汽泵乏汽供熱改造對機組安全運行的影響

王 強，白志剛，梁健康

（國網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001）

汽泵乏汽供熱改造對機組安全運行的影響

王 強，白志剛，梁健康

（國網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001）

介紹了某電廠的汽動給水泵乏汽吸收式熱泵機組系統(tǒng)，對該廠的給水泵汽輪機乏汽至主機凝汽器蝶閥進行流量計算，分析蝶閥特性，利用汽動給水泵排汽中間容積特性分析得出熱泵機組故障后蝶閥動作時間與汽動給水泵排汽壓力的關(guān)系，并制定合理的控制邏輯為機組的安全運行提供指導(dǎo)。

吸收式熱泵；給水泵汽輪機乏汽；蝶閥；安全性

0 引言

隨著吸收式熱泵技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，大規(guī)模利用電廠余熱供熱的技術(shù)和設(shè)備越來越成熟，回收汽輪機的乏汽余熱，開辟了城市冬季采暖供熱的新熱源。

目前，北方已有少量的直接空冷供熱電廠通過供熱改造利用汽輪機乏汽來提高熱網(wǎng)循環(huán)水的回水溫度，達到節(jié)能減排的目的。由于吸收式熱泵吸收的汽輪機乏汽相對于整個機組的乏汽來說占得比重較小，并且空冷變頻風(fēng)機的響應(yīng)速度快，所以，這種利用汽輪機乏汽的吸收式熱泵對主機的安全運行影響很小，投入使用時一般不引起重視。給水泵汽輪機乏汽吸收式熱泵利用的是給水泵汽輪機（以下簡稱“汽泵”）的乏汽，熱泵系統(tǒng)投運后汽泵的乏汽完全被熱泵系統(tǒng)所吸收，因此熱泵系統(tǒng)故障引起汽泵排汽壓力的波動，使機組的安全穩(wěn)定運行存在隱患，所以，分析汽泵乏汽吸收式熱泵對機組的安全運行就顯得特別重要。

1 汽泵乏汽吸收式熱泵機組系統(tǒng)

某電廠汽輪機組為原蘇聯(lián)哈爾科夫汽輪機廠制造生產(chǎn)的K-320-23.5-4型超臨界、一次中間再熱、單軸三缸、雙排汽、凝汽式汽輪發(fā)電機組，配套1臺主凝汽器，1臺100%容量汽動給水泵和1臺50%容量電動給水泵，給水泵汽輪機排汽直接入大機凝汽器。熱泵機組串聯(lián)在熱網(wǎng)回水管道回?zé)峋W(wǎng)首站加熱器前，熱泵機組作為對熱網(wǎng)循環(huán)水的一級加熱系統(tǒng)，熱網(wǎng)首站作為二級加熱系統(tǒng)。該熱泵以汽動給水泵的乏汽作為低溫?zé)嵩?，以汽輪機采暖抽汽作為驅(qū)動熱源，吸收乏汽的低位熱能。給水泵汽輪機排汽至主機凝汽器增設(shè)液壓蝶閥，當(dāng)熱泵投運時，通過調(diào)整液壓蝶閥來控制熱泵吸熱的乏汽量，當(dāng)熱泵完全投運后液壓蝶閥完全關(guān)閉，汽泵乏汽全部經(jīng)過液壓蝶閥前的汽泵排汽至熱泵蝶閥進入熱泵系統(tǒng)被熱泵系統(tǒng)完全吸收，乏汽疏水自流回到主機凝汽器，驅(qū)動蒸汽疏水經(jīng)疏水泵回到主機低壓加熱器系統(tǒng)。當(dāng)熱泵故障或跳閘液壓蝶閥快速開啟，同時關(guān)閉給水泵汽輪機排汽至熱泵蝶閥。

2 給水泵汽輪機乏汽至主機凝汽器蝶閥流量特性

當(dāng)已知閥門結(jié)構(gòu)尺寸時，其流量Q決定于閥前壓力p0、比容ν0，閥后壓力p1，不同升程時閥門的喉部面積Fv，有閥門流量公式（1）[1]。

式中：kν——閥門流量系數(shù)；

β——為彭臺門系數(shù)。

圖1 蝶閥開度和流量的關(guān)系曲線

由于該廠汽泵至主機凝汽器蝶閥后壓力和蝶閥前壓力基本保持不變，所以正常情況下蝶閥流量和開度的關(guān)系如圖1所示。

3 汽泵中間容積方程

該廠汽動給水泵乏汽系統(tǒng)至熱泵系統(tǒng)有將近270m3的中間容積，為了簡化計算，仍與通常推導(dǎo)中間容積方程一樣采用集總參數(shù)。其中儲汽量D的改變，是由壓力p與干度X改變而引起密度ρ

改變產(chǎn)生的，故可以寫成式（2）[2]。

若考慮到蒸汽在管道中的流動阻力，則在管道中各處壓力不等，壓力延流程逐漸下降。若用集總參數(shù)表示，認(rèn)為壓力的下降集中在進出口，容積內(nèi)壓力便為出口處壓力，但計算容積內(nèi)的蒸汽密度ρ值時，則用平均壓力。

4 汽泵乏汽吸收式熱泵對機組安全運行的影響分析

該廠給水泵汽輪機的高背壓保護動作值是30 kPa，熱泵投運時，汽泵的正常排汽壓力在7.5 kPa左右，排汽溫度在35℃，假如熱泵跳閘，汽泵至主機凝汽器蝶閥及旁路調(diào)門未動作，根據(jù)式（3） 可知從熱泵跳閘后到汽泵的排汽壓力升到30 kPa的時間如圖2所示。

圖2 汽泵跳閘時間與汽泵排汽流量的關(guān)系

從圖2可以看出如果汽泵至主機凝汽器蝶閥或旁路調(diào)門未動作汽泵的跳閘時間為2~3.3 s，因此要求汽泵至主機凝汽器蝶閥或旁路調(diào)門動作迅速，為了加快蝶閥響應(yīng)時間系統(tǒng)選用液壓控制蝶閥，增加了快開功能，快開時間為3 s。

熱泵跳閘后，液壓蝶閥快速動作，由于開始時閥門開度很小，流量很小，汽泵的排汽壓力升高，當(dāng)?shù)y開到一定程度，中間容積的流量增量與蝶閥對應(yīng)開度的流量大于汽泵的排汽流量時，機組趨于安全，汽泵的排汽壓力不再升高而是不斷降低恢復(fù)到初始值。

用蝶閥特性計算公式和汽泵中間容積狀態(tài)方程對該廠熱泵或熱網(wǎng)跳閘后，汽泵的排汽壓力與蝶閥動作時間進行擬合計算，見圖3。

圖3 蝶閥動作時間與汽泵排汽壓力

從圖3中可以看出隨著汽泵排汽流量的增加汽泵的排汽壓力擾動值越大，這與慣性定理一樣，質(zhì)量越大，慣性越大。針對該廠汽泵、熱泵乏汽吸收系統(tǒng)的上述特性，對汽泵至主機凝汽器蝶閥及旁路調(diào)門增加邏輯：當(dāng)汽泵排汽壓力大于8.5 kPa快開旁路調(diào)門且開到位后投自動；當(dāng)汽泵排汽壓力大于12 kPa時，快開液動蝶閥且關(guān)閉汽泵乏汽至熱泵關(guān)斷門。

經(jīng)過上述邏輯補充，給水泵汽輪機乏汽吸收式機組運行安全穩(wěn)定，抗熱泵的影響能力增強，在熱泵故障或掉閘后仍能穩(wěn)定運行。

5 總結(jié)

汽泵乏汽吸收式熱泵投運后給機組的運行帶來安全隱患，吸收式熱泵故障或掉閘使機組的汽泵排汽壓力瞬間升高，嚴(yán)重影響機組的安全運行。因此，汽泵排汽至主機凝汽器蝶閥的選型尤為重要，要充分考慮蝶閥流量特性和汽泵排汽中間容積對其的影響，針對不同類型的機組制定合理的邏輯保護顯得尤為重要。

［1］ 王西倫，于剛，曹昕慧，等.吸收式熱泵耦合大型抽凝機組供熱的經(jīng)濟性分析［J］.節(jié)能，2012（10）：26-29.

［2］ 曹祖慶.汽輪機變工況特性［M］.北京：水利電力出版社，1991：169-172.

Analysis on the Influence ofWaste-heat-absorbing Feed Pum p Turbine Transformation on Safe Operation of Unit

WANG Qiang，BAIZhi-gang，LIANG Jian-kang
（State Grid Shanxi Electric Power Research Institute of SEPC，Taiyuan，Shanxi 030001，China）

Waste-heat-absorbing heat pump unitof steam feed pump in a power plantwas introduced.The exhausted steam flow rate between feed water pump turbine and butterfly valve of condenserwas calculated.Based on the analysis ofbutterfly valve feature and steam volume feature，the relationship between the action time of butterfly valve and the discharge pressure of water feed pump was concluded.Besides，reasonable control logicwas formulated to provideguidance forsafeoperation ofunit.

absorption heatpump；the BFPTsteam exhausting；butterfly valve；security

TK018

A

1671-0320（2014）03-0054-03

2014-03-11，

2014-04-13

王 強（1978-），男，山西懷仁人，2002年畢業(yè)于武漢大學(xué)熱能動力工程專業(yè)，工程師，從事汽輪機組熱力試驗研究及調(diào)試工作;

白志剛（1978-），男，山西五臺人，2002年畢業(yè)于華北電力大學(xué)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷，工程師，從事汽輪機振動試驗研究工作;

梁健康（1961-），男，河北平山人，1982年畢業(yè)于沈陽黃金專業(yè)學(xué)校有色金屬壓力加工專業(yè)，工程師，從事科研院所的管理工作。