的调节造成困难,同时因为给水流量偏大,造成启动初期分离器水 箱排放的除盐水过多,造成除盐水的浪费,由于玉环电厂海水淡化制水量的限制,除盐水的浪费不但 不经济而且影响机组启动的进程。 3.2 实际应用 要应用汽泵进行机组启动,就要克服以上提到的汽泵运行带来的缺点。目前采取的措施有 (1)保持汽泵再循环调节阀(图 1 中的 V12 或 V22)全开状态,以降低给水压力和进入锅炉的给水量 (2)在锅炉压力较低时,用给省煤器入口电动门(图 1 中的 V0)控制锅炉的给水流量. 但是, 以上措施在实际应用时, 虽然可以代替电泵, 起到一定的节能效果, 但不足之处依然很明显, 仍然存在能量和工质的浪费:a 使用省煤器入口电动门(图 1 中的 V0)控制锅炉的给水流量,存在节流 造成的能量损失,汽泵再循环调节门全开造成一部分给水在汽泵中循环流动,造成能量的浪费。b 使用 省煤器入口电动门(图 1 中的 V0)控制锅炉的给水流量,启动过程中给水量的调节仍然达不到灵活与 快速的要求,容易造成给水量过大,通过锅炉分离器水箱排出而浪费掉。 鉴于以上原因,使得汽泵的节能效果大打折扣,因此有必要采取一些措施克服上述的不足。
q蒸汽 ( h1 h2 ) 3U I COS
=
7.81 (3187.5 - 2560.6) ≈0.89 3 6.2 558 0.92
此工况下汽泵运行可以节约 11%的能
量。 b 由表 1 可知,电泵在达到最大出力时电机的功率接近额定值 905OMW,而在相似的流量和压力下, 记录的汽泵的运行数据为: -1 汽动动给水泵流量 865 t·h ,给水泵压力 23.3Mpa(与电动给水泵最大值接近) 汽泵汽轮机进汽压力 0.75Mpa,进汽温度 363℃,排汽压力 0.005 Mpa,温度 33℃,蒸汽流量 -1 -1 -1 -1 s ), 查水蒸气的焓熵图得出 h1=3189KJ· Kg , h2=2560.6KJ· Kg , 为 37.67 t· h (换算为 10.46 Kg· 将以上数据带入公式(4) K=
-1 -1
1.3 汽动给水泵和配用汽轮机主要技术参数
表 2 汽动给水泵和配用汽轮机主要技术参数 Tab.2 Main parameter of TDBFP and the Turbine
汽泵制 造 厂 汽泵型号 汽泵 汽泵小汽轮机 汽泵型式 汽泵流量 汽泵效率 t·h-1 %
日本荏原公司 16×16×18 - 5stg HDB 双筒、多级卧式离心泵 1640(最大) 85 日本三菱重工 单缸、单流程、下排汽纯凝汽式汽轮机 MW MW 19.03 22 6.201 1.136 5855 2850―6000 28 12 363.7 84.99(最大)
-1
V12
V22
汽泵 A 汽泵 B
V32
改造增 加的管
电泵wk.baidu.com
V10
去锅炉省煤 器入口
路与阀 门
V20 V33
V30
V11
高压加热器
V10
V21 V31
V0
图 1 玉环电厂锅炉给水泵系统示意图
Fig.1 Layout drawing of feedwater system
4 给水系统的改进方案
从上述分析可以看出,应用汽泵代替电泵要取得最大的节能效果的关键是如何控制汽泵到锅炉的 给水量,利用给水系统现有的管道与阀门已经不能满足要求,必须对现有的给水系统管道进行改进。 4.1 改进方案应满足的要求 (1)从方案要达到的目的上考虑:应当使汽泵的给水量的控制灵活迅速,流量调节范围应满足锅炉 启动过程每个阶段的给水要求。 (2)从方案的安全性与经济性上考虑:增加的管道与阀门应尽可能地少;尽可能减少对系统现有管 道的改动,尤其是主给水管道(图 1 中的蓝色粗实线部分) (3)从方案的可行性上考虑:施工方便,应具备进行现场施工的可行性。 4.2 改进方案的特点 本改进方案如图 1 中的虚线所示,增加的管道一头接在汽泵 B 的再循环管道上,另一头接在电泵 给水调节阀前的管道上。管道上装有有一个逆止门和一个电动截止门。此改进方案的特点: (1)利用电泵现有的调节阀控制给水流量,达到了改进的目的,充分利用现有的管道与阀门,需要 增加的管路与阀门很少,降低了改造成本。 (2)不改动主管路(图 1 中的蓝色实线部分) ,而是将增加的管路从再循环管道引出,再接入电泵给 水调节阀所在的旁路上,不会因在主管路上焊接管道而降低其强度与可靠性,同时,也降低了改进的 难度和工作量。 (3)在新增管道的电动截止门关闭后,与改造前一样,不影响原有的系统的运行方式。
4.3 本方案相关阀门控制方式的改进
-1 -1
制造厂 型号 型式
(最大)
5384.0(额定) 轴功率 KW 6888.2(最大) 进口水温 出口压力 转速 效率 制造厂 型号 电压 电流 功率 转速 COSφ 额定效率 绝缘等级 % 171.6 ℃ 22.2 MPa 5770 r·min (最高) 85% SIEMENS 德国 1TZ1250-8AC02-Z 6000 V 929 A 9050kW 1485 r·min 0.92 97.8 F级
华能玉环电厂 4×1000MW 机组在国内首次采用 26.25MPa/600℃/600℃超超临界参数,锅炉在 BMCR -1 (最大连续蒸发量)工况下,给水流量高达 2953 t·h ,在机组启动过程中,锅炉的要求的最低给水 -1 流量达 735 t·h ,因此,锅炉电动给水泵的电机功率也增加到高达 9050kW,电动机额定电流 929A, 在锅炉启动过程中,按原设计是使用电动给水泵供水,在机组并网带负荷后再切换到汽动给水泵运行, 所以启动过程中电动给水泵的耗电量相当大。 为了进一步挖掘我厂的节能潜力, 努力成为具有国际先进水平的节能环保电厂, 不但在机组正常运 行中做到节能、 而且要在启停机过程中做到节能。 因此提出了机组从启动到正常运行完全用汽动给水泵 代替电动给水泵的方案。 但此方案是否真正起到节能的效果?此方案是否可行?下面我们就此问题进行 一次分析与计算。
时由辅助蒸汽系统供给,同时辅助蒸汽系统也可满足给水泵汽轮机启动要求。给水泵汽轮机排汽向下 直接排入凝汽器。 1.2 电动给水泵和配用电动机主要技术参数
表 1 电动给水泵和配用电机主要技术参数 Tab.1 Main parameter of MDBFP and the Motor
日本荏原公司 12X12X14—STG HSB 筒式七级离心泵、卧式 781 t·h (额定) 进口流量 865t·h 电动给水泵 电机
小汽轮机制造厂 小汽轮机型式 设计功率 最大连续功率
VWO 高压进汽压力 MPa VWO 低压进汽压力 汽轮机额定转速 自动调速范围 最高允许背压 盘车转速 MPa r·min r·min KPa r/min
-1
-1
VWO 低压进汽温度 ℃ VWO 低压进汽流量 t·h-1
2 两种启动方式的节能分析
-1
(3) 两种启动方式的能耗对比公式:设汽泵与电泵的能耗比为 K,则 K=
h1 h2 ) S q蒸汽 ( = E 3U I COS
(4)
如果 K<1,则说明汽泵启动方式较经济,如果 K>1, 则说明电泵启动方式较经济 (4) 两种启动方式实际功耗计算: 以下数据为我厂给水泵实际运行中记录的 2 组数据, -1 a 电动给水泵流量 682 t·h ,给水泵压力 12.56Mpa,电泵电机电流 558 A,电压 6.2KV,功率因 数 COSφ为 0.92 -1 ,汽泵汽轮机进汽 汽动动给水泵流量 685 t·h ,给水泵压力 12.86Mpa(与电动给水泵接近) -1 压力 0.61Mpa,进汽温度 360℃,排汽压力 0.005 Mpa,温度 33℃,蒸汽流量为 28.1 t·h (换算为 -1 -1 -1 7.81 Kg·s ),查水蒸气的焓熵图得出 h1=3187.5KJ·Kg , h2=2560.6KJ·Kg , 将以上数据带入公式(4) K=
1 设备简介
1.1 机组给水系统简介: 给水系统的主要功能是将除氧器水箱中的主凝结水通过给水泵提高压力,经过高压加热器进一步 加热后,输送到锅炉的省煤器入口,作为锅炉的给水。此外,给水系统还向锅炉再热器的减温器、过 热器的一、二、三级减温器以及汽轮机高压旁路装置的减温器提供减温水,调节锅炉出口蒸汽温度。 系统设置两台 50%容量的汽动给水泵(TDBFP)和 1 台 25%容量的电动启动给水泵(MDBFP)。每台汽动 给水泵配置 1 台同轴前置泵。电动给水泵采用变速调节,配有 1 台与主泵用同一电机拖动的前置泵和 液力耦合器。一台汽动泵工作时,保证机组 50%负荷的给水量,两台汽动泵工作时,保证机组 100%负荷 的给水量。在一台汽动给水泵故障时,电动给水泵和另一台汽动给水泵并联运行可以满足汽轮机 83 %负荷的需要。 给水泵汽轮机为单缸、双流、凝汽式,汽源采用具有高、低压双路进汽的切换进汽方式,正常运 行时,由主汽轮机的四段抽汽(至除氧器的抽汽)供给,启动和低负荷时由冷段蒸汽系统供给,调试
q蒸汽 ( h1 h2 ) 10.46 (3189 - 2560.6) = ≈0.73 9050 3U I COS
此工况下汽泵运行可以节约 27%的能量。
由 a、b 两种工况的对比计算还可以看出,随着给水泵流量和压力的增加,汽泵的节能效果也更 加显著。
3 汽泵启动方式的实际应用
E= 3 U·I·COSφ
(1)
(2) 汽泵启动方式:设汽泵流量为 q 时,汽泵小汽轮机的蒸汽流量为 q 蒸汽,汽泵进口蒸汽的比焓值为 h1,汽泵排出蒸汽的比焓值为 h2 ,根据热力学第一定律,1Kg 蒸汽在给水泵汽轮机做的功 w =h1- h2 , 即在单位内时间 t 内,流量为 q 蒸汽的蒸汽做的功 W 为 (h1- h2) ·t (2) W=q 蒸汽·t· w = q 蒸汽· 这就是给水泵汽轮机的功率 S=W/t 所以 (h1- h2) S=q 蒸汽· (q 蒸汽的单位要使用 K 使用 Kg·s ) (3)
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