超临界CFB机组汽动给水泵给水研究_印江.pdf

第 37 卷 第 6 期2022 年 12 月Vol.37 No.6Dec.2022电力学报JOURNAL OF ELECTRIC POWER文章编号：1005-6548（2022）06-0531-08 中图分类号：TM621 文献标识码：A 学科分类号：47040DOI：10.13357/j.dlxb.2022.063开放科学（资源服务）标识码（OSID）：超临界 CFB机组汽动给水泵给水研究印江1，胡万平1，郝铭星2，袁华保峰1，钱正杰1，王鹏程2（1.山西大学，太原 030013；2.山西河坡发电有限责任公司，山西 阳泉 045011）摘要：针对山西某电厂 350 MW 超临界 CFB 供热机组汽动给水泵在夏季高温下给水不稳定现象，从数据层面分析了其不稳定的主要原因。分析了影响小汽轮机正常工作汽源的相关因素，并在 HV 阀门（高压调节阀）开启前后时刻对这些因素进行了采集，通过等功率比较分析得出，HV 阀门开启前后影响因素中变化较大的为背压，并对此设计了一套用来降低背压的间冷塔喷水减温系统。该喷水降减温系统能在 33 的环境温度下降低背压 4 kPa左右，有效提高了汽动给水泵的给水稳定性，为相关工程问题的解决提供参考。关键词：350 MW 超临界 CFB机组；小汽轮机；汽动给水泵；降低背压；喷水减温；HV阀Study on the Feed Water of Steam Feed Pump of Supercritical CFB UnitYIN Jiang1，HU Wan-ping1，HAO Ming-xing2，YUAN-HUA Bao-feng1，QIAN Zheng-jie1，WANG Peng-cheng2（1.Shanxi University，Taiyuan 030013，China；2.Shanxi Hepo Power Generation Co.，Ltd.，Yangquan 045011，China）Abstract：In view of the phenomenon that the steam feed pump of 350 MW supercritical CFB heat supply unit in a power plant in Shanxi Province is instability under high temperature in summer，the main reasons for its instability from the date level are analyzed.Relevant factors of affecting the normal working steam source of small steam turbine are analyzed，and the data of these factors is collected before and after the HV valve（high-pressure regulating valve）is opened.Then the back pressure change greatly among these relevant factors through equal power comparison and analysis，so a water spraying temperature reduction system of intercooling tower for reducing the back pressure is designed.The water spraying temperature reduction system can reduce the back pressure about 4 kPa under the high temperature environment of 33 and can effectively improve the stability of the steam feed，and it provides a reference of solving related engineering problems.Key words：350 MW supercritical CFB unit；small steam turbine；steam feed water pump；reduce back pressure；water spraying temperature reduction；HV valve 收稿日期：2022-08-15作者简介：印江（1967），男，副教授，研究方向为大型电站复杂过程智能优化控制；胡万平（1996），男，研究生，研究方向为电站智能控制，；郝铭星（1987），男，工程师，研究方向为大型火电机组生产运营；袁华保峰（1998），男，研究生，研究方向为大型电站复杂过程智能优化控制；钱正杰（1997），男，研究生，研究方向为运动控制；王鹏程（1979），男，高级工程师，研究方向为大型循环流化床机组运行管理。引文格式：印江，胡万平，郝铭星，等.超临界 CFB机组汽动给水泵给水研究 J.电力学报，2022，37（06）：531-538.DOI：10.13357/j.dlxb.2022.063.第 37 卷电力学报0 引言 随着我国电力体制改革相关方案的相继出台，大部分火力发电企业采用技术改革的方式来降低成本。其中，在锅炉供水系统中配置的电动给水泵需要使用电力来驱动，消耗了较多的厂用电，因此，采用汽动给水泵代替电动给水泵的配置方式十分有必要1。汽动给水泵的动力来源为小汽轮机，小汽轮机的转动带动汽动给水泵转动。以山西某电厂为例，小汽轮机正常工作进汽来自主汽轮机中压缸四抽蒸汽，利用在主汽轮机中压缸中做完功的蒸汽来为汽动给水泵的运行提供动力。由于汽动给水泵的出力大小取决于小汽轮机的进汽情况，四抽蒸汽的状态会影响汽动给水泵的运行，在夏季高温情况下会出现 HV 阀门（高压调节阀）频繁开启现象，使得小汽轮机的转速在 HV 阀门开启时刻变化较大的现象较频繁地发生，进而导致汽动给水泵的给水效果与预期相差较大，使得汽动给水泵给水不稳定，给电厂的运行带来了安全隐患。经查阅相关文献可知，在提高汽动给水泵给水稳定性方面已有许多学者做过研究，并且取得了一些有益的效果。学者们的研究主要包括给水系统设备的物理结构分析与改进2、小汽轮机控制方式优化3-5、汽动给水泵超速保护装置的改进6、性能试验7-8等。文献 2 对小汽轮机出力不足的现象进行了分析，分别对汽动给水泵和小汽轮机的内部结构进行检查研究，解决了因设备的物理结构发生改变而造成的汽动给水泵出力不足的问题；文献 3-5 从优化给水系统的给水控制方式入手，根据机组的实际运行情况对小汽轮机汽源切换方式和给水控制方式的控制逻辑进行了优化；文献 8 从性能试验的角度对汽动给水泵出力不足的现象进行了实验研究分析，得出汽动给水泵出力不足的原因为小汽轮机的轴功率输出无法达到要求。这些研究都为汽动给水泵的给水稳定性的提高做出了贡献。本文从 HV 阀门开启时刻入手，采集相关数据，分析 HV阀门频繁开启的具体原因并采取相应的解决措施。1 汽源概况 某电厂的小汽轮机正常工作汽源来自主汽轮机中压缸四抽蒸汽，另外两个汽源分别为辅助蒸汽和高压冷再热蒸汽。小汽轮机进汽示意图见图 1，小汽轮机通过轴联器与汽动给水泵连接，图中用虚线表示。当机组处于正常的工作状态下，小汽轮机的工作汽源由主机中压缸四抽蒸汽提供，辅助蒸汽主要用于启动和调试，高压冷再热蒸汽作为备用汽源9；当四抽蒸汽不足导致小汽轮机进汽压力无法满足正常工作条件，或者小汽轮机出力受阻时，低压调节阀的开度逐渐增大，当低压调节阀开度增大到一定值时 HV 阀门逐渐打开，此时小汽轮机进汽由四抽蒸汽转换为高压冷再热蒸汽10，完成小汽轮机汽源切换操作11。本研究中，HV 阀门开启临界条件为低压调节阀的开度超过 80%，随着低压调节阀开度进一步增大到 100%，HV 阀门的开度也从 0%逐渐地增大到 100%。另外，四抽蒸汽的大小与主机中压缸的进出汽有关。因此，为了更加直观地表达出影响小汽轮机进汽的因素，参照实际运行情况，绘制了该电厂 1#机组主机中压缸的进出汽示意图，如图 2所示。图 21#机组主汽轮机中压缸进出汽示意图Fig.2Schematic diagram of medium pressure cylinder of 1#unit main steam turbine intake and exhaust steam图 1小汽轮机进汽示意图Fig.1Schematic diagram of small steam turbine exhaust steam532第 6 期印江，等：超临界 CFB机组汽动给水泵给水研究从图 2可以看出，主机中压缸的进汽为再热蒸汽，出汽分别为三段抽汽、四段抽汽、五段抽汽（以下简称为 3#抽、4#抽和 5#抽）和中压缸排汽。其中 3#抽输送到 3#高压加热器，4#抽输送到除氧器和小汽轮机，5#抽输送到 5#低压加热器和热网。由于 3#抽只输送给 3#高压加热器，一般来说，在相同有功功率条件下，3#抽的压力变化不大，保持在相对稳定的范围；除氧器进汽压力和 5#低压加热器进汽压力也在相同有功功率下保持相对稳定。综合上述分析可知，对小汽轮机进汽的主要影响因素进行分析时，再热蒸汽进汽、热网的对外供汽和中压缸排汽等是必须考虑的。2 汽动给水系统状态分析 2.1现象产生目前，在一些大型火力发电机组的给水系统中，考虑到不同的工作状态，同时配备有汽动给水泵和电动给水泵12-13。电动给水泵主要工作在锅炉小流量上水阶段，在上水期间也对汽动给水泵进行冲转和暖机操作，上水完成以后，切换为汽动给水泵给水。采用汽动给水泵给水虽然比电动给水泵节约厂用电，但是在夏季高温情况下会较频繁地出现小汽轮机转速无法满足汽动给水泵转速和功率的要求，以及 HV 阀门打开时小汽轮机转速突升的现象，导致汽动给水泵给水不稳定14。2.2系统分析由于汽动给水泵通过轴联器与小汽轮机连接，小汽轮机的转动带动汽动给水泵转动，因此，汽动给水系统的主要研究对象为小汽轮机，接下来将围绕小汽轮机来进行分析。2.3数据处理分析2.3.1数据采集为了更好地研究夏季高温汽动给水泵给水不稳定的情况，对该电厂 1#机组某年 5月10月的 HV 阀门开启状态进行了采样，在采样时刻的选取过程中，以每次 HV 阀门的开度大于 6%为采样依据。根据图 2所述及运行经验，将机组有功功率、高温过热器出口压力、背压、热段再热蒸汽压力、中压缸排汽压力、中压缸排汽流量、3#抽压力、4#抽压力、4#抽至给水泵汽轮机流量等因素纳入影响因素的范围。记录每一个 HV 阀门采样时刻所对应的影响因素值，并将这些数据整理在表格中，将表格中的 HV阀门开启和未开启数据进行预处理15。利用等工况划分的研究方式对数据进行处理16，具体的方法是以有功功率每变化 10 MW 为基准，剩下的其他每个影响因素数据按照其对应所在的功率段进行从小到大排列，以此记录每个影响因素在对应功率段的变化范围，方便下一步的分析。剔除某些波动大的数据之后，记录的有功功率变化范围为 270 MW310 MW，记录的数据如表 1所示。为了更加直观地表现出夏季高温下的汽动给水泵失稳的影响因素区别，对表 1等功率段中的每个影响因素的数据段，取中间值并以柱状图的形式表示出来，并对其进行分析。2.3.2数据分析与结论根据表 1中的数据所得出的柱状图如图 3所示。在相同的有功功率段条件下，夏季高温条件 HV阀门开启与未开启状态相比较可得：3#抽压力、4#抽压力和中压缸排汽压力基本保持不变，小汽轮机进汽量增大约 10 t/h，小汽轮机转速增大140 r/min340 r/min。通过图 3（a）中的比较得出，主蒸汽压力增大 0.58 MPa2.41 MPa；通过图 3（b）中的比较得出