摘要：火力发电厂用工业汽轮机取代电动机拖动给水泵，减少能量转换环节，提高能源利用率。同时由于工业汽轮机变转速运行，变负荷时供水压力和流量不再靠阀门节流调节，避免了大量节流损失。给水泵汽轮机的汽源来源于火力发电厂工业供汽母管，其排汽作为除氧器的热源，实现能量的梯级利用。
关键词：火力发电厂；汽轮机；给水泵；节能
1汽轮机驱动给水泵的设备组成
通常火力发电厂都会在发电过程将锅炉出口处的蒸汽重新利用。发电厂将锅炉出口的蒸汽经发电机的汽轮机重新引入，蒸汽做功发电后排出，经过冷凝器凝结后进入热力除氧器，凝结水除氧后通过锅炉给水泵后进入锅炉，从而达到循环利用的效果。因锅炉出口处的蒸汽压力和温度都要高于热力除氧器需要的压力和温度，如果缺乏汽轮机驱动的给水泵，锅炉出口处的蒸汽就需要降压降温后达到进入热力除氧器的标准，那么蒸汽中的能量就会被消耗。在有了汽轮机驱动给水泵后，将锅炉出口处蒸汽引入汽轮机，蒸汽做功后进入热力除氧器，能避免蒸汽中的能量损失，实现能源的阶梯利用。
为了使火力发电厂能够充分利用锅炉持续供应的热量，从而达到节能降耗的目的，同时能根据外界环境变化控制系统运行速度。汽轮机驱动给水泵可以采用电解液调节系统来满足其调速要求，此系统配置简单，调速范围宽广，能达到50%~100%，只需额外安装一套信号控制反馈装置。其工作原理可概括为：终端反馈器收集信号后将收集的信号传递给系统调速器处理，然后由系统调节汽轮机主汽阀的相对开口大小，从而能控制重新进入系统的蒸汽速度，调整汽轮机转子的旋转速度，最终改变给水泵的流量大小。
近年来，大部分汽轮机生产企业都可以供应汽轮机、给水泵以及相应的冷却和控制调速系统的整套齐全设备。目前最先进的技术是一体化集成技术，该技术很大程度上简化了设备生产和安装工序。系统上方安装的是汽轮机主体、调速器和给水泵，下方是油箱和冷却器，具有安装简便、体积小、轻便的特点。
2汽轮机驱动水泵的优点
伴随着我国的火力发电厂的机组容量的整体不断提升，火力发电厂的整体给水容量以及整体汽轮机压力也在不断提升，所以单一的电动方式给水泵应用已经无法完全满足实际的给水需求，也无法达到给水供应的稳定性与安全性需求。电动机驱动条件下的给水泵主要采用定速运行处理方式，该种方式的水压和水流调节依靠传统的阀门控制方法，所以容易造成节流损失，而且一旦出现机组功率的整体压力增加，很容易同时带动电动机控制设备的整体负荷增加，成本也进一步增加，所以应该采用汽轮机驱动给水泵。
首先，汽轮机驱动方式可以有效获得高扬程，因为汽轮机的整体运行功率限制条件较少，所以可以有效满足给水泵大功率机组的运行需求。
第二，锅炉的低负荷运行过程中，汽轮机转速的自动控制与调整可以保证给水阀门损失降低。
第三，如果将给水泵与汽轮机进行直接连接，就可以有效避免出现转换过程中的能耗损失增加，可以有效提升整体机组运行的效率和能源利用率。
第四，给水泵的汽轮机作业主要是利用核心汽轮机进行抽汽处理，由此可以有效减少火力发电厂的冷却能源损失，可以提升整体的机组热能源经济效益。
3汽轮机驱动水泵节能分析
3.1三种驱动方式的用能分析
在分析便捷的需求下，需要将工频电机进行直接驱动的给水泵直接称作为电动给水泵。电动给水泵的实际功能概括就是将热能通过加工处理转化为电能，然后再将电能通过特殊处理方法转化为机械能。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆变频方式的给水泵也可以实现这一形式的能源转化，但是主要的区别在于频率的改变可以在应用符合锅炉供水需要的同时保证电能到机械能转化过程中的能源消耗。汽动给水泵主要是蒸汽能源作用下的能源转化，也就是热能到机械能的转化，所以可以通过汽轮机的整体进汽输入量来控制好水泵的压力。从实际的操作和应用原理分析也可以发现，汽动的水泵的能源的控制与能源转化也是直接的能源控制方式。
3.2改造方案的综合效益分析
通过企业设备节能改造，应该制定合理标准进行经济性衡量，可以进行综合的经济效益分析，如果采用3台200kW的电动给水泵加装1台200kVA进口变频器，通过频率控制来调节锅炉给水量和速度，以此来进一步降低发电厂厂用电的能源消耗，预算出实际的投资成本为30万元。
如果将3台电动给水泵改整体改造成3台220kW的汽动给水泵，因为整体机组运行方式差异，排除锅炉给水泵应用的可行性，剩余的机组设备都需重新更换，附加整体机组设备的安装费用，预计整体的投资成本为25万元。可以有效简化机组运行方式以及节省综合的投资成本，经过研究论证，可以将其整体改造成2台400kW的汽动给水泵，预计投资成本为20万元。
3.3改造后的实际效果分析
通过改造后的节能分析可以发现，将3台220kW电动给水泵改改装2台型号为B0.4-0.5/0.1、额定功率为440kW、进汽压力和温度分别为05MPa、250℃，排汽压力为0.3MPa的小汽轮机，驱动型号为GD88-85×5、流量为100m2/h、扬程为320m、功率为350.8kW、效率为75%的给水泵，合计投资成本为25万元。
4案例分析
某电力发电企业的30t/h循环流化床锅炉共4台，5台230kW电动能源给水泵为这4台锅炉提供用水，使用2台6000kW背压机组和2台3500kW背压供热机组来保障用户生产生活用热的需求。这套设备直接导致发电企业和电厂用电率上升了17%左右。因为这套电动给水泵是运用工频电机进行间接驱动所以无法改变给水泵的实际转速，在进行供热负荷缩小时，难以保证管道内的给水压力稳定。企业应该对设备进行节能改造，尽量延长设备的使用寿命，达到降低综合电厂用电效率的目的。
企业对设备进行节能改造，首先要综合各方因素制定合理标准进行经济性衡量，如进行综合性经济效益分析，第一种方案是采用3台200kW的电动给水泵加1台200kVA进口变频器进行组合，通过控制频率达到调节锅炉给水量和速度的目的，进一步降低发电厂用电量。改造这样的一套设备预算的投资成本为30万元。第二种方案是用3台220kW的汽轮机驱动给水泵替换原来的3台电动驱动给水泵。因为整体机组运行方式存在差异，需要对剩余的机组设备全部进行更新改造，加上改造过程设备的安装费用，预算投资成本为25万元。第三种方案是简化机组运行方式，这样比较节省综合的投资成本，经过研究对比，可以将这套设备整体改造成2台400kW的汽轮机驱动给水泵，预算投资成本为20万元。三种方案中第三种方案预算是最少的。
结论
运用工业汽轮机驱动水泵实现热功直接转换，既实现了水泵的变速调节，减少节流损失，又实现了汽源能量的梯级利用，是电厂节能降耗，提高经济效益的有效手段，设备投资回报率也高，因此具有较好的推广应用前景。
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论文作者:杨斌
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/7/9
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