劉 悅

（吉林省電力勘測設(shè)計(jì)院，吉林 長春 130022）

火電廠鍋爐給水泵運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化改進(jìn)及處理研究

劉 悅

（吉林省電力勘測設(shè)計(jì)院，吉林 長春 130022）

文章著重研究和討論火電廠鍋爐機(jī)組變壓變流量的運(yùn)行優(yōu)點(diǎn)及可行性，同時(shí)探究變壓運(yùn)行對鍋爐和給水泵運(yùn)行的影響，并進(jìn)一步探究火電廠鍋爐給水泵運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化與改進(jìn)。通過對變壓方式進(jìn)行大容量改進(jìn)發(fā)現(xiàn)，其對火電廠給鍋爐給水泵的運(yùn)行不僅符合實(shí)際情況，而且還具有較強(qiáng)的適用性，有助于火電廠生產(chǎn)過程中的節(jié)能降耗。

火電廠；鍋爐；給水泵；變壓運(yùn)行；優(yōu)化改進(jìn)

近年來，火力發(fā)電正朝著大容量的變壓運(yùn)行方式進(jìn)行轉(zhuǎn)變。大容量的變壓運(yùn)行方式一方面能夠滿足電網(wǎng)負(fù)荷的變化，另一方面也能根據(jù)實(shí)際需要及時(shí)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)。大容量的變壓運(yùn)行方式會是火電廠發(fā)展的重要趨勢之一。在火電廠發(fā)電過程中，鍋爐給水泵是整個(gè)發(fā)電過程中耗能最大的重要輔機(jī)之一，給水泵運(yùn)行的質(zhì)量直接對影響著鍋爐的運(yùn)行質(zhì)量，進(jìn)而給整個(gè)機(jī)組的運(yùn)行帶來影響。鍋爐給水泵一直以來都被稱之為火電廠的“心臟”，重要性可見一斑。作為火電廠的耗電大戶，通常情況下，鍋爐給水泵的耗電量占據(jù)整個(gè)發(fā)電廠發(fā)電的1．5%～3%。近幾年來，隨著人們對能源節(jié)約的重視以及火電廠機(jī)組容量的增長，火電廠鍋爐給水泵的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性越來越受到人們的關(guān)注和重視，在保障生產(chǎn)正常進(jìn)行和安全運(yùn)行的前提下，如何進(jìn)一步有效降低火電廠鍋爐給水泵的電能消耗，提升火電廠的經(jīng)濟(jì)效益，成了當(dāng)前業(yè)內(nèi)關(guān)注且反復(fù)探究的重要課題。

1 火電廠鍋爐變壓變流量運(yùn)行的原理

通常情況下，火電廠汽輪發(fā)電過程中，為了使汽輪機(jī)的出力與外界變動負(fù)荷相匹配，都需要針對外界負(fù)荷的變化，及時(shí)調(diào)整火電廠汽輪發(fā)電機(jī)的功率。汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行的整個(gè)過程中，鍋爐向汽輪發(fā)電機(jī)提供過熱蒸汽，蒸汽出力的具體狀況直接影響著整個(gè)汽輪發(fā)電機(jī)的運(yùn)行情況。傳統(tǒng)的鍋爐運(yùn)行方式主要采用定壓節(jié)流運(yùn)行，即保持鍋爐出口的過熱蒸汽量和蒸汽壓力不變，通過改進(jìn)汽輪發(fā)電機(jī)如后的調(diào)節(jié)閥開口度，進(jìn)行蒸汽量和蒸汽壓力的調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組負(fù)荷的變化。經(jīng)過實(shí)踐之后發(fā)現(xiàn)，運(yùn)用汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥開度大小這一定壓節(jié)流的方式，容易因?yàn)檎{(diào)節(jié)不當(dāng)或者把握不準(zhǔn)確，造成汽輪發(fā)電機(jī)進(jìn)口的蒸汽量和蒸汽壓力陡然下降，導(dǎo)致汽輪機(jī)的葉輪遭遇巨大的溫度差距，從而產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力和熱變形，這一現(xiàn)象會給汽輪機(jī)造成極大損害，并且影響整個(gè)機(jī)組的使用壽命。這些設(shè)備往往造價(jià)高昂，修理和更換都會造成巨大的資金損耗，為此有必要優(yōu)化和改進(jìn)火電廠鍋爐運(yùn)行方式。采取變壓變流量的方式，在保持汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥門基本全開的基礎(chǔ)上，通過改變汽輪發(fā)電機(jī)的蒸汽壓力來改變機(jī)組的功率，根據(jù)官網(wǎng)瞬時(shí)變化的壓力、流量等參數(shù)，自動改變火電廠鍋爐給水泵的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)變壓變流量的閉環(huán)調(diào)節(jié)。從變壓變流量工作原理可以明顯看出，其能夠有效地保持整個(gè)供水系統(tǒng)處于合理的運(yùn)行狀態(tài)，不會因突然升高或降低的蒸汽量和壓力而給機(jī)組各部分零件造成損害，從而實(shí)現(xiàn)延長機(jī)組使用壽命的目的。

2 火電廠鍋爐變壓運(yùn)行可行性分析

改進(jìn)火電廠鍋爐運(yùn)行方式之前，對新的運(yùn)行方式進(jìn)行可行性分析。決定火電廠鍋爐是否采取變壓運(yùn)行方式之前，要看其運(yùn)行過程中，各個(gè)受熱面所受到的工質(zhì)溫度是否偏離了安全值和水冷壁的水動力的特性。一方面，檢測各個(gè)受熱面的工質(zhì)溫度是否偏離安全是否偏離安全值范圍。一般在變壓運(yùn)行情況下，所能承載的負(fù)荷值能夠在百分五十以上至最大連續(xù)負(fù)荷范圍以內(nèi)。因而在計(jì)算參數(shù)時(shí)，保持鍋爐出口的過熱蒸汽量溫度不變，對鍋爐出口的不同壓力值進(jìn)行傳熱計(jì)算，通過計(jì)算值來判斷鍋爐的各個(gè)受熱面的工質(zhì)溫度是否在安全范圍之內(nèi)。如果在安全范圍值以內(nèi)，則可以保持不變，而一旦超出安全范圍值時(shí)，就要對其進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整；另一方面，則取決于水冷壁的水動力特性。當(dāng)鍋爐進(jìn)行變壓運(yùn)行時(shí)，水冷壁的工作壓力會相應(yīng)的降低，但是這一變化經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證明，水動力特性的下降幅度較小，仍在設(shè)計(jì)允許的范圍之內(nèi)。鑒于以上結(jié)論可以得出，火電廠鍋爐給水泵采取變壓變流運(yùn)行這一方式是可行的。

3 火電廠鍋爐給水泵變壓運(yùn)行方式的經(jīng)濟(jì)效益

電網(wǎng)容量的增大，進(jìn)一步帶動了火電廠機(jī)組參加調(diào)峰的力度、深度的擴(kuò)大，對提高火電

廠機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性至關(guān)重要。過去的定壓節(jié)流配汽時(shí)，需要考慮到部分負(fù)荷的變化以及對整個(gè)汽輪發(fā)電機(jī)內(nèi)效率的影響，而采取變壓變流的運(yùn)行方式則在部分負(fù)荷的全范圍內(nèi)都是節(jié)能的，但會造成初壓下降，而初壓下降會導(dǎo)致循環(huán)熱效率的降低?；痣姀S鍋爐給水泵運(yùn)行方式的經(jīng)濟(jì)性應(yīng)當(dāng)是根據(jù)機(jī)組內(nèi)效率與汽輪機(jī)相對內(nèi)效率的乘積值來衡量。日本敦賀火力發(fā)電廠1號鍋爐的性能實(shí)驗(yàn)實(shí)測可以看出（見圖1），在確認(rèn)變壓時(shí)，整個(gè)機(jī)組運(yùn)行在高負(fù)荷向低負(fù)荷變壓的全過程都可以保持高效率的運(yùn)行。由此可以看出變壓運(yùn)行方式具有高經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)點(diǎn)。

當(dāng)前，火電廠鍋爐給水泵的調(diào)節(jié)方式主要有三種：①節(jié)流調(diào)節(jié)；②變速調(diào)節(jié)；③變壓調(diào)節(jié)。這三種調(diào)節(jié)方式的節(jié)能效果比較（見圖2），A、B、C分別為節(jié)流、定壓、變壓變流三種不同運(yùn)行方式下的給水泵工作狀態(tài)點(diǎn)。圖2表明功率和流量呈三次方的關(guān)系，流量下降至額定流量的百分之五十時(shí)，其運(yùn)行功率為額定功率的百分之十二點(diǎn)五；當(dāng)流量下降至額定流量的百分之八十時(shí)，其功率下降為原功率的百分之五十一點(diǎn)二；該數(shù)據(jù)表明，采取變壓運(yùn)行方式，能夠大幅減少火電廠鍋爐給水泵的耗電量，節(jié)約幅度達(dá)百分之三十至百分之六十之間。

4 給水泵運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化、改進(jìn)及處理匹配

圖2 運(yùn)行方式的節(jié)能比較效果圖

通過對火電廠鍋爐給水泵運(yùn)行方式進(jìn)行優(yōu)化，采取變壓變流的運(yùn)行方式，該方式本身的變頻調(diào)速具有一定的特點(diǎn)和限定的應(yīng)用范圍。如果使用不當(dāng)，不僅不能收到效果，反而還會對節(jié)能省電不利。為此需要針對火電廠鍋爐給水泵運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化、改進(jìn)及處理匹配?；痣姀S鍋爐給水泵在額定轉(zhuǎn)速下的H—Q曲線（見圖3），由左及右，分為五段，從不穩(wěn)定區(qū)經(jīng)過左邊低效區(qū)再至中間高效區(qū)再到右邊低效區(qū)，最后為汽蝕區(qū)。OC和OE為高效區(qū)與左右低效區(qū)的分界線。當(dāng)參數(shù)設(shè)定發(fā)生變化時(shí)，OC和OE將共同聚集到J點(diǎn)，CDEJ的陰影面積正是該火電廠鍋爐給水泵運(yùn)行的高效區(qū)。

圖3 調(diào)速泵運(yùn)行工況分區(qū)

值得注意的是，當(dāng)火電廠鍋爐進(jìn)行混合給水時(shí)，此時(shí)的定速泵與調(diào)速泵開始以并聯(lián)的狀態(tài)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。此時(shí)定速泵和調(diào)速泵的揚(yáng)程相等，鍋爐給水泵的流量為定速泵和調(diào)速泵的并聯(lián)總流量?，F(xiàn)在假設(shè)，有一個(gè)鍋爐給水泵是由定速泵和調(diào)速泵兩個(gè)進(jìn)行混合給水，定速泵和調(diào)速泵都處在額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。具體的運(yùn)行工況（見圖4），AB1+2段至F1+2G1+2段分別為不穩(wěn)定區(qū)經(jīng)過左邊低效區(qū)再至中間高效區(qū)再到右邊低效區(qū)再到汽蝕段。且確保定速泵高效運(yùn)行的條件為HE≤H≤HC，即可得知混合給水狀態(tài)下定速泵的高效工作區(qū)、調(diào)速泵的高效區(qū)以及定速泵與調(diào)速泵混合給水情況下的調(diào)速范圍和流量調(diào)節(jié)范圍。

圖4 并聯(lián)水泵混合給水運(yùn)行工況分區(qū)

5 結(jié)束語

總而言之，火電廠發(fā)展的一大趨勢是變壓運(yùn)行不斷朝著大容量方向發(fā)展。大多數(shù)的火電廠都在不斷地嘗試和采取大容量的變壓運(yùn)行方式。故而大容量變壓運(yùn)行方式在火力發(fā)電廠中具有良好的運(yùn)用前景，為此，有必要針對火電廠鍋爐給水泵這一電廠耗電大戶進(jìn)行參數(shù)改進(jìn)、優(yōu)化和處理匹配，從而進(jìn)一步提升火電廠的運(yùn)行效率，同時(shí)有效的實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。

TM621

A

2096-2789（2016）12-0092-02

劉悅（1980-），男，吉林長春人，吉林大學(xué)動力機(jī)械及工程專業(yè)碩士，研究方向：內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)。