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摘要: 在保证火电机组安全运行的前提下，针对汽轮机侧的辅机运行现状，阐述循环水泵，给水汞，回热加热器等辅助设备进行分析和研究,以获得机组的最优运行方式。
关键词: 汽轮机；辅机优化；加热器；电厂汽轮机
中图分类号： TK26 文献标识码： A 文章编号：
1 辅机的经济运行概述
汽轮机组安全与经济性能的改善, 贯穿于其设计、制造、安装、运行的各个环节,每一个环节都存在着巨大的节能潜力。汽轮机组运行时的经济性, 在很大程度上取决于实际运行工况偏离额定工况的程度。正常运行时,各个参数在允许的变化范围内, 只对汽机运行的经济性发生一定的影响, 但是当突然变化幅度超过运行规定的允许范围时, 则对机组运行安全构成威胁, 因此必须对汽轮机各个参数进行监视与调节, 以保证机组的安全和经济性。汽轮机组的运行经济性,不仅与主设备包括锅炉和汽轮机有关, 而且还与辅助设备的性能和运行状况有关。辅助设备的经济运行是汽轮机组经济运行工作中十分重要的一个环节,也是一个不可缺少的环节。本文分别对给水泵、循环水泵、回热加热器等辅助设备进行分析和研究, 以获得机组的最优运行方式。
2 循环水泵运行最佳方式及运行性能分析
在机组负荷和冷却水温一定的条件下，凝汽器压力（机组背压）随循环水流量的改变而改变，而循环水流量的变化直接影响到循环水泵的耗功。循环水流量增加，机组背压减小，机组出力增加，但循环水泵的耗功也同时增加，当循环水流量增加太多时，因循环水泵的耗功增加而将机组出力的增加值抵消。因此，当循环水流量增加后导致的机组出力增加值与循环水泵耗功增加值的差为最大时的凝汽器运行压力即为机组最佳运行背压，此时的循环水泵运行方式就是最佳方式。实际火电机组配套的循环水泵台数有限，循环水流量不能连续调节，运行方式优化只能根据现有的循环水泵台数或泵叶片调整角度（可调叶片泵）的变化，组合出不同的循环水泵运行方式，通过实测不同循环水泵组合方式下的凝汽器变工况性能、循环水泵流量和耗功、汽轮机出力增加值，结合机组负荷和循环水温度变化情况计算出在一定机组负荷和循环水温度条件下的机组最佳运行背压，从而确定对应最佳背压的循环水泵最佳运行方式。
火力发电厂循环水系统一般采用母管制系统, 大型机组一般由三台循环水泵共同向母管供水。各循环水泵前后有进出口水阀,各泵之间有联络阀连接。正常运行时,两台泵运行,一台泵备用。由于运行泵和备用泵的组合方式不固定, 以及运行泵的运行方式的改变,都会引起水泵耗功量的变化, 使循环水泵运行优化问题趋于复杂。一般汽轮机运行时,排汽量由外界负荷决定,不可调节,所以控制冷却水温升的主要手段就是改变冷却水量。冷却水量主要由循环水泵的容量和运行台数决定。冷却水量增加,排汽压力降低,则汽轮机发出功率增加。对于一台结构已定的汽轮机,蒸汽在末级存在极限膨胀压力。若排汽压力低于该值, 则蒸汽的部分膨胀只能发生在动叶之后,产生膨胀不足损失,汽轮机功率不再增加,反而还因凝结水温降低、最末级回热抽汽量增加而使机组功率减小。而且,此时需要大大增加循环水量,循环水泵功耗增加,经济性下降。运行中,机组要盡量保持在凝汽器的最佳真空下工作, 即提高真空后所增加的汽轮机功率与为提高真空使循环水泵多消耗的厂用电之差达到最大时的真空值。
3 给水泵的能量损失及优化分析
3.1 电动给水泵的调节
电动给水泵按运行方式的不同可分为定速给水泵和变速给水泵。定速泵运行时,其运行点的改变主要依靠锅炉给水调节门的开度,也就是改变管路阻力特性,因此低负荷时阀门节流损失较大,能损较多。变速给水泵运行时,其运行特点的改变是靠变动转速、平移泵的扬程-流量特性曲线来实现的,它不需要改变管道阻力特性, 也就是可以不用给水调节阀改变给水流量。这是节省能源的有效方法,尤其是在低负荷下,其节能效果更为显著。
3.2 给水泵组的优化分析
根据机组的具体配置情况的差异, 以及单台汽动给水泵本身余量较大的特点, 在低负荷工况下, 进行电动泵和汽动泵不同备用方式试验, 依据汽动泵组实际的运行经济状况来确定泵组的经济运行方式, 可以有效地改善汽动泵组的运行经济性。从运行方式来看,汽动泵组备用的运行工况下,备用泵在热备用中,保持转速 3000r/min,以维持给水泵再循环流量, 这样备用泵必然要多消耗部分蒸汽流量,泵组汽耗量必然增大。因此,在低负荷下采用单泵运行、电泵备用的运行方式要比采用一台运行、一台备用的运行方式经济。但是, 由于汽动泵启停会带来一定的经济损失,所以只根据负荷的变化来决定泵组的运行方式是不全面的, 还应该考虑到负荷变化持续时间的长短。另外,电动泵备用方式的确定还应该考虑电动泵的容量问题。
4 回热加热器的经济运行
回热加热器是热力系统的重要设备之一,它对火电机组热经济性的影响较大,主要表现在加热器的端差、散热损失、切除加热器和给水部分旁路的影响等。给水回热加热系统提高了锅炉给水温度, 使工质在锅炉中的吸热量减少,从而节省了大量燃料,提高了电厂的热经济性。
4.1 加热器非正常运行状态下的经济损失
机组正常运行时, 回热加热系统的各级加热器在机组运行期间应全部投入, 但是当加热器故障、损坏或检修时,有可能出现切除一个或多个加热器的情况。另外一个热力系统中存在的问题是加热器的进水走旁路,当高压加热器自动旁路门由于阀门关闭不严,会出现不同程度的泄漏。例如某电厂通过热力试验实测计算该泄漏率达到 7%,因此导致高加的抽汽量减少。机组故障工况时加热器疏水直接排入除氧器或凝汽器, 这些加热器的不正常运行状态, 都将引起机组热经济性的降低。首先表现为加热器切除。当高压加热器切除后,由于给水直接来自给水泵,温度远远低于正常的给水温度, 使循环的平均吸热温度大幅度降低,循环效率降低。而机组低压加热切除时,同样会使经济性下降,但其影响力小于高压加热器。例如 N125MW 机组各低压加热器切除后,机组的标准煤耗约增 0.06g/(Kw·h)～2.90g/(Kw·h)。其次,当加热器旁路泄漏时,旁路泄漏份额越大,热经济性降低越多,当旁路泄漏量相同时, 大旁路泄漏比小旁路泄漏对热经济性的影响大。第三,对于加热器疏水的切换来说, 当加热器的疏水采用疏水泵方式时,如果机组无疏水泵备用泵,当疏水泵发生故障时, 其疏水将自流到较低的加热器或凝汽器。另外当疏水器或疏水调节阀故障时,疏水将直接排入凝汽器。这些疏水的切换将引起机组热经济性的降低。
4.2 加热器端差对经济性的影响
汽轮机各级抽汽由于压力不同存在着能级的高低差别,压力越高,则该级抽汽返回汽轮机时作功越多,作功能力越强,能级也就越高。对于汽轮机的回热系统应尽可能利用压力较低的抽汽,而少用压力较高的抽汽,以使抽汽在汽轮机内多作功。回热加热系统对机组经济性影响极大, 主要表现在加热器的上端差、下端差和抽汽压损的变化上。
加热器的上端差和下端差是评定加热器运行状况的重要指标。若加热器上端差增大,则出水温度降低,本级抽汽量减少,高一级加热器抽汽量增加; 若加热器疏水冷却段换热效果降低，疏水温度升高,下端差增大,则本级抽汽量增加,低一级加热器抽汽量减少。因此,寻找加热器端差的合理运行范围, 尽可能地使加热器上端差和下端差达到设计值或接近设计值, 将有利于回热加热器的安全与经济运行。
参考文献
[1]郑建涛.电厂汽轮机辅机的节能降耗措施研究[J].电站辅机,2005,2.
[2]居文平,朱立彤,于新颖.汽轮机辅机运行优化和节能的技术途径[J].电力设备,2007,2.
关键词: 汽轮机；辅机优化；加热器；电厂汽轮机
中图分类号： TK26 文献标识码： A 文章编号：
1 辅机的经济运行概述
汽轮机组安全与经济性能的改善, 贯穿于其设计、制造、安装、运行的各个环节,每一个环节都存在着巨大的节能潜力。汽轮机组运行时的经济性, 在很大程度上取决于实际运行工况偏离额定工况的程度。正常运行时,各个参数在允许的变化范围内, 只对汽机运行的经济性发生一定的影响, 但是当突然变化幅度超过运行规定的允许范围时, 则对机组运行安全构成威胁, 因此必须对汽轮机各个参数进行监视与调节, 以保证机组的安全和经济性。汽轮机组的运行经济性,不仅与主设备包括锅炉和汽轮机有关, 而且还与辅助设备的性能和运行状况有关。辅助设备的经济运行是汽轮机组经济运行工作中十分重要的一个环节,也是一个不可缺少的环节。本文分别对给水泵、循环水泵、回热加热器等辅助设备进行分析和研究, 以获得机组的最优运行方式。
2 循环水泵运行最佳方式及运行性能分析
在机组负荷和冷却水温一定的条件下，凝汽器压力（机组背压）随循环水流量的改变而改变，而循环水流量的变化直接影响到循环水泵的耗功。循环水流量增加，机组背压减小，机组出力增加，但循环水泵的耗功也同时增加，当循环水流量增加太多时，因循环水泵的耗功增加而将机组出力的增加值抵消。因此，当循环水流量增加后导致的机组出力增加值与循环水泵耗功增加值的差为最大时的凝汽器运行压力即为机组最佳运行背压，此时的循环水泵运行方式就是最佳方式。实际火电机组配套的循环水泵台数有限，循环水流量不能连续调节，运行方式优化只能根据现有的循环水泵台数或泵叶片调整角度（可调叶片泵）的变化，组合出不同的循环水泵运行方式，通过实测不同循环水泵组合方式下的凝汽器变工况性能、循环水泵流量和耗功、汽轮机出力增加值，结合机组负荷和循环水温度变化情况计算出在一定机组负荷和循环水温度条件下的机组最佳运行背压，从而确定对应最佳背压的循环水泵最佳运行方式。
火力发电厂循环水系统一般采用母管制系统, 大型机组一般由三台循环水泵共同向母管供水。各循环水泵前后有进出口水阀,各泵之间有联络阀连接。正常运行时,两台泵运行,一台泵备用。由于运行泵和备用泵的组合方式不固定, 以及运行泵的运行方式的改变,都会引起水泵耗功量的变化, 使循环水泵运行优化问题趋于复杂。一般汽轮机运行时,排汽量由外界负荷决定,不可调节,所以控制冷却水温升的主要手段就是改变冷却水量。冷却水量主要由循环水泵的容量和运行台数决定。冷却水量增加,排汽压力降低,则汽轮机发出功率增加。对于一台结构已定的汽轮机,蒸汽在末级存在极限膨胀压力。若排汽压力低于该值, 则蒸汽的部分膨胀只能发生在动叶之后,产生膨胀不足损失,汽轮机功率不再增加,反而还因凝结水温降低、最末级回热抽汽量增加而使机组功率减小。而且,此时需要大大增加循环水量,循环水泵功耗增加,经济性下降。运行中,机组要盡量保持在凝汽器的最佳真空下工作, 即提高真空后所增加的汽轮机功率与为提高真空使循环水泵多消耗的厂用电之差达到最大时的真空值。
3 给水泵的能量损失及优化分析
3.1 电动给水泵的调节
电动给水泵按运行方式的不同可分为定速给水泵和变速给水泵。定速泵运行时,其运行点的改变主要依靠锅炉给水调节门的开度,也就是改变管路阻力特性,因此低负荷时阀门节流损失较大,能损较多。变速给水泵运行时,其运行特点的改变是靠变动转速、平移泵的扬程-流量特性曲线来实现的,它不需要改变管道阻力特性, 也就是可以不用给水调节阀改变给水流量。这是节省能源的有效方法,尤其是在低负荷下,其节能效果更为显著。
3.2 给水泵组的优化分析
根据机组的具体配置情况的差异, 以及单台汽动给水泵本身余量较大的特点, 在低负荷工况下, 进行电动泵和汽动泵不同备用方式试验, 依据汽动泵组实际的运行经济状况来确定泵组的经济运行方式, 可以有效地改善汽动泵组的运行经济性。从运行方式来看,汽动泵组备用的运行工况下,备用泵在热备用中,保持转速 3000r/min,以维持给水泵再循环流量, 这样备用泵必然要多消耗部分蒸汽流量,泵组汽耗量必然增大。因此,在低负荷下采用单泵运行、电泵备用的运行方式要比采用一台运行、一台备用的运行方式经济。但是, 由于汽动泵启停会带来一定的经济损失,所以只根据负荷的变化来决定泵组的运行方式是不全面的, 还应该考虑到负荷变化持续时间的长短。另外,电动泵备用方式的确定还应该考虑电动泵的容量问题。
4 回热加热器的经济运行
回热加热器是热力系统的重要设备之一,它对火电机组热经济性的影响较大,主要表现在加热器的端差、散热损失、切除加热器和给水部分旁路的影响等。给水回热加热系统提高了锅炉给水温度, 使工质在锅炉中的吸热量减少,从而节省了大量燃料,提高了电厂的热经济性。
4.1 加热器非正常运行状态下的经济损失
机组正常运行时, 回热加热系统的各级加热器在机组运行期间应全部投入, 但是当加热器故障、损坏或检修时,有可能出现切除一个或多个加热器的情况。另外一个热力系统中存在的问题是加热器的进水走旁路,当高压加热器自动旁路门由于阀门关闭不严,会出现不同程度的泄漏。例如某电厂通过热力试验实测计算该泄漏率达到 7%,因此导致高加的抽汽量减少。机组故障工况时加热器疏水直接排入除氧器或凝汽器, 这些加热器的不正常运行状态, 都将引起机组热经济性的降低。首先表现为加热器切除。当高压加热器切除后,由于给水直接来自给水泵,温度远远低于正常的给水温度, 使循环的平均吸热温度大幅度降低,循环效率降低。而机组低压加热切除时,同样会使经济性下降,但其影响力小于高压加热器。例如 N125MW 机组各低压加热器切除后,机组的标准煤耗约增 0.06g/(Kw·h)～2.90g/(Kw·h)。其次,当加热器旁路泄漏时,旁路泄漏份额越大,热经济性降低越多,当旁路泄漏量相同时, 大旁路泄漏比小旁路泄漏对热经济性的影响大。第三,对于加热器疏水的切换来说, 当加热器的疏水采用疏水泵方式时,如果机组无疏水泵备用泵,当疏水泵发生故障时, 其疏水将自流到较低的加热器或凝汽器。另外当疏水器或疏水调节阀故障时,疏水将直接排入凝汽器。这些疏水的切换将引起机组热经济性的降低。
4.2 加热器端差对经济性的影响
汽轮机各级抽汽由于压力不同存在着能级的高低差别,压力越高,则该级抽汽返回汽轮机时作功越多,作功能力越强,能级也就越高。对于汽轮机的回热系统应尽可能利用压力较低的抽汽,而少用压力较高的抽汽,以使抽汽在汽轮机内多作功。回热加热系统对机组经济性影响极大, 主要表现在加热器的上端差、下端差和抽汽压损的变化上。
加热器的上端差和下端差是评定加热器运行状况的重要指标。若加热器上端差增大,则出水温度降低,本级抽汽量减少,高一级加热器抽汽量增加; 若加热器疏水冷却段换热效果降低，疏水温度升高,下端差增大,则本级抽汽量增加,低一级加热器抽汽量减少。因此,寻找加热器端差的合理运行范围, 尽可能地使加热器上端差和下端差达到设计值或接近设计值, 将有利于回热加热器的安全与经济运行。
参考文献
[1]郑建涛.电厂汽轮机辅机的节能降耗措施研究[J].电站辅机,2005,2.
[2]居文平,朱立彤,于新颖.汽轮机辅机运行优化和节能的技术途径[J].电力设备,2007,2.