摘要：大容量调峰机组的变压运行是近年来火电厂的重要发展趋势。火电厂锅炉机组变压变流量的运行优点及可行性，同时探究变压运行对锅炉和给水泵运行的影响，并进一步探究火电厂锅炉给水泵运行参数的优化与改进。通过对变压方式进行大容量改进发现，其对火电厂给锅炉给水泵的运行不仅符合实际情况，而且还具有较强的适用性，有助于火电厂生产过程中的节能降耗。
关键词：调峰机组；给水泵；优化运行
近年来，火力发电正朝着大容量的变压运行方式进行转变。大容量的变压运行方式一方面能够满足电网负荷的变化，另一方面也能根据实际需要及时调整运行参数。大容量的变压运行方式会是火电厂发展的重要趋势之一。在火电厂发电过程中，锅炉给水泵是整个发电过程中耗能最大的重要辅机之一，给水泵运行的质量直接对影响着锅炉的运行质量，进而给整个机组的运行带来影响。
一、火电厂锅炉变压变流量运行的原理
通常情况下，火电厂汽轮发电过程中，为了使汽轮机的出力与外界变动负荷相匹配，都需要针对外界负荷的变化，及时调整火电厂汽轮发电机的功率。汽轮发电机运行的整个过程中，锅炉向汽轮发电机提供过热蒸汽，蒸汽出力的具体状况直接影响着整个汽轮发电机的运行情况。传统的锅炉运行方式主要采用定压节流运行，即保持锅炉出口的过热蒸汽量和蒸汽压力不变，通过改进汽轮发电机如后的调节阀开口度，进行蒸汽量和蒸汽压力的调节，从而实现发电机组负荷的变化。经过实践之后发现，运用汽轮机调节阀开度大小这一定压节流的方式，容易因为调节不当或者把握不准确，造成汽轮发电机进口的蒸汽量和蒸汽压力陡然下降，导致汽轮机的叶轮遭遇巨大的温度差距，从而产生较大的热应力和热变形，这一现象会给汽轮机造成极大损害，并且影响整个机组的使用寿命。这些设备往往造价高昂，修理和更换都会造成巨大的资金损耗，为此有必要优化和改进火电厂锅炉运行方式。采取变压变流量的方式，在保持汽轮机调节阀门基本全开的基础上，通过改变汽轮发电机的蒸汽压力来改变机组的功率，根据官网瞬时变化的压力、流量等参数，自动改变火电厂锅炉给水泵的转速，从而实现变压变流量的闭环调节。从变压变流量工作原理可以明显看出，其能够有效地保持整个供水系统处于合理的运行状态，不会因突然升高或降低的蒸汽量和压力而给机组各部分零件造成损害，从而实现延长机组使用寿命的目的。
二、给水泵运行参数的优化改进
优化给水泵的运行状态，优先从给水泵的设计参数考虑。如果给水泵的设计流量和设计扬程与所需值偏差较大，会导致水泵一直以一个较低的效率运行，造成能源的浪费。且水泵偏工况运行，动静结合处的间隙会因为磨损导致流量发生转变，使水泵效率进一步降低，所以设计参数的合理选择显得尤为重要。通常我们的设计流量为需求流量的±10%，设计扬程为需求扬程的±20%。若因故无法选择特别合适的锅炉给水泵，使泵实际运行的流量和扬程偏离需求值较大，则会使水泵的效率偏低，用电量偏大。此时可通过改变叶轮或导叶的直径，出口宽度，泵的级数等参数，按泵的相似理论进行调整，此方法不用重新设计生产，不用重新制作模具，生产周期和成本大大降低，经济有效，其中叶片切割定律运用最广泛。例如若已有的给水泵的流量扬程高于需要值，根据切割定律减小叶轮直径，并改变与叶轮配合的导叶入口处的尺寸，从而调整水泵的流量扬程至所需参数。或者可以通过增加水泵级数增加扬程，如果水泵增加一级，应重新校核泵轴刚度，若轴的强度不够则不能使用此方法。但是实际优化中改动单个因素往往不能达到目的，此时需要改动多个因素进行优化。
三、影响给水泵转速、调速范围的因素
由流体力学可知，泵流量与压力均为泵转速的函数，流量Q与转速n的一次方成正比，压力H与转速n的平方成正比，功率与转速的立方成正比，即 。泵的额定转速ne可由压力、流量综合水利模型确定，在给水系统设计、运行调节、改造设计时还应考虑下列影响泵转速的因素，特别是确定水泵工况点转速、变转速泵调节转速的运行工况点。
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1.振动安全性。多级锅炉给水泵的泵轴为挠性轴，为了安全运行，避免额定转速ne与临界转速接近或重合，以防止水泵产生共振，额定转速为两个临界转速之间的数值，一般调速范围确定为1.3ncr1≤n≤0.7ncr2。另外，当泵流量减小到一定范围时，在水泵叶轮的进口处、出口处将产生回流，泵体及给水管道振动和压力波动往往是二次回流引起的。因此，在水泵定型设计时，有必要通过实验验证、确定泵稳定运行的最低转速。但是一般泵在增速运行时不应超过额定转速的5%。
2.抗汽蚀性能。为保证泵正常运转而不发生气蚀，离心泵设计规范要求有效的净正吸入压头NPSHa（汽蚀余量），必须大于某一指定最小值，该最小值称为泵必须净正吸入压力（NPSHr），即NPSHa≥max{1.1NPSHr+0.5}；当离心泵调速后，NPSHr随转速的变化规律符合函数NPSHr1/NPSHr2=[n1/n2]1.3～2；给水系统设计还要考虑锅炉启动初期低负荷不能发生汽蚀，另外给水系统可以采取设计前置泵的措施。
3.运行经济性。根据给水泵的效率曲线可知其运行高效区范围一般在额定转速的60%～110%，泵在调速运行时同样不能超出这个范围，否则多数泵的运行效率将快速降低。
4.最小流量和最大流量的限制。前面说过泵流量是转速的函数，最小流量不一定是泵的最小转速对应的流量值，而是经过安全比选后的锅炉给水最小流量值。在锅炉达到额定蒸发量机组满负荷后，最大给水量还要维持汽包的水位保持正常范围。
5.最小压力和最大压力的因素。给水压力最小值应大于泵启动最低转速所对应的压力，应大于锅炉冷态启动汽包满水状态下的静压力加上管道阻力。给水压力的最大值应在锅炉满负荷时能维持汽轮机进口过热蒸汽的额定压力。泵压力是转速平方的函数，当转速为额定转速的70%时，压力仅为额定压力的一半，功率仅为额定功率的1/3。
6.电机和变频器特性因素。根据电机的效率曲线可知，效率能保持在高效区的电机载荷变化范围是50%～100%之间，电机转速低于25%时，效率下降很快，对于非变频调速，同样泵的负载调速范围是合理的；由于变频调速在调频的同时，也同步以一定的关系调整电压，可使电机在全调速范围内都位于高效区，所以调频泵组转速主要还是由泵的转速来确定。
四、给水泵的节能减耗问题
锅炉给水泵是火电厂耗能最大的机组之一，厂用电率一般在5%左右，最高可达机组负荷的10%。另一方面，国内火电机组负荷普遍不能满发，这也导致给水泵的在偏工况运行，效率偏低，进一步增加耗电量。水泵运行的实际工况点
是由管网和水泵的特性共同决定，工况点即为管网特性曲线和水泵特性曲线的交点，因此调节水泵工况点可以通过改变水泵特性和管网特性两种方法调节。改变给水泵的出口管路特性实际是对给水泵出口管道的阀门进行节流。改变给水泵
的特性曲线可以对水泵水力改造和对水泵进行调速等方式。其中调速方式主要有变频调速、利用液力耦合器调速、利用小轮机调速等。
对火电厂大容量调峰机组中锅炉给水泵的运行，提出了将变压变流量运行方式应用于锅炉机组；从可行性、经济性方面详细分析了变压运行的影响。研究表明，可以在锅炉受热面的工质温度维持在安全范围内及水动力特性下降幅度保持在设计标准允许范围内的前提下，对调峰机组实施变压运行。在大容量火力机组调峰运用越来越广泛的今天，变压运行方式具有较好的应用前景。本文的研究，对进一步优化大容量火电调峰机组的运行及节能降耗具有一定的实际意义。
参考文献：
[1]巩俐.火电厂锅炉设备及运.2016
[2]赵平..锅炉给水泵状态监测与故障诊断试验系统的研究.2016
[3].冉建.火电厂调峰机组中锅炉给水泵优化运行研究.2016
论文作者:郝勇
论文发表刊物:《电力设备》2018年第32期
论文发表时间:2019/5/16
标签：转速论文; 锅炉论文; 火电厂论文; 机组论文; 流量论文; 水泵论文; 给水泵论文; 《电力设备》2018年第32期论文;