火電廠鍋爐給水泵優(yōu)化運行分析

王浩杰 蘆松 白霞 靖欣榮 韓曉偉

摘 要：節(jié)約能源是我國社會主義建設(shè)中實現(xiàn)四個現(xiàn)代化的一項基本國策，也是我國今后長期的戰(zhàn)略任務(wù)?；鹆Πl(fā)電廠是耗電大戶，據(jù)統(tǒng)計，全國火力發(fā)電廠的平均廠用電率約為7%-8%，其中泵與風(fēng)機(jī)的耗電量占廠用電的75%左右，所以，在火力發(fā)電廠中，大力開展泵與風(fēng)機(jī)的節(jié)電，是節(jié)約廠用電的主要途徑。目前，我國火力發(fā)電廠中的一些中小型機(jī)組的泵與風(fēng)機(jī)，還普遍存在著效率低、設(shè)計參數(shù)與主機(jī)的需要不匹配、調(diào)節(jié)效率低等問題，尚有很大的節(jié)電潛力可挖。

關(guān)鍵詞：鍋爐給水泵；優(yōu)化運行；系統(tǒng)；經(jīng)濟(jì)性

0 引言

鍋爐給水泵是火電廠的重要輔機(jī)之一，隨著大型高溫高壓火電廠的出現(xiàn)，給水泵的單機(jī)功率也不斷增大，成為火電廠的耗電大戶。近年來，我國電網(wǎng)的用電結(jié)構(gòu)已發(fā)生了變化，農(nóng)、輕、市政及人民生活用電的比例逐年增加。另外，由于季節(jié)性農(nóng)罐用電和工廠晝夜負(fù)荷差等原因，致使電網(wǎng)年負(fù)荷曲線和日負(fù)荷曲線的峰谷差越來越大，其值一般達(dá)到電網(wǎng)最高負(fù)荷的30%，有的電網(wǎng)甚至達(dá)到50%，這就要求這類調(diào)峰機(jī)組配套的給水泵有一個合理的運行方案，以最大限度地降低給水泵的耗電量。

1國內(nèi)機(jī)組運行現(xiàn)狀

對于大容量單元制機(jī)組，有些火力發(fā)電廠每臺機(jī)組配置了三臺50%容量的鍋爐給水泵。一般在高負(fù)荷時兩臺運行，一臺備用。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷變化時，通過改變給水泵的運行方式以適應(yīng)變負(fù)荷的要求。例如當(dāng)主機(jī)機(jī)組負(fù)荷等于或小于額定負(fù)荷50%時，可能采取的運行方式有以下六種：

（1）兩臺給水泵全速、主汽輪機(jī)定壓運行；

（2）單臺給水泵全速、主汽輪機(jī)定壓運行；

（3）兩臺給水泵變速、主汽輪機(jī)定壓運行；

（4）單臺給水泵變速、主汽輪機(jī)定壓運行；

（5）兩臺給水泵變速、主汽輪機(jī)滑壓運行；

（6）單臺給水泵變速、主汽輪機(jī)滑壓運行；

當(dāng)主機(jī)機(jī)組負(fù)荷所需給水泵的流量超過單臺給水泵所規(guī)定的最大流量時，給水泵就只能采用兩臺并聯(lián)運行，而這時的運行方式也只可能有兩臺給水泵并聯(lián)全速、定壓，兩泵并聯(lián)變速、定壓，兩泵并聯(lián)變速、滑壓三種。

調(diào)峰機(jī)組經(jīng)常處于低負(fù)荷運行，為提高低負(fù)荷運行時的經(jīng)濟(jì)性，特別是降低給水泵的功率消耗，機(jī)組常采用變壓運行，變壓運行機(jī)組低負(fù)荷運行時，給水流量少，壓力低，采用變速給水泵可減少給水泵的功率消耗。而往往變速運行的經(jīng)濟(jì)效益是比較大的，應(yīng)當(dāng)引起足夠的重視。

2水泵的節(jié)能原理

泵與風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)方式與節(jié)能的關(guān)系極為密切，過去的泵與見機(jī)普遍采用改變閥門或者擋板開席的節(jié)流方式，近年來，變速調(diào)節(jié)的經(jīng)濟(jì)性得到了大家的廣泛認(rèn)可，尤其對于大型機(jī)組和調(diào)峰機(jī)組的一些主要的泵與風(fēng)機(jī)，采用經(jīng)濟(jì)而可靠的調(diào)節(jié)方式更是當(dāng)務(wù)之急。

給水泵的性能參數(shù)是針對某一轉(zhuǎn)速而言的，當(dāng)實際運行轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速不同時，其運行參數(shù)也會發(fā)生變化，當(dāng)轉(zhuǎn)速改變時，工況相似的一系列點是按二次拋物線規(guī)律變化的，且拋物線的頂點位于坐標(biāo)原點。我們稱此拋物線為相似拋物線。

需要說明的是：上述節(jié)能效果的分析，實際上只是分析了在理想情況下最大可能的節(jié)能潛力。而實際的節(jié)能效果還要受到諸如轉(zhuǎn)速效應(yīng)、變速調(diào)節(jié)設(shè)備本身的能量消耗等因素的制約。因此，變速調(diào)節(jié)的實際節(jié)能效果要小于理想情況下最大可能性的節(jié)能效果。

3目前給水系統(tǒng)并聯(lián)運行方式

目前母管制給水系統(tǒng)并聯(lián)運行的調(diào)度方式主要有以下幾種：

（1）臺數(shù)調(diào)度法：根據(jù)所需給水量的變化，增減容量大小基本相同的運行泵的臺數(shù)。這種方法由于存在節(jié)流損失，并且變負(fù)荷時效率下降而浪費了大量電能，同時其可調(diào)流量檔也受限制，因而經(jīng)濟(jì)性很差，僅用于小型機(jī)組的鍋爐給水泵中。

（2）經(jīng)濟(jì)調(diào)度法：給水系統(tǒng)配備了流量大小不同的給水泵，根據(jù)負(fù)荷大小搭配運行。這種方法和臺數(shù)調(diào)度法相比，可調(diào)流量檔有所增加，變負(fù)荷時效率有所增加，但仍存在較大的節(jié)流損失。

（3）轉(zhuǎn)速調(diào)度法：通過改變給水泵的轉(zhuǎn)速來改變流量、揚程及功率，從而達(dá)到調(diào)節(jié)的目的。采用這種方法，因不存在節(jié)流損失，并且運行效率高而節(jié)約了大量能源，但其調(diào)速范圍受到運行經(jīng)濟(jì)性及安全可靠性的制約。如果轉(zhuǎn)速太低將引起效率降低、揚程不足和水泵運行不穩(wěn)定等問題。

（4）優(yōu)化調(diào)度法：考慮運行臺數(shù)、大小匹配和轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，同時兼顧安全可靠性的一種調(diào)度方法。由于兼顧了三方面的因素，就有可能使運行的給水泵組最大限度地降低能耗。

4火電廠鍋爐給水泵優(yōu)化運行的數(shù)學(xué)模型

根據(jù)以上討論，建立在保證滿足鍋爐給水需求的前提下，優(yōu)化調(diào)度給水系統(tǒng)中各給水泵組運行工況的數(shù)學(xué)模型。

4.1 目標(biāo)函數(shù)

直接反映給水泵運行是否經(jīng)濟(jì)的是輸送每m3水所耗功率的多少.因此，把耗電率的多少作為目標(biāo)函數(shù)來求解.

4.2約束條件

（1）根據(jù)火電廠系統(tǒng)運行的前提條件，首先應(yīng)滿足基本的約束條件，即流量需求。

（2）并聯(lián)運行的鍋爐給水泵一般采用母管制給水系統(tǒng).從泵中流出的水流到母管之間有一個壓力降。

（3）流量限制，為了降低功耗，要求參與運行的每臺泵盡可能處于高效運行狀態(tài)，或盡量靠近高效區(qū)。

（4）轉(zhuǎn)速限制，從原理上可以根據(jù)電動機(jī)的調(diào)速方法將其分為電動機(jī)的非變頻調(diào)速（如調(diào)壓、串接電阻、變極、液耦調(diào)節(jié)等）和采用變頻調(diào)速裝置的變頻調(diào)速兩種方式。

5結(jié)論

（1）通過對節(jié)流調(diào)節(jié)和變速調(diào)節(jié)給水泵降低的功率消耗比較，可以得出變速調(diào)節(jié)也是一種節(jié)能潛力很大的調(diào)節(jié)方式。

（2）本文提出的“優(yōu)化運行”方案以耗電率作為目標(biāo)函數(shù)，約束條件全面考慮了所有能使給水泵處于最優(yōu)運行狀態(tài)的條件。不但能盡量減小其耗電率，節(jié)約能源，提高運行經(jīng)濟(jì)性，而且還兼顧了安全性。比起其他調(diào)度法來，其應(yīng)用范圍和經(jīng)濟(jì)效益都更好一些。

（3）以母管壓力作為主要控件，這就避免了由于出口壓力相同而母管壓力不同而導(dǎo)致的母管內(nèi)水力損失。

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