国电电力大同第二发电厂 刘文斌 冯培良 马志红
摘 要：阐述了国产200mw机组原配置的锅炉富裕蒸汽量较大，随着汽轮机通流部分的改造，锅炉富裕蒸汽量更大。通过汽动给水泵改造，利用部分锅炉富裕蒸汽驱动给水泵，增加了单机供电量，相当于主机增容，是提高机组运行经济性较好的方法。通过对电动定速给水泵和变速给水泵的比较，说明汽动给水泵运行稳定性较好，使机组整体运行经济性得到明显的提高，并就大同第二发电厂改造的成功经验，提出了部分建议，为国产200mw机组汽动给水泵改造提供参考。
关键词：国产200mw机组；电动给水泵；汽动给水泵；安全性；经济性；建议
0、前言、
国产200mw机组设计于60年代，采用的是前苏联60年代的技术，国产的200mw机组在70年代初期开始在国内投运，国内目前投运有近200台，配置的锅炉高压给水泵为电动定速给水泵和电动调速给水泵两种类型。随着电力体制改革的深化，电力供应逐步市场化，在市场经济的杠杆调控下，“厂网分开、竞价上网”的改革方案将逐步实施，降低运行成本是各电厂的主要工作任务。降低发电煤耗，节约厂用电是降低运行成本的主要手段，而原投产时使用的电动给水泵是耗电主要设备，一般占厂用电率的30％左右，因此降低锅炉给水泵的耗电率是降低厂用电的主要环节。目前国电电力大同第二发电厂、大唐发电股份下花园发电厂等已进行了锅炉给水泵改造为汽动给水泵，取得了成功，使厂用电率大幅度的下降，给水泵运行的可靠性得到了提高。为汽动给水泵的改造提供了经验和依据。
1、汽泵改造的可行性：
国产200mw机组在设计初期考虑的设计方案，锅炉给水泵采用小汽轮机驱动，并已通过了设计审查，但后来由于当时国内变速小汽轮机的设计和制造等技术方面尚未成熟，因此最后的机组配置改用为电动给水泵，一般配置为三台半容量定速电动给水泵或两台全容量调速电动给水泵组，也有配置三台半容量调速电动给水泵组。但主机的设计未进行相应的更改，遗留下锅炉、汽轮机及相关配套的辅助设备余量过大，“机、电、炉”三大主机容量配置不当等缺点，机组运行的经济性也随之下降，并且辅机运行的安全性也不高。随着近几年国产200mw机组汽轮机通流部分的改造工作的完成，“机、电、炉”三大主机容量配置不当的缺点更加突出，经过通流部分改造的汽轮机在210mw额定负荷时，耗汽量仅为610t/h，而锅炉的额定蒸发量达670t/h，但由于受发电机所限，目前机组的额定出力仍为200mw，因此汽轮机和锅炉的效率都不能充分发挥，如要解决这一“瓶颈”问题，需对发电机进行相应的改造，这项改造工作量大，投资也高。随着机组单机容量的不断增大，以及电力需求的高峰负荷与低谷负荷差值越来越大，目前国产200mw机组在电网中多为调峰机组，使电动定速给水泵运行的经济性更差。虽然电动调速给水泵可以根据机组负荷的不同，通过调整转速满足锅炉给水流量的要求，但电动调速给水泵是采用液力耦合器进行转速的调整，耦合器自身固有的特点又决定了其在工作过程中也消耗一定的功率，其驱动损失功率可达额定功率的15％。小汽轮机的单位容量随着主机容量的增加而增加，其内效率也相应的提高，从而比液力耦合器驱动获得更为显著的经济效益，采用汽动调速给水泵不但节约大量的厂用电，而且利用锅炉部分富裕蒸发量驱动给水泵汽轮机，使供电量增加，相当于主机增容。随着国内300mw机组的逐年投运，且大部分配置的是半容量汽动给水泵，变速汽轮机的设计和制造技术日趋成熟，根据多年的运行情况看，汽动给水泵运行状况稳定，调节性能良好，可靠性较高，而且300mw机组半容量汽动给水泵略进行改造，即可配作为200mw机组全容量汽动给水泵。
2、汽动给水泵改造工作范围：
由于是设备改造工作，受现场位置所限，一般采用拆除一台原电动给水泵，在其原位置安装汽动给水泵，汽动给水泵应选用全容量给水泵，驱动汽轮机采用冲动式或反动式汽轮机。布置方式视现场情况可以选用不同标高的主泵运转层，根据布置方式不同而选择上或下排汽式驱动汽轮机和相应的给水泵。驱动汽轮机的工作汽源一般选用四段抽汽。根据西安热工所分别对采用＃3、＃4、＃5段抽汽方案的经济性比较，虽然采用＃5段抽汽主机热经济性最高，但由于＃5段抽汽参数较低，驱动汽轮机存在体积较大，制造困难的问题。排汽一般排入主机凝汽器，这样可以节约一部分改造费用，减小改造所需场地，简化系统。小汽轮机还配置有高压备用汽源，一般选用主蒸汽或再热热段蒸汽作为低负荷下的辅助汽源。油系统最好采用单独的集中供油系统，也可以采用和主机共用油系统的方式，给水泵汽轮机一般采用纯电调控制，因此控制油系统最好选择独立的供油系统，以保证控制油系统油质清洁。
3、汽泵运行的安全性：
与半容量电动给水泵相比，汽动泵自动化程度较高，操作相对简单，运行稳定，在运行启动过程中，汽动泵升速速率采用程序控制，有效的避免了电动泵瞬间启动对泵各部件的不良影响。与全容量电动变速给水泵相比，芯包使用寿命长，从目前来看，改造最早的汽动给水泵运行已5年多，运行效果良好，无需进行维修。而且，耦合器存在勺管在一定的开度时工作油温高的问题，并且涡壳内由于存在的空气，空气是可压缩性气体，会造成耦合器工作的不稳定性。此外，汽动给水泵在供电系统频率变化时，水泵运转转速不受影响，相对来说提高了汽动给水泵运行的稳定性。
4、汽泵运行的经济性：
电动给水泵在启动时，从静止到额定转速，启动力矩很大，为适应这个转矩，驱动电机配置容量一般要比给水泵的额定功率大30～50％，所以其经济性较差；其次电动给水泵采用节流的方法来调节给水流量，调节损失较大，且泵的余量越大，损失越高，这是电动泵不可克服的缺点之一。采用液力耦合器驱动的变速给水泵虽然可以在较小的转速比下启动，启动转矩较小，电机的配置容量不必考虑过多的富裕量，但是，从耦合器自身固有的特性来看，耦合器工作过程本身存在驱动损失功率，高达15％左右。而汽动泵不需要升速齿轮和液力耦合器，所以也不存在这些设备的传动损失。采用小汽轮机驱动降低了发电净热耗率，提高了机组运行效率，据有关资料计算结果证明，25万千瓦单元机组，在额定工况下可比液力耦合器提高运行效率4％左右；低于额定工况时，提高得更多。此外，变速下的小汽轮机内效率也略高于变速下的液力耦合器的传动效率，可减少年运行费用，同时由于汽动泵运行较稳定，与耦合器驱动变速泵相比，年节约设备维修费用20万元左右。更主要的是根据目前国产200mw机组普遍存在的“机、电、炉”容量不匹配的问题，采用汽动给水泵不需要进行发电机改造，即增加了机组输出电量。如下表1国电电力大同第二发电厂＃4机组汽动泵改造后的试验数据可见，在发电机功率相近的情况下，电动泵运行工况和汽动泵运行工况下的机组净热耗基本上差不多，但汽动泵运行后使厂用电率下降了2.3％左右，给水泵的耗电率由原来的2.5％下降到了0.2％，相当于年供电量增加3000万kw.h,每1kw.h电量按0.21元计算，折合人民币630万元。
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5、汽动泵改造的经验和建议：
5.1、小汽轮机的定速转速设置不宜过高。由于电网的需求，200mw机组深调负荷达80mw，因此在选用小汽轮机时的转速调整范围要合适，定速转速过高将无法满足低负荷时锅炉汽包供水要求。
5.2、由于是改造工程，汽动泵改造仅拆除一台电动给水泵，仍保留的电动给水泵作为备用泵，完全可以满足机组启动要求，同时从目前的运行情况来看，小汽轮机采用主机四段抽汽完全能够满足机组额定负荷运行时锅炉的给水需求。因此，从节约改造费用和简化运行系统方面考虑，建议取消备用汽源系统。
5.3、油质污染控制对转动设备的安全稳定运行影响很大，因此，建议汽动给水泵组油系统应配置在线专用油净化装置。
5.4、对于需要进行盘车的小汽轮机，应采用高速盘车，确保在最低盘车转速下，满足给水泵机械密封水自循环的要求。
5.5、由于采用排汽至主机凝汽器的方式，使主机凝汽器的排入热能增加，虽然主机凝汽器可以满足正常运行，但相对富裕余量减小。国内200mw机组大部分运行时间在15年以上，凝汽器铜换热管已到使用寿命，建议在换管时，同时进行凝汽器的改造工作，建议考虑适当的凝汽器冷却面积的富裕量。
5.6、在锅炉减温水系统设计过程中，应充分考虑汽动泵和电动泵运行方式的不同，锅炉一级减温水系统的运行方式。此外，根据大同第二发电厂汽动泵运行情况看，东方锅炉厂生产的5型炉的一级减温水布置在大屏前，需要的减温水压力较高，加之锅炉的燃烧不好，结焦严重，有时需求的减温水量大，远远超出设计范围，特别是在机组低负荷时，一级减温水量难以满足，致使锅炉超温。建议在主给水管道加装快速节流阀，在低负荷时用于提高一级减温水供水压力，正常运行时全开节流阀，使阀门节流损失与管道阻力损失相近。
6、结束语：
根据以上阐述，说明进行汽动泵改造是解决目前国产200mw机组“机、电、炉”配置的矛盾，提高机组整体运行经济性的较好的方法，而且据有关资料的技术经济性比较证明，对驱动给水泵总功率在6000kw以上时，采用小汽轮机直接变速驱动给水泵较合理。国内电厂成功的改造经验也提供了汽动泵改造的科学可行的依据，改造后的经济性也是比较明显的。
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