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目前，國內(nèi)大多數(shù) 9F 燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組中的三壓余熱鍋爐給水泵基本上采用分泵型式，但 西門子公司在 GUD lS. V94. 3A 型 400 MW 級(jí) 燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)工程中選用了高、中、低壓合 泵式給水泵，并有不少成功應(yīng)用的范例，如新加 坡的 Pulau seraya 電廠、西班牙的 Arrubal 電廠 以及浙江省的蕭山發(fā)電廠。
1 系統(tǒng)構(gòu)成
1.1 熱力系統(tǒng)設(shè)計(jì)
西門子公司 GUD lS. V94. 3A 型 400 MW 級(jí)燃?xì)庖徽羝?lián)合循環(huán)機(jī)組配套的余熱鍋爐為三 壓、再熱、無補(bǔ)燃、臥式、自然循環(huán)余熱鍋爐。在 設(shè)計(jì)時(shí)，汽水系統(tǒng)通常采用凝汽器真空除氧的方 式，性能保證工況下，100% 負(fù)荷時(shí)要求凝結(jié)水的含氧量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))在 7X1。一 9 以內(nèi)。在機(jī)組啟動(dòng)至 40% 負(fù)荷階段，通過旁路除氧器達(dá)到含氧量要 求，這期間由旁路除氧泵替代凝結(jié)水泵作為給水泵的前置泵使用，除氧后的凝結(jié)水與除氧器旁路約 55 t/h 的流量?昆合后進(jìn)入低壓汽包和給水泵進(jìn)口。給水泵的再循環(huán)和低壓抽頭送入到凝結(jié)水預(yù)加熱器進(jìn)口，提供 73. 8 t/h 左右的流量，保 證凝結(jié)水預(yù)加熱器進(jìn)口溫度在 55 OC ，由凝結(jié)水 預(yù)加熱器旁路闊調(diào)節(jié)其出口溫度在 150. 5 oc 。 這樣的設(shè)計(jì)，在降低余熱鍋爐的排煙熱損失和低 溫受熱面的抗腐蝕能力間尋找一個(gè)最佳平衡點(diǎn)， 同時(shí)也可提高給水泵入口的有效汽蝕余量。典型的熱力系統(tǒng)見圖1.
1.2 系統(tǒng)的藕合
由于余熱鍋爐的三壓系統(tǒng)為各自獨(dú)立的高 壓、中壓和低壓系統(tǒng)，其壓力等級(jí)差別很大，因此 給水系統(tǒng)的選擇通常有兩種方式:
(1)采用三路分別供水，即分泵型給水系統(tǒng)， 由凝結(jié)水泵直接為低壓汽包供水，同時(shí)也為高壓和中壓給水泵提供水源。
(2) 三路給水由同一臺(tái)給水泵提供，即合泵 型供水，給水由凝結(jié)水泵出口經(jīng)凝結(jié)水預(yù)加熱器后連接到低壓汽包給水平臺(tái)和給水泵人口，給水 泵的中壓抽頭連接到中壓給水平臺(tái)，給水泵的出 口連接到高壓給水平臺(tái)。
合泵與分泵相比，2 臺(tái)給水泵(一用一備)就 基本解決了余熱鍋爐三壓系統(tǒng)的上水工作，而 分泵就需要 46 臺(tái)才能滿足需要(三壓余熱鍋 爐的低壓系統(tǒng)有時(shí)設(shè)置獨(dú)立的低壓給水泵);一 次性投資合泵較分泵便宜 10% 20% 以上;而 系統(tǒng)的總尺寸、維護(hù)工作量、備品備件、后期的 電耗成本等，合泵就更加具有明顯的優(yōu)勢。但 合泵帶來的一個(gè)重要問題是高、中、低壓系統(tǒng)的 緊密搞合使控制難度增大。由于高壓與中壓系 統(tǒng)的相互串接，任何一個(gè)汽包水位擾動(dòng)都會(huì)影響到另一汽包的水位控制，西門子公司的設(shè)計(jì) 基本上考慮以調(diào)速給水泵為基本調(diào)節(jié)手段，以
高壓給水母管與高壓汽包的壓差作為被調(diào)量， 同時(shí)以高壓與中壓給水調(diào)節(jié)間作為輔助調(diào)節(jié)手 段，使機(jī)組在正常運(yùn)行階段，確保高壓給水調(diào)節(jié) 閱達(dá)到最大的開度，以減少節(jié)流損失。同時(shí)在 一些極端工況下，當(dāng)余熱鍋爐需要大量減溫水時(shí)，運(yùn)行人員可改變給水泵調(diào)速系統(tǒng)的壓差控 制定值，實(shí)現(xiàn)供水方面的平衡。相比高壓而言， 中壓系統(tǒng)給水流量只有高壓系統(tǒng)的 20% 左右， 用節(jié)流控制對(duì)系統(tǒng)能耗的影響并不是很大。但 考慮到聯(lián)合循環(huán)機(jī)組要求快速啟停和調(diào)峰運(yùn)行 的特性，必須對(duì)各運(yùn)行工況加以綜合分析與研 究，所以列出 16 個(gè)工況的流量變化情況，其中 工況 14 、58、9 12 、13 16 工況分別為設(shè) 計(jì)、冬季和夏季、ISO( 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，15 OC ，相對(duì) 濕度 60%) 工況下 100% 、75% 、50% 、30% 負(fù)荷 率時(shí)的流量數(shù)值，見表 1。
根據(jù)表1，所有工況下中壓抽頭與高壓出口 流量和壓力的變化趨勢基本一致，所以只要抽頭位置選擇正確，而且中壓給水流量還可通過中壓 調(diào)節(jié)間來控制，所以從技術(shù)角度上來說，蘭壓余 熱鍋爐的汽水系統(tǒng)應(yīng)用合泵是完全可行的。反而采用分泵布置時(shí)，會(huì)存在各給水泵進(jìn)口水量分配不平衡的問題。
2 給水控制的實(shí)現(xiàn)與優(yōu)化
由于三壓余熱鍋爐各個(gè)汽包的水容積相對(duì) 較小，對(duì)各種擾動(dòng)所產(chǎn)生的虛假水位尤為敏感， 如 100% 容量旁路的開啟、汽輪機(jī)調(diào)門的開啟、燃 氣輪機(jī)排氣溫度的快速變化等都會(huì)影響汽包水 位的穩(wěn)定，如何針對(duì)合泵設(shè)計(jì)一套合理、高效的 水位控制方法，確保給水系統(tǒng)良好的調(diào)節(jié)品質(zhì)顯 得更加重要。
2.1 高壓給水控制
壓給水控制可根據(jù)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組啟停以及各個(gè)運(yùn)行工況的階段特征進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括從 機(jī)組啟動(dòng)至帶滿負(fù)荷可經(jīng)歷旁路間流量控制、 旁路閥單信號(hào)液位控制、旁路閥三信號(hào)液位控 制、主調(diào)節(jié)閥三信號(hào)液位控制等四種模式，通過 程序來自動(dòng)判斷過程參數(shù)，當(dāng)條件滿足時(shí)進(jìn)行 無擾切換。
流量控制用于啟動(dòng)初期的鍋爐注水，可采用 預(yù)定的速率，在高壓汽包水位低于一 350 mm 階 段執(zhí)行，主要考慮高、中、低壓汽包同時(shí)上水時(shí)凝 汽器最大補(bǔ)水量的需求。一旦到達(dá)一 350 mm水 位，控制模式則切換為單信號(hào)液位控制。單信號(hào) 模式負(fù)責(zé)機(jī)組點(diǎn)火前及蒸發(fā)量小于 20% 時(shí)的給 水控制，主要保證余熱鍋爐在燃?xì)廨啓C(jī)啟動(dòng)前達(dá) 到所要求的啟動(dòng)水位。同時(shí)引入汽包壓力和蒸 汽流量，在汽包壓力超過一定值時(shí)，認(rèn)為余熱鍋 爐已經(jīng)起壓，實(shí)際的水位膨脹量已經(jīng)減弱，允許汽包水位由啟動(dòng)水位向正常運(yùn)行水位進(jìn)行緩慢切換。當(dāng)蒸發(fā)量大于 20%后，水位控制切換為三 信號(hào)控制，切換過程由閉環(huán)回路自動(dòng)完成[1-3J 。 控制簡圖見圖 2。
圖 2 給水控制簡圖
為了克服虛假水位的影響，控制回路應(yīng)引 人實(shí)際功率和汽包壓力修正。當(dāng)機(jī)組功率或汽 包壓力發(fā)生變化時(shí)使給水控制提前動(dòng)作，尤其 在參與一次調(diào)頻或 AGC 控制模式時(shí)，燃?xì)廨?機(jī)的響應(yīng)能力較快，會(huì)導(dǎo)致煙氣流量或排煙溫 度的快速變化，使余熱鍋爐蒸發(fā)量也快速跟隨 變化。為了維持汽包水位的穩(wěn)定，必須及時(shí)對(duì) 給水流量作出調(diào)整。如果沒有該回路，水位就 會(huì)因虛假水位而引起振蕩。高壓汽包水位控制 還涉及到主給水調(diào)節(jié)閥與旁路闊的切換，旁路 調(diào)節(jié)闊的最大調(diào)節(jié)能力為(30% 40%)MCR， 此范圍內(nèi)調(diào)節(jié)品質(zhì)較好，當(dāng)旁路調(diào)節(jié)閥開啟到80%以上時(shí)才逐漸切換到主給水調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)， 整個(gè)切換過程為模擬量平滑過渡，擾動(dòng)相對(duì)較
2.2 中、低壓給水控制
中壓給水控制策略與高壓給水基本相同，不同之處是合泵的中壓抽頭選擇余量對(duì)系統(tǒng)擾 動(dòng)有極大的關(guān)系，尤其通過壓差調(diào)節(jié)的方式控制高壓給水系統(tǒng)時(shí)，這種擾動(dòng)會(huì)傳遞至中壓系 統(tǒng)，在控制回路中必須著重解決這個(gè)問題。同 時(shí)中壓與低壓系統(tǒng)參數(shù)低、容量小以及余熱鍋 爐固有慣性等問題對(duì)虛假水位更為敏感，所以中、低壓系統(tǒng)在給水控制策略上不僅采用三信號(hào)調(diào)節(jié)方式，實(shí)際功率和汽包壓力修正作用也應(yīng)比高壓給水控制有所增強(qiáng)，同時(shí)在控制回路 中應(yīng)增加燃?xì)廨啓C(jī)排煙溫度變化的超前環(huán)節(jié)。
2.3 合泵轉(zhuǎn)速控制 給水泵轉(zhuǎn)速控制的被調(diào)量是高壓給水母管與高壓汽包的壓差，能保證高壓給水調(diào)門基本 運(yùn)行在較大開度，減小了間門的節(jié)流損失。當(dāng)高壓汽包水位上升到高水位時(shí)，高壓給水調(diào)門 將逐漸關(guān)小，給水母管與汽包之間的壓差會(huì)進(jìn) 一步增大，一旦超過先前設(shè)定的壓差時(shí)，給水泵 轉(zhuǎn)速就自動(dòng)下降，引起給水流量的下降，高壓給 水調(diào)門會(huì)根據(jù)流量的變化而適當(dāng)增加開度，并 穩(wěn)定在一個(gè)新的平衡點(diǎn)。反之，當(dāng)高壓汽包水 位偏低時(shí)，高壓給水調(diào)門會(huì)逐漸開大，以增加給水流量，減小給水的阻力損失，會(huì)造成給水母管 壓力下降，此時(shí)，給水泵轉(zhuǎn)速將自動(dòng)增加。給水 泵轉(zhuǎn)速控制的過程中，對(duì)于中壓給水系統(tǒng)的擾 動(dòng)因調(diào)節(jié)系統(tǒng)的作用加強(qiáng)，加上本身的給水流量相對(duì)較小，應(yīng)用節(jié)流調(diào)節(jié)可達(dá)到良好的調(diào)節(jié) 品質(zhì)。
3 結(jié)語
高、中壓合用給水泵在余熱鍋爐三壓系統(tǒng)上的應(yīng)用與實(shí)踐證明，只要系統(tǒng)的設(shè)計(jì)合理以及恰 當(dāng)?shù)目刂七壿嫞@種方式是完全可行的，不僅減 輕了建設(shè)過程中的投資，也符合國家的節(jié)能減排 政策。
對(duì)于合泵的生產(chǎn)，就目前國內(nèi)而言，以截?cái)?泵為典型設(shè)計(jì)的上海 KSB 泵業(yè)有限公司(技術(shù)支持方在國外)已有多家燃?xì)怆姀S應(yīng)用多抽頭 給水泵的成功業(yè)績，而國內(nèi)較大水泵生產(chǎn)企業(yè)， 如上海電力修造廠與沈陽工業(yè)泵廠也一直將合 泵作為研發(fā)產(chǎn)品。當(dāng)前，上海電力修造廠在筒 型合泵上已有浙江蕭山發(fā)電廠成功應(yīng)用的 業(yè)績。
