小汽轮机经济性分析

任立伟

【摘 要】现如今火力发电厂是复杂的热力系统，其运行经济性也是不仅依赖于主机效率，同时还取决于热力系统中所有辅机的配置和运行方式。本文主要研究了给水泵的原驱动小汽轮机，分析了国内外大机组采用小汽轮机驱动给水泵的经济合理性，以及对给水泵驱动方式进行了比较，以便于实际应用。

【关键词】给水泵；汽轮机；经济性

0 引言

1）此项分析研究意义和如今和将来必要性

（1）如今发电机组单机容量和蒸汽参数的提高，其热经济性不仅依赖于机组本身，而且还依赖于热系统中辅机的配置和运行方式。

（2）除了要求机组在额定工况下有较高的经济性外，同时还要求汽轮机组适应在变压运行和滑压运行方式下工作。

（3）在发电企业辅机设备中设置独立的与主汽轮机分离的汽轮机驱动给水泵已逐渐成为大功率机组中应用最多的驱动方式。

（4）给水泵汽轮机的工作汽源在额定工况時，来自主汽轮机的抽汽，排汽直接进入主凝汽器或自备凝汽器。

（5）给水泵汽轮机与主汽轮机低压缸并联布置，这就有效的增加了排汽面积，使主汽轮机的排汽损失减小，从而提高了整个热力系统的热效率。

（6）锅炉给水泵是火力发电厂中耗电最大的辅机之一，并随着机组参数和容量的不断提高，这一特点显得更为突出。

2）我国以及国外的给水泵应用现状

（1）锅炉给水泵汽轮机是机械驱动用工业汽轮机的一个重要分支，这是一种变转速，变功率，变（蒸汽）参数、多汽源的汽轮机。

（2）根据调查，300MW及以上大型火电机组用汽轮机驱动给水泵，其经济性能够显著提高。

（3）国外约有80%以上的发电机组采用小汽轮机驱动锅炉给水泵的方式。

（4）目前我国也是较多大型机组也采用小汽机驱动给水泵，因为这样不仅在经济性上能够提高，还由于变速给水泵汽轮机的固有特性可满足给水泵对可靠性的各种要求变化。

1 小汽轮机的驱动与电能驱动的特点介绍

1.1 给水泵的驱动方式

电动方式也有两种：一是，定速泵，泵出口流量及压力由调节阀调节，因耗电多、经济性差，仅作为启动备用泵；二是，调速泵，依靠液力偶合器来改变转速，以调节泵出口流量及压力。

小汽轮机用辅汽启动临机供汽，根负荷变化汽量变化调节转速，改变供水量

1.1.1 经济性比较

1）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；

2）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。

3）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，但是，耦合器自身也消耗一定的功率高达15%左右。

4）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。

5）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。

6）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小汽轮机，使供电量增加，相当于主机增容。

（7）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。

1.2 两种驱动方式的热经济性比较

1.2.1 热耗是判断汽轮发电机组热力循环和运行情况的主要指标，以考虑问题的角度不同，它有两种形式，一种称为毛热耗，一种称为净热耗。对中间再热式机组采用电动给水泵时可通过计算得出结果。

1.2.2 由于实际机组运行情况及电动泵配备情况不尽相同，以多种电动泵所耗功率的平均值作为计算依据来计算电动方案的净热耗[5]。对某机组冷凝式汽动方案进行了热力计算，求出了在不同工况下的净热耗率。同时，根据电动机的平均功率及各机组的原设计毛热耗率，在考虑了给水在泵中的焓升对主机功率的影响后，计算出了电动定、变速泵在定压方式下的净热耗率。

1.2.3 采用冷凝式汽动方案，热经济性均比采用电动泵要好。尤其是低负荷时采用定速电动泵机组热经济性下降更多。这主要是由于定速电动泵不能变速，只能用节流的方法来降低泵的出口压力，使机组在低负荷运行时效率下降很多。

1.2.4 采用汽动方案其热经济性与变速电动泵方案相比，在额定负荷时有所提高，但不显著，而在50%～90%负荷时，随着负荷的降低则有较大的提高。小汽机虽然内效率比主机小，而且还有管道压降等造成的损失，但小汽机在负荷变化时内效率变化较小，又是直接带动给水泵，中间的能量转换与传递环节少，因而热经济性好。

1.3 应用“综合煤耗”讨论给水泵驱动方式

1.3.1“综合成本煤耗率”的计算方法克服了传统热力学分析方法的局限性，把热力学和经济学有机地结合在一起。

1.3.2 “综合成本煤耗率”就是：综合成本煤耗率zhb=综合发电成本能价/标煤单价其中，综合发电成本能价包括两部分：发电成本能价（发电煤耗率×标煤单价）和自用能价（厂用电率×上网电价）。

1.3.3 综合成本煤耗率的物理意义是：发出1kWh的电能按综合发电成本折算过来的标煤消耗量。判断采用那种驱动方式经济合理，还可以用机组综合成本煤耗率作为判断。如采用汽动给水泵其综合成本煤耗率较低，则采用汽动给水泵；反之，采用电动给水泵。

1.3.4 经计算采用电泵驱动虽然发电煤耗率较低，但电厂用电率高达10%，比采用汽动给水泵高出近6%，使供电煤耗率高约20g/kWh，综合成本煤耗率高约50——60g/kWh，所以300 MW及以上大容量机组须采用汽动给水泵驱动。

2 小汽轮机的形式

主要分为背压式、背压抽汽式与凝汽式三种型式。目前国内主要采用凝汽式小汽轮机，所以就着重说明。

2.1 凝汽式小汽轮机

目前，广泛应用的凝汽式给水泵汽轮机均设计为纯凝汽式。以此来简化整个热力系统并增大机组在运行上的灵活性。它的乏汽排入自备凝汽器或排入主凝汽器中。当主机低负荷运行时，主机抽汽压力相应下降，主机抽汽压力下降到某一程度时，就要利用专门的自动切换阀门将高压汽源引入给水泵汽轮机。

1）采用凝汽式汽轮机后，机组的经济性有了很大的提高和改善。

2）小汽轮机的工作蒸汽可以取自主汽轮机的任何一段抽汽。

3）凝汽试小汽机也有缺点：

（1）蒸汽在给水泵汽轮机膨胀处的温度过大使其内效率下降，增大末级叶片的水蚀。

（2）由于供汽压力较高，进入给水泵汽轮机的蒸汽容积流量较小，降低了通流部分喷嘴和叶片的高度。由于以上的原因，给水泵汽轮机的内效率要比主汽轮机的内效率低很多，部分的抵消了它对改善机组经济性的积极作用。

3）为了改善以上的不足，给水泵汽轮机的工作蒸汽均取自于主汽轮机的中间再热后的某一抽汽口，为降低主汽轮机的末级排汽损失，供汽点的压力希望尽可能的低。此外，较低的抽汽压力可增大进汽积，改善给水泵汽轮机的相对内效率，进一步降低机组的热耗率。

4）供汽压力太低就要导致给水泵汽轮机的最末级的排汽面积的过分增大，限制了本身转速的提高，同时其余速损失进一步加大，降低其相对内效率。为此，给水泵汽轮机的工作蒸汽常取自主汽轮机的中、低压缸的连通管或压力较高的上一级的抽汽口处，额定功率下压力为0.1-1.0MPa。

3 结论

国内的电站锅炉给水泵驱动方式主要有电动和汽动两种。从运行经济性、输出净功率、热经济性、综合成本煤耗率这几个方面分析比较得到：在大机组中小汽轮机驱动给水泵节约了厂用电，降低了发电净热耗率，增大了主机的出力，降低了综合成本煤耗率，使机组的运行经济性得到了明显的提高，又因为汽动给水泵运行稳定性较好，调节性能良好，均优于电动给水泵。

【参考文献】

[1]王中森.国内外锅炉给水泵汽轮机的概况[J].工业汽轮机，1991.

[2]马文智.现代火力发电厂高速给水泵[M].水利电力出版社，1984.

[3]郭立君.泵与风机[M].中国电力出版社，1997

[责任编辑：尹雪梅]