1、概述
    十里泉發(fā)電廠6，7號(hào)機(jī)組，單機(jī)容量300 MW;采用哈爾濱鍋爐廠制造的型號(hào)為HG - 1025/18.2 -YM8、設(shè)計(jì)額定蒸發(fā)量910 t/h鍋爐，采用哈爾濱汽輪機(jī)廠制造的型號(hào)為N300-16.7/537/537、具有8段不可調(diào)整抽汽汽輪機(jī)；系統(tǒng)配置2×50%容量汽動(dòng)給水泵組及1×50%容量電動(dòng)給水泵組，單臺(tái)機(jī)組均設(shè)有獨(dú)立的輔汽系統(tǒng)，兩機(jī)輔汽采用母管連接。輔汽汽源可由兩個(gè)方面提供：鄰機(jī)輔汽聯(lián)箱；二段抽汽（冷再）。輔汽系統(tǒng)主要為滿足機(jī)組啟、停及非正常工況下有關(guān)燃油霧化、汽機(jī)軸封、除氧器加熱等的用汽需要。
2、傳統(tǒng)上水方式及存在的問題
    小汽輪機(jī)有高壓和低壓兩個(gè)相互獨(dú)立的汽源，低壓汽源為主機(jī)四段抽汽或高壓輔汽連箱來汽，高壓汽源為新蒸汽。小汽輪機(jī)排汽到凝汽器。機(jī)組給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則為：在開停機(jī)組時(shí)利用電動(dòng)給水泵組作工作泵，機(jī)組負(fù)荷大于90MW后，隨著負(fù)荷的增加，投入一套或兩套汽動(dòng)給水泵組，負(fù)荷大于150MW退出電泵組作正常運(yùn)行時(shí)的備用泵。
    傳統(tǒng)上水方式存在以下問題：
    ①機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)，從啟動(dòng)電動(dòng)泵至機(jī)組帶150MW負(fù)荷（即停止電動(dòng)泵時(shí)），需要15 h甚至更長(zhǎng)時(shí)間，這段時(shí)間內(nèi)，電動(dòng)給水泵要消耗大量的廠用電。
    ②汽動(dòng)泵啟動(dòng)時(shí)，暖機(jī)暖泵需要一段時(shí)間。因此，在機(jī)組負(fù)荷150 MW之前，若電動(dòng)泵發(fā)生故障，汽動(dòng)泵不能立即投運(yùn)，則勢(shì)必要造成鍋爐給水中斷，從而使整臺(tái)機(jī)組啟動(dòng)工作失敗。使設(shè)備的可靠性降低。
    因此，如何使鍋爐給水泵運(yùn)行方式更加安全、經(jīng)濟(jì)、合理，是必須考慮的問題。機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，鍋爐采用無電泵上水不失為一個(gè)可行的優(yōu)化方案。
3、上水方式優(yōu)化方案及可行性分析
3.1上水方式優(yōu)化方案
    提出以下3種上水方式優(yōu)化方案：
    ①機(jī)組冷態(tài)（或溫態(tài)）啟動(dòng)時(shí)不再啟動(dòng)電動(dòng)給水泵，而是首先采用除氧器充壓法（溫態(tài)時(shí)啟動(dòng)汽動(dòng)泵的前置泵）向鍋爐進(jìn)水代替電動(dòng)給水泵向鍋爐上水。當(dāng)汽包起壓，靜壓上水困難時(shí)，可以啟動(dòng)汽泵前置泵，增加上水壓頭。此方案可稱為靜壓上水。
    ②由于汽動(dòng)泵前置升壓泵的揚(yáng)程低(出口壓力1.34 MPa)，當(dāng)汽包壓力達(dá)到近0.5 MPa時(shí)，前置升壓泵無法進(jìn)一步滿足鍋爐給水壓力的需要。這時(shí)，仍然不啟動(dòng)電動(dòng)給水泵，而是直接啟動(dòng)汽動(dòng)主給水泵（這時(shí)小汽輪機(jī)汽源為高壓輔汽聯(lián)箱來汽），利用汽泵小汽輪機(jī)升速暖機(jī)的機(jī)會(huì)進(jìn)一步提高給水壓力，以滿足鍋爐供水的需要。當(dāng)負(fù)荷升至120 MW時(shí)，進(jìn)行小汽輪機(jī)汽源的切換，即從高壓輔汽連箱來汽切換到四段抽汽直至滿負(fù)荷，富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒顆粒機(jī)、木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料。
③機(jī)組熱態(tài)（或極熱態(tài)）啟動(dòng)時(shí)，直接利用高輔汽源沖動(dòng)小汽輪機(jī)，啟動(dòng)汽動(dòng)主給水泵上水。
3.2優(yōu)化方案可行性分析
    除氧器加壓向鍋爐上水可行性分析。如圖1所示，由理想流體的伯努里方程有：由此理論計(jì)算可知，只要除氧器水位表面蒸汽壓力達(dá)到0.51 MPa，即可將除氧器水箱的水壓至鍋爐汽包。為克服沿程阻力和局部節(jié)流損失，將除氧器壓力提高至0.6 MPa，就能克服上述阻力。因此理論上采用除氧器加壓向鍋爐上水是可行的。
3.3 機(jī)組啟動(dòng)中采用汽泵組上水可行性分析
    小汽輪機(jī)及汽動(dòng)給水泵在設(shè)計(jì)工況下的運(yùn)行參數(shù)見表1。
    輔汽正常運(yùn)行由冷再供汽，機(jī)組啟停中由鄰機(jī)供汽，其壓力定值為0.85 MPa，溫度為350℃。運(yùn)行規(guī)程要求鍋爐開始點(diǎn)火升壓前半小時(shí)，汽機(jī)側(cè)投上真空及軸封系統(tǒng)，使凝結(jié)器真空逐漸提高到- 85 kPa左右。因此，鍋爐點(diǎn)火升壓前小汽輪機(jī)一般己具備沖轉(zhuǎn)條件。
    從熱力系統(tǒng)及汽泵組本身的特性來分析，小汽輪機(jī)輔汽聯(lián)箱來汽完全可以滿足小汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)所需蒸汽量。因此，可以看出只要通過有關(guān)試驗(yàn)，在運(yùn)行操作上加以補(bǔ)充，機(jī)組熱態(tài)啟動(dòng)或冷態(tài)啟動(dòng)當(dāng)汽包壓力達(dá)到近0.5 MPa時(shí)，利用汽泵組作為開機(jī)的工作泵也是可行的。
4、鍋爐啟動(dòng)無電泵上水具體優(yōu)化方案
4.1  點(diǎn)火前利用除氧器加壓向鍋爐上水
    利用除氧器加壓向鍋爐上水方案如下：
    ①鍋爐汽包壓力為零時(shí)，采用靜壓上水方法；
    ②高加水側(cè)走旁路；
    ③開啟上水泵，向除氧器補(bǔ)水；除氧器水位達(dá)
2、300 mm時(shí)，停止上水泵運(yùn)行；
    ④開啟除氧器再沸騰門，利用輔汽將除氧器加熱至壓力0.75 MPa，溫度60～90℃；
    ⑤開啟主給水電動(dòng)門，向汽包上水；上水期間利用輔汽加熱，保持除氧器壓力在0.65～0.75MPa之間，上水過程要保持除氧器汽源穩(wěn)定，壓力穩(wěn)定，避免超壓；
    ⑥當(dāng)除氧器水位降至1800 mm時(shí)，暫停除氧器加熱，開啟排氧門，將除氧器壓力降至0.3 MPa;
    ⑦啟動(dòng)上水泵向除氧器補(bǔ)水至2 300 mm，停止上水泵運(yùn)行，繼續(xù)利用輔汽將除氧器加熱至0.75MPa，向汽包上水；重復(fù)上述除氧器補(bǔ)水、加熱、汽包上水過程，直至汽包達(dá)到正常水位。
4.2投入鄰爐加熱后利用前置泵上水
    鍋爐上水至正常水位后，關(guān)閉鍋爐主給水電動(dòng)門，利用給水旁路調(diào)節(jié)門調(diào)節(jié)水位，根據(jù)需要投入鄰爐加熱，汽包壓力上升后（或溫態(tài)汽包壓力較高時(shí)），采用除氧器充壓法不能滿足鍋爐供水要求，可啟動(dòng)汽泵前置泵，增加上水壓頭。鍋爐點(diǎn)火后可利用爐水溫度升高時(shí)的膨脹，開啟鍋爐側(cè)放水門來保持汽包水位。
4.3  鍋爐升壓后利用汽泵上水
    按運(yùn)行規(guī)程要求鍋爐開始升壓前半小時(shí)，汽機(jī)側(cè)投上真空及軸封系統(tǒng)，使凝結(jié)器真空逐漸提高到- 85 kPa左右，利用輔汽聯(lián)箱汽源沖動(dòng)一組汽動(dòng)給水泵組，提速到1 500 r/min處，暖機(jī)30 min，利用汽泵出口壓力對(duì)鍋爐上水，待鍋爐汽包升壓至0.5MPa，旁路開啟后鍋爐蒸發(fā)加強(qiáng)，汽泵出力不能滿足鍋爐供水要求，汽包水位開始降低時(shí)，將汽泵組升速至3 000 r/min，對(duì)鍋爐進(jìn)行供水。在此種情況下，鍋爐升溫升壓到滿足主機(jī)沖轉(zhuǎn)參數(shù)(P-3.5～4.2MPa，t＝320～360℃)需用3.5 h。汽泵組的實(shí)際特性范圍為：通過再循環(huán)系統(tǒng)，在維持最小流量160t/h以上，同時(shí)為鍋爐提供受熱面蒸發(fā)及升溫升壓發(fā)生的疏放水消耗所需的供水量，出口揚(yáng)程在4.0～9.0 MPa范圍，耗功不大。鍋爐汽包水位的調(diào)節(jié)靠小汽機(jī)轉(zhuǎn)速與主給水旁路調(diào)節(jié)門開度大小聯(lián)合調(diào)節(jié)，直到機(jī)組負(fù)荷達(dá)90MW時(shí)，將給水控制由旁路門切至主給水門。
4.4汽機(jī)沖轉(zhuǎn)、升速、暖機(jī)并網(wǎng)、帶負(fù)荷
    主汽輪機(jī)在沖轉(zhuǎn)、升速、暖機(jī)及并網(wǎng)帶負(fù)荷至120 MW過程中，按運(yùn)行規(guī)程要求鍋爐分階段逐漸提壓及升溫。發(fā)電機(jī)并網(wǎng)以后，機(jī)組在150 MW負(fù)荷以下按滑壓運(yùn)行，汽動(dòng)泵組隨著給水量的增加及壓力的提高，需分階段逐漸提升汽泵組的轉(zhuǎn)速，這樣靠通過開大小汽輪機(jī)調(diào)門增加進(jìn)汽量來實(shí)現(xiàn)。
    隨著機(jī)組負(fù)荷的增加，給水量不斷增大，由于輔汽聯(lián)箱至小汽機(jī)用蒸汽系統(tǒng)管路及汽源條件所限，小汽機(jī)用汽量的增加使小汽機(jī)進(jìn)口壓力也不斷降低，從最開始的接近輔汽聯(lián)箱處壓力逐漸降低至0.4 MPa以下，由輔汽聯(lián)箱處蒸汽驅(qū)動(dòng)的汽動(dòng)給水泵組承擔(dān)鍋爐的上水任務(wù)與主機(jī)對(duì)照存在一個(gè)極限負(fù)荷點(diǎn)。試驗(yàn)表明，此點(diǎn)在主機(jī)負(fù)荷約120 MW附近，這時(shí)主機(jī)四段抽汽壓力達(dá)0.4 MP以上，應(yīng)迅速進(jìn)行小汽機(jī)的汽源切換工作，運(yùn)行的汽泵組工作汽源由輔汽聯(lián)箱供汽切換到四段抽汽上。隨后，按運(yùn)行規(guī)程要求開出第二組汽泵組，電動(dòng)給水泵組一直作備用狀態(tài)，機(jī)組繼續(xù)升負(fù)荷到調(diào)度要求的水平上。
5、無電泵啟動(dòng)上水方案優(yōu)越性分析
    ①從鍋爐上水至鍋爐點(diǎn)火升壓至汽包壓力0.5MPa這個(gè)階段，與傳統(tǒng)方法相比，利用除氧器壓力或用一臺(tái)小泵（前置泵）代替一臺(tái)大泵（電動(dòng)給水泵）完成了鍋爐供水任務(wù)，節(jié)省了廠用電，對(duì)節(jié)省給水泵的耗電量有利。采用除氧器加壓向鍋爐上水法可充分利用現(xiàn)有設(shè)備，不需要任何改動(dòng)和投資。300MW機(jī)組給水泵低負(fù)荷下功率范圍為3 500～5 500kW，開機(jī)一次，從鍋爐進(jìn)水至鍋爐點(diǎn)火給水泵需運(yùn)行4～5 h，耗電約為17 500～27 500 kW h，因此采用除氧器加壓向鍋爐上水的方法機(jī)組一次冷態(tài)啟動(dòng)可節(jié)約廠用電20 MW h，并且避免頻繁啟停給水泵對(duì)廠用電系統(tǒng)造成的沖擊，避免給水泵長(zhǎng)期處于低負(fù)荷運(yùn)行，延長(zhǎng)了給水泵壽命。
    ②從鍋爐點(diǎn)火至機(jī)組帶上150 MW負(fù)荷再到電汽泵切換完畢階段，約需7.5 h。傳統(tǒng)啟動(dòng)方式采用調(diào)速電動(dòng)泵向鍋爐上水，由于液力偶合器的效率在低負(fù)荷時(shí)比小汽輪機(jī)的效率低得多，并且還有機(jī)電損失和輸變電損失。采用電泵組做工作泵，要耗廠用電38～42 MW h，改進(jìn)啟動(dòng)方式后，由于小汽機(jī)在負(fù)荷變化時(shí)效率變化較小，又是直接驅(qū)動(dòng)給水泵，中間能量轉(zhuǎn)換的環(huán)節(jié)少，輔助汽量計(jì)算只有15 t左右，按熱值折合成約26 MW h，降低廠用電不說，單從能源消耗上比較，采用汽泵組比采用電泵組，每次要少耗能量12～16 MW h，因而熱經(jīng)濟(jì)性好。
    ③從安全性上分析，由于整個(gè)啟動(dòng)過程中，電動(dòng)給水泵組始終處于備用狀態(tài)，并且其啟動(dòng)速度非常快，故開機(jī)過程中對(duì)給水系統(tǒng)來說，用汽泵組也比用電泵組其可靠性更高，因而提高了啟動(dòng)的可靠性。
    ④運(yùn)行操作上，二者比較，用汽泵組開機(jī)增加的操作量為輔汽聯(lián)箱至小汽輪機(jī)調(diào)試汽源系統(tǒng)的操作，減少了開停電泵組的操作，所以二者沒有太大的差別。從時(shí)間上來看，鍋爐點(diǎn)火時(shí)，就開出一套汽泵組，比等主機(jī)負(fù)荷到90 MW以上再接著連投兩套汽泵組，這樣對(duì)減少運(yùn)行人員集中在一段時(shí)間內(nèi)完成過多的操作比較有利。
6、結(jié)論
    經(jīng)過幾年多次啟動(dòng)經(jīng)驗(yàn)和上述分析計(jì)算表明，機(jī)組啟動(dòng)過程中對(duì)鍋爐給水泵系統(tǒng)操作方法的改進(jìn)．一方面減少了電動(dòng)給水泵的運(yùn)行時(shí)間，節(jié)約了廠用電；更重要的是，可以使整個(gè)啟動(dòng)過程始終有一臺(tái)電動(dòng)泵作備用，提高了機(jī)組啟動(dòng)過程中的可靠性。因此，采用此優(yōu)化上水方案后，使鍋爐給水系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性都有了較大的提高。