大型机组汽动给水泵汽轮机热力计算与经济分析

1摘要给水系统是发电厂热力系统的重要组成部分，它的工质流量大，压力高，对发电厂的安全，经济，灵活运行至关重要。而给水泵是给水系统的主要设备。通过对汽动给水泵组的研究，对汽动给水泵汽轮机进行热力计算与经济分析，我们可以更好的对给水系统进行调整和改进，来使整个机组的效益提高。本论文围绕大型机组给水泵汽轮机效率和经济性分析这一课题，着重分析该汽轮机在机组额定工况运行中效率计算的问题。首先介绍了给水泵的两种驱动方式——电动和汽动，重点介绍了汽动给水泵的形式以及其优缺点。然后采用热力学方法，从给水泵端着手，通过计算在额定工况下给水泵的有效功率，从而得出给水泵的轴功率，由机械效率方面可以得出给水泵汽轮机的轴功率，最终得出给水泵汽轮机的效率以及功率。最后本论文对电动给水泵和汽动给水泵通过以下几个方面进行了经济性比较：（1）运行经济性（2）输出净功率（3）热经济性（4）综合成本煤耗率关键词：给水泵汽轮机经济性效率2目录前言..........................................................................3第一章给水泵驱动方式概述....................................................51.1电动机驱动.............................................................51.2汽动给水泵.............................................................61.2.1主汽轮机驱动.......................................................61.2.2给水泵汽轮机驱动...................................................61.2.3给水泵汽轮机的形式.................................................61.2.4凝汽式给水泵汽轮机.................................................71.2.5给水泵汽轮机驱动的优点.............................................8第二章汽动给水泵的计算.....................................................102.1汽轮机机组的热经济性指标..............................................102.2汽轮机效率与经济运行..................................................122.3主汽轮机的计算........................................................122.4给水泵汽轮机效率计算方法的确定........................................132.5泵效率的计算式........................................................15第三章实例分析与计算.......................................................173.1给水泵和给水泵汽轮机的规范............................................173.2给水泵主要参数........................................................183.3给水泵汽轮机计算......................................................19第四章电动给水泵与汽动给水泵经济性比较.....................................204.1运行经济性比较........................................................214.2两种驱动方式输出净功率的比较..........................................214.3两种驱动方式的热经济性比较............................................224.4用“综合成本煤耗率”判断给水泵驱动方式................................26第五章结论..................................................................27致谢..........................................................错误!未定义书签。参考文献......................................................错误!未定义书签。3前言随着汽轮发电机组单机容量和蒸汽参数的提高，电站的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。由于电网容量的迅速增大，昼夜之间负荷的差值也就越来越大，大容量机组参加调峰的问题已经迫在眉睫。因此，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，电厂辅机设备中的给水泵的运行方式也由原来的定速运行改为变速运行。所以，当给水泵的运行方式改变后给水泵的驱动方式也需要作相应的变化。给水泵汽轮机的工作汽源在额定工况时，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。由于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。在我国的300MW及以上的火电机组中，锅炉给水泵的驱动有部分采用的汽轮机来（简称给水泵汽轮机,下同）驱动。这主要是得益于它与电动调速给水泵的驱动相比较具有明显的运行经济性。在火电机组中，给水泵的耗功是主要的耗电设备之一，约占主机功率的2%-4%。因此，火力发电厂运行的经济性不仅仅依赖于机组的本身效率，同时还对于热力系统中辅机的配置和运行方式有一定的要求，然而，人们往往很重视主机的经济性，对锅炉给水泵驱动用的小汽轮机的运行效率和经济性了解不多，重视不够，对于其经济性的分析也缺乏一定的深度。给水泵汽轮机属于工业汽轮机的范畴，通常给水泵汽轮机进汽压力在0.4Mpa——1.0Mpa之间，排汽压力在4.0Kpa——12Kpa之间。工作转速一般为4500r/min——6000r/min[1]。在实际运行中测量驱动给水泵用汽轮机的效率是诊断和提高给水泵汽轮机的运行经济性的首要课题。这样，提高了锅炉给水泵汽轮机的效率，同时也就是提高了给水泵效率，降低了给水泵的耗功，降低了厂用电，汽轮机驱动给水泵外加1台25%备用泵。在我国由于给水泵驱动的可靠性尚有待提高，通常主张采用2台50%容量（对300MW以上的火电机组给水泵汽轮机驱动的方式）和1台50%容量的备用泵运行方式。例如：在原水电部“SDJ——84火电厂设计技术规程”中规定，对于单元制给水系统，每一单元装设1组给水泵，其中一台备用；又规定“200MW以下机组易装设电动调速给水泵，用电动调速泵作为备用泵。”以往国外机组大都采用了2台50%容量的提高了整个热力系统的经济性。所以，在火电厂中，给水泵汽轮机的分析不仅对小汽机是现在要进行的研究课题，对机组的经济性提高也具有相当的意义。[2][3]研究表明，300MW及以上大型火电机组用工业汽轮机驱动锅炉给水泵，其经济性能够显著提高；反之，对于250MW及以下的火电机组一般采用电动给水泵较为有利。实际上国外常以300MW为分界线，等于和大于300MW的火电大机组已采用给水泵汽轮机驱动锅炉给水泵的为多。国外约有80%以上的火电机组采用给水泵汽轮机驱动锅炉给水泵的方式。90年代这个比例呈增加趋势，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。在配比方式上，对于容量在300MW至400MW（甚至到600MW）之间的机组，为使选用的给水泵汽轮机组能显出更大的优越性，多采用全容4量给水泵汽轮机。例如北美、西欧。这不仅由于当今的技术完全可以提供可靠性较高的给水泵汽轮机，还因为全容量的给水泵汽轮机比半容量的给水泵汽轮机具有更高的效率，而且使得整个机组的热耗率可下降8%——16%。这样不仅可以节约一部分投资，甚至于不采用备用泵。例如：美国的托马斯克里克厂的4号机600MW，卡特尔厂615MW的1.2号机组都是采用一台全容量的汽轮机驱动给水泵而且不用备用泵。西欧的如英国GEC公司生产的500MW机组，法国AA公司的600MW以及ABB公司的一些机组均采用一台全容量的汽轮机驱动给水泵和2台25%或50%电动泵（或一台50%的电动泵）向美国做法靠近。日本介于欧美两派之间，现在大多数的机组配置了2台50%容量的汽动泵加1台50%容量的电动泵，甚至国外引进机组时也要去按这种方案去选配。5第一章给水泵驱动方式概述1.1电动机驱动这种驱动方式是：由给水泵的给水调节阀控制给水流量，也可以有电动机经液力耦合器后驱动给水泵。有液力耦合器来改变给水泵的转速调节给水量或采用其它变速装置控制电机转速以驱动给水泵。电动泵也有两种：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，依靠液力耦合器改变转速，以调节泵出口流量及压力。由于电动变速方式可以简化热力系统,且投资省、可靠性高、易维护等,目前国内也有一些专家赞成采用这种电动变速驱动的方式。自80年代开始,交流变速传动技术在国内外发展很快。随着电力电子技术的发展,各种容量和型式的变频电源、整流装置的研制成功以及大容量晶闸管价格的降低,使许多大型火电机组锅炉给水泵采用交流变速驱动成为可能。在交流变速驱动系统中,无换向器电机调速系统是在大型机组锅炉给水泵驱动方面应用最广泛、经验最成熟的一种。如欧州贝尔卡门电厂750MW机组、南非MATIMBA燃煤电站600MW机组锅炉给水泵就采用了无换向器电机驱动。无换向器电机的优点是：1.变频器结构简单,使用的晶闸管少,控制方便,能适应恶劣环境运行,能做成高转速、高电压、高效率的调速系统。2.能实现无级变速,调速精度高,调速范围宽(一般为10∶1),机械特性好。在高速电动机生产领域,BBC公司拥有丰富的经验和先进的技术水平。该公司生产的WS型系列高速无换向器电机目前已广泛地应用于要求高转速、大容量、高可靠性和易维护的场合,其中应用最多的是锅炉给水泵的驱动。WS型无换向器电机的设计特点为：(1)采用了新型大功率晶闸管,使频率能在0～120Hz范围内调整,同步电动机因而能达到7200röm及以上的运行转速。(2)变频器由4个三相晶闸管桥串联形成12脉波式结构,其可靠性高,对电网的高次谐波干扰小。(3)定子绕组分为2个独立的三相绕组,其间相差30°的电角度。采用这种设计可以有效地减小作用在转子上的脉动转矩。(4)采用了合适的转子阻尼绕组,降低了因非正弦定子电流而产生的转子损耗。随着无换向器电机及变频技术的不断推广应用与发展,重新评价锅炉给水泵各种驱动方式的优劣,对进一步简化热力系统,提高机组运行水平及安全经济性等,都具有非常重要的意义。但是当机组功率增大后，由于电动机、变压器启动的控制设备容量要求也相应的增大，整个装置的成本也同时增大，增加了厂用电率。所以，目前生产的驱动给水泵的电动机功率大多都不超过6000kW。因此限制了这种驱动方式在大功率汽轮机发电机组上的使用和发6展。1.2汽动给水泵1.2.1主汽轮机驱动这种驱动方式有多种形式，如将主汽轮机的转轴与给水泵的转轴直接连接或通过液力耦合器与