300 MW汽轮发电机组启动上水方式
优化方案及分析
崔修强
(华电国际十里泉发电厂, 山东枣庄277103)
摘要: 针对300MW机组传统的上水方式存在的问题进行了分析, 对机组启动上水进行了运行方式的优化研究,
提出了一种机组冷态启动无凝结水泵、电泵, 热态启动无电泵上水优化方案, 并对此上水方案优越性进行了分析。
关键词: 上水方式; 优化方案; 优越性
中图分类号: TK264.1 文献标识码: B 文章编号: 1006-6519(2006)02-0063-03
Analysis of Optimal Operation Scheme of the FeedingWater for
300 MWSteamTurbine Generator Unit
CUI Xiu-qiang
1 传统的上水方式及存在的问题
1.1 概述
十里泉发电厂6、7 号机组,单机容量300 MW;
锅炉采用哈尔滨锅炉厂生产的, 型号为HG- 1025/
18.2- YM8, 设计额定蒸发量910 t/h; 汽轮机采用哈
尔滨汽轮机厂生产的, 型号为N300- 16.7/537/537,
具有八段不可调整抽汽。系统配置2×50 %容量汽
动给水泵组及1×50 %容量电动给水泵组, 单台机
组均设有独立的辅汽系统, 两机辅汽采用母管连
接。辅汽汽源可由两个方面提供: 邻机辅汽联箱、二
段抽汽(冷再), 辅汽系统主要为满足机组启、停及非
正常工况下有关燃油雾化、汽机轴封、除氧器加热
等的用汽需要。
1.2 传统上水方式
小汽轮机有高压和低压两个相互独立的汽源,
低压汽源为主机四段抽汽或高压辅汽连箱来汽, 高
压汽源为新蒸汽, 小汽轮机排汽到凝汽器。机组给
水系统设计原则为: 在开停机组时首先启动凝结水
泵, 利用凝泵向除氧器上水, 锅炉上水利用电动给
水泵组作为工作泵, 机组负荷大于90 MW后, 随着
负荷的增加, 投入1 套或2 套汽动给水泵组, 负荷
大于150 MW 后退出电泵组作为正常运行时的备
用泵。
1.3 传统上水方式存在的问题
(1) 机组冷态启动时, 从启动电动泵至负荷
150 MW(即开启汽动泵时), 需要15 h 甚至更长时
间。这段时间内, 电动泵要消耗大量的厂用电。
(2) 汽动泵启动时, 暖机暖泵需要一段时间。因
此,在机组负荷150 MW之前, 若电动泵发生故障,
汽动泵不能立即投运, 则势必要造成锅炉给水中
断, 从而使整个机组启动工作失败。即, 使设备的可
靠性降低。
(3) 除氧器上水采用凝结水泵上水, 凝结水泵
要消耗大量的厂用电。
如何使给水泵运行方式更加安全、经济、合理,
是必须考虑的问题。机组启动时,锅炉采用无电泵
上水不失为一个可行的优化方案。
2 上水方式优化方案及可行性分析
2.1 上水方式优化方案
(1) 机组冷态(或温态)启动时不再启动电动给
水泵, 而是首先采用除氧器充压法( 温态时启动汽
动泵的前置泵) 向锅炉汽包进水代替电动给水泵向
锅炉上水。当汽包起压, 静压上水困难时, 可以启动汽
泵前置泵, 增加上水压头, 此方案可称为静压上水。
(2) 由于汽动泵前置升压泵的扬程低(出口压
力1.34 MPa), 当汽包压力达到近0.5 MPa 时, 前置
升压泵无法进一步满足锅炉给水压力的需要。这
时, 仍然不启动电动给水泵, 而是直接启动汽动主
给水泵(这时小机汽源为高压辅汽联箱来汽), 利用
汽泵小汽轮机升速暖机的机会进一步提高给水压力以满足锅炉供水的需要。当负荷升至120 MW
时, 进行小汽轮机汽源的切换, 即从高压辅汽连箱
来汽切换到四段抽汽直至满负荷。
(3) 机组热态(或极热态)启动时, 直接利用高辅
汽源冲动小汽轮机, 启动汽动主给水泵向锅炉汽包
上水。
(4) 机组冷态(或温态)启动时, 除氧器利用凝结
水上水泵进行上水, 到凝汽器抽真空前方启动凝结
水泵。
2.2 除氧器加压向锅炉上水可行性分析「1」
除氧器加压向锅炉上水示意见图1。
图1 除氧器加压向锅炉上水示意
如图1 所示, 由理想流体的伯努里方程有:
Z1+
P1
γ
+
C2
1
2g
=Z2+
P2
γ
+
C2
2
2g
式中Z1=23.5 m, Z2=64.5 m, P2 为大气压力,
C1=0 和C2=0(静止状态), 则:
P1=(Z2- Z1)γ+P2=0.51 MPa
由此理论计算可知, 只要除氧器水位表面蒸汽
压力达到0.51 MPa, 即可将除氧器水箱的水压至锅
炉汽包。为克服沿程阻力和局部节流损失, 将除氧
器压力提高至0.6 MPa, 就能克服上述阻力。因此理
论上采用除氧器加压向锅炉上水是可行的。
2.3 机组启动中采用汽泵组上水可行性分析
小汽轮机及汽动给水泵在设计工况下的运行
参数见表1。
辅汽正常运行中由冷再供汽, 机组启停中由邻
机供汽, 其压力定值为0.85 MPa, 温度为350 ℃。运
行规程要求锅炉开始点火升压前半小时, 汽机侧投上
真空及轴封系统, 使凝结器真空逐渐提高到- 85 kPa
左右。因此, 锅炉点火升压前小汽轮机已具备冲转
条件。
从热力系统及汽泵组本身的特性来分析, 小机
辅汽联箱来汽完全可以满足小机冲转所需蒸汽量。
因此, 可以看出只要通过有关试验, 在运行操作上
加以补充, 机组热态启动或冷态启动当汽包压力达
到近0.5 MPa 时, 利用汽泵组作为开机的工作泵也
应该是完全可行的。
2.4 机组启动前利用凝结水上水泵向除氧器上水
的可行性分析
上水泵技术规范见表2。
利用由理想流体的伯努里方程, 由热力系统及
上水泵泵组本身的特性来分析计算, 若除氧器压力
降到0.4 MPa 以下时, 利用上水泵作为机组启动时
除氧器的的工作泵也应该是完全可行的。
3 锅炉启动无电泵上水具体优化方案
3.1 点火前利用除氧器加压向锅炉上水
(a) 锅炉汽包压力为零时, 采用静压上水方法;
(b) 高加水侧走旁路; (c) 开启除盐水上水泵, 向除
氧器补水; 除氧器水位达2 300 mm 时, 停止上水泵
运行; (d) 开启除氧器再沸腾门, 利用辅汽将除氧器
加热使其压力达到0.75 MPa, 温度60 ℃～90 ℃; (e)
开启主给水电动门, 向汽包上水; 上水期间利用辅汽
加热, 保持除氧器压力在0.65～0.75 MPa 之间, 上水
过程要保持除氧器汽源稳定,压力稳定,避免超压; (f)
当除氧器水位降至1 800 mm 时, 暂停除氧器加热,
开启排氧门, 将除氧器压力降至0.3 MPa; (g) 启动
上水泵向除氧器补水至2 300 mm, 停止上水泵运
行, 继续利用辅汽将除氧器加热至0.75 MPa, 向汽
包上水。重复上述除氧器补水、加热、汽包上水过
程, 直至汽包达到正常水位。
表2 上水泵技术规范
表1 小汽轮机及给水泵技术规范
序号项目参数
1 小汽轮机型号NGZ84.6/83.5/06 型双汽源
冷凝式调速汽轮机
2 连续运行转速范围/r·min- 1 3 100～5 900
3 低压侧进汽压力/MPa 0.793 4
4 低压侧进汽温度/℃ 333.4
5 排汽压力/kPa 7.1
6 汽耗量/kg·( kW·h) - 1 5.368
7 汽动给水泵型号50CHTA/6SP- 3 简式多级离心泵
8 汽动给水泵调速范围/r·min- 1 1 500～6 100
序号项目参数
1 上水泵型号1H- 100- 65- 250
2 流量/m3·h- 1 100
3 扬程/m 80
4 水泵转速/r·min- 1 2 900
5 配用电机型号Y280N- 4
6 电机功率/kW 90
3.2 真空泵启动前, 启动凝结水泵运行, 之后利用
凝结水泵对除氧器上水
3.3 投入临炉加热后利用前置泵上水
锅炉水至正常水位后, 关闭锅炉给水旁路调节
门, 根据需要投入临炉加热, 汽包压力上升后(或温
态汽包压力较高时), 利用除氧器压力不能满足锅
炉供水要求, 可启动汽泵前置泵, 增加上水压头。锅
炉点火后可利用炉水温度升高时的膨胀, 开启锅炉
侧放水门来保持汽包水位。
3.4 锅炉升压后利用汽泵上水
按运行规程要求锅炉开始升压前半小时, 汽机
侧投上真空及轴封系统, 使凝结器真空逐渐提高
到- 85 kPa 左右, 利用辅汽联箱汽源冲动一组汽动
给水泵组。提速到1 500 r/min, 暖机30 min,待锅炉
升压至0.5 MPa, 旁路开启后锅炉蒸发加强, 汽泵前
置泵出力不能满足锅炉供水要求, 汽包水位开始降
低时, 将汽泵组升速至3 000 r/min, 对锅炉进行供
水, 在此种情况下, 锅炉升温升压到满足主机冲转参
数(P=3.5～4.2MPa,t=320～360 ℃)需要用时3.5 h。汽泵
组的实际特性范围为: 通过再循环系统, 在维持最
小流量160 t/h 以上, 同时为锅炉提供受热面蒸发
及升温升压发生的疏放水消耗所需的供水量, 出口
扬程压力在4.0～9.0 MPa 范围, 耗功不大。锅炉汽包
水位的调节靠小机转速与主给水旁路门开度大小
联合调节, 直到机组负荷达90 MW时, 将给水控制
由旁路门切至主给水门。
3.5 分阶段逐渐提压及升温
主汽轮机冲转、升速、暖机及并网后到带负荷
至120 MW, 在这个过程中, 按运行规程要求锅炉分
阶段逐渐提压及升温。并网以后, 汽机在150 MW
负荷以下按滑压运行, 汽泵组随着给水量的增加及
压力的提高, 需分阶段逐渐提升汽泵组的转速, 这
样靠通过开大小汽轮机调门增加进汽量来实现。
随着机组负荷的增加, 给水量不断增大, 由于
辅汽联箱至小汽机的蒸汽系统管路所限, 小汽机用
汽量的增加使小汽机进口压力不断降低, 从最开始
的接近辅汽联箱处压力逐渐降低至0.4 MPa 以下,
由辅汽联箱处蒸汽驱动的汽动给水泵组承担锅炉
的上水任务与主机对照存在一个极限负荷点。试验
表明, 此点在主机负荷约120 MW 附近, 这时主机
四段抽汽压力达0.4 MPa 以上, 应迅速进行小汽机
的汽源切换工作, 运行的汽泵组工作汽源由辅汽联
箱供汽切换到四段抽汽上来。随后, 按运行规程要
求开出第二组汽泵组, 电动给水泵组一直作备用状
态, 机组继续升负荷到调度要求的水平上。
4 优化启动上水方案优越性分析
(1) 机组冷态启动, 真空泵启动前利用上水泵
代替1 台凝结水泵运行节约厂用电, 凝结水泵功率
为1 000 kW、上水泵功率90 kW, 冷态开机一次, 可
减少凝泵运行3 h 左右, 节约厂用电2 700 kW·h。
(2) 从锅炉上水至锅炉点火升压至汽包压力达
0.5 MPa 这个阶段, 和传统方法相比, 利用除氧器压
力或用一台小泵(前置泵)代替一台大泵(电动给水
泵)完成了锅炉供水任务, 节省了厂用电。采用除氧
器加压向锅炉上水的方法可充分利用现有设备, 不
需要任何改动和投资。可节约启动给水泵所消耗的
电能。300MW机组给水泵功率为5 000 kW, 开机一
次, 从锅炉进水至锅炉点火给水泵需运行5～6 h, 耗电
约为25 000～30 000 kW·h, 因此采用除氧器加压向
锅炉上水的方法机组一次冷态启动就可节约厂用
电2.2 万kW·h, 并且避免多次启停给水泵给厂用
电系统造成冲击, 避免给水泵长期处于低负荷运
行,延长给水泵寿命。
(3) 从锅炉点火至机组带上负荷150 MW电汽
泵切换完毕阶段,上述过程需时约7.5 h。传统启动
方式采用调速电动泵向锅炉上水, 但是由于液力偶
合器的效率在低负荷时比小汽轮机的效率低得多,
并且还有机电损失和输变电损失, 因此所损失的能
量较多, 采用电泵组作工作泵, 要耗厂用电4.0～4.2
万kW·h。改进后启动方式中, 由于小汽机在负荷
变化时效率变化较小, 又是直接驱动给水泵, 中间
能量转换的环节少, 辅助汽量计算只有10 t 左右,
按热值折合成约3.25 万kW·h, 除了降低厂用电以
上,单从能源消耗上比较, 采用汽泵组比采用电泵
组每次要少耗0.8～1 万kW·h, 因而热经济性好。
(4) 从安全性上分析, 由于整个启动过程中电
动给水泵组始终处于备用状态, 并且其启动速度非
常快, 故开机过程中对给水系统来说, 用汽泵组也
比用电泵组的可靠性要更高, 因而也提高了启动的
可靠性。
(5) 运行操作上二者比较, 用汽泵组开机增加
的操作量为辅汽联箱至小机调试汽源系统的操作
而减少了开停电泵组的操作, 所以二者没有太大的
差别。从时间上来看, 锅炉点火时就开出1 套汽泵
组, 比等主机负荷到90 MW以上再接着连投2 套
汽泵组, 对减少运行人员集中在一段时间内完成的
操作更有利。

300MW%E6%B1%BD%E8%BD%AE%E5%8F%91%E7%94%B5%E6%9C%BA%E7%BB%84%E5%90%AF%E5%8A%A8%E4%B8%8A%E6%B0%B4%E6%96%B9%E5%BC%8F%E4%BC%98%E5%8C%96%E6%96%B9%E6%A1%88%E5%8F%8A%E5%88%86%E6%9E%90.pdf