魏坤1 王军山2
（1大唐山东发电有限公司,山东青岛 266061；2大唐黄岛发电有限公司 ,山东青岛 266500 ）
摘 要：本文通过对660MW超临界机组单汽泵启动的实践，分析汽泵建立启动流量和机组启动初期的运行数据，找出汽动给水泵低转速下工作点偏离限制曲线的原因，并对限制曲线进行修正，引入“泵组限制曲线”这一概念，为实现超临界机组单汽泵顺利启动提供了控制思路。
关键词：超临界 单汽泵启动 给水泵工作点 泵组限制曲线 转速 实践
0 引言
亚临界汽包炉的单汽泵启动在生产实践中的应用已经比较普遍。相关文献大多从小机汽源及管路系统的设计来论述汽包炉单汽泵启动的可行性，实践中主要是靠降低汽泵入口压力保护定值，以牺牲泵的安全余量为代价维持汽泵连续运行。本文从汽泵工作点与限制曲线的关系入手分析启动初期前置泵对汽泵工作点的影响，提出泵组限制曲线这一概念。在不改变保护定值的前提下，实现超临界机组单汽泵顺利启动。
1 系统简介
黄岛电厂三期工程2×660MW中，汽轮机为N660-24.2/566/566型超临界、一次中间再热、单轴三缸四排汽、凝汽式汽轮机。给水系统采用2台50%的汽动给水泵组和1台30%的电动给水泵组。电动给水泵组用于机组启动建立锅炉启动流量，以及汽泵异常情况下的备用。
2 难点及实践中的问题
2.1 超临界机组单汽泵启动的难点
亚临界汽包炉单汽泵启动主要通过保持汽泵定压运行稳定流量和控制锅炉排污来保持汽包水位，通过连续进水和炉内循环保持启动流量。但超临界机组直流锅炉没有大容积的汽包缓冲和炉内循环，必须建立一定的启动流量才能保证启动初期的水冷壁安全。因此，超临界机组的单汽泵启动难度大要求高。
2.2 超临界机组单汽泵启动中存在的问题
因系统设计原因，单汽泵启动作为一种非设计运行方式。汽泵建立启动给水流量的过程中，试图将工作点控制在汽泵最大流量限制曲线内无法实现。只能偏出汽泵最大流量限制曲线建立启动流量，流量及压力控制没有限制目标，经常造成汽泵入口压力低跳泵，影响泵组安全和机组顺利启动。
3 给水泵与泵组限制曲线
3.1 给水泵限制曲线
给水泵限制曲线如图-1，为了保证给水泵的安全运行，给水泵必须工作在泵的上限特性、下限特性、以及泵的最高转速和最低转速包围的区域，该区域称为汽泵的安全工作区。汽泵的上限
图1 给水泵限制曲线
Fig.1: the limited-curve of the water pump
特性曲线称为最小流量曲线， 它表示给水泵在不同转速下必须满足的最小流量。低于这个流量，泵内由于机械做功产生的热量不能及时带走，使得给水加热并汽化，导致泵内汽蚀。给水泵的下限特性曲线称为最大流量曲线，它表示给水泵在不同转速下允许的最大流量。大于这个流量，泵内静压最低值将低于给水温度下的饱和压力，导致汽蚀。由于设计容量的匹配和给水压力的限制，运行中泵的工作点不会偏出上限特性曲线。但在机组单汽泵启动这一非设计方式下，由于上述原因，泵的工作点无目标的偏出设计下限特性曲线，当偏出较远时，泵陷入安全极限，入口压力低保护跳泵。如图-3：工作点9。
3.2 泵组限制曲线
2007年10月31日，因电泵系统故障采用单汽泵启动方式。22：47h 启动汽泵前置泵，22：52h 汽泵冲转，23：11h 汽泵转速1951r/min因入口压力低跳泵，第一次启动失败。11月1日02：17h汽泵重新冲转，03：03h汽泵转速3247r/min，出口压力11MPa，汽泵流量860t/h，入口压力1.51 MPa，逼近保护动作值1.5 MPa，给水流量满足锅炉点火要求，第二次启动成功。
第一次启动历史曲线如图-2，在曲线上选取9个有代表性的工作点1—9，各工作点参数如表-1，汽泵启动过程线如图-3。
图2： 汽泵启动过程曲线
Fig.2: the process curve of the steam-pump starting
汽泵转速600 r/min以下，汽泵出口压力低于入口压力，汽泵工作压头用于克服自身在管道系统中的阻力。汽泵转速600 r/min时，汽泵出入口压力相等，其工作压头与自身在管道系统中的阻力平衡，此时流量320 t/h（工作点2）是无汽泵阻力条件下前置泵提供的流量，该流量即为汽泵启动初期前置泵的影响流量。汽泵转速600 r/min以上，汽泵出口压力逐渐大于入口压力，汽泵开始对系统提供压力和输出流量。汽泵启动初期由于前置泵的影响，汽泵下限特性曲线失去参考意义，对给水泵的限制应该根据前置泵的影响进行修正，获得与实际运行情况相适应的限制曲线，作为控制调整的依据，该曲线命名为前置泵-汽泵组限制曲线，简称泵组限制曲线。
表1：第一次启动过程中各工作点参数
Tab.1: each work-spot parameter in the first starting process
在汽泵设计限制曲线的基础上向右平移，叠加前置泵的流量，取300t/h，获得曲线P-Q，作为低转速范围内泵组限制曲线。汽泵转速2000r/min以上，汽泵出入口压力成迅速扩大的倍数关系，前置泵只是保证汽泵吸入压头，对流量的影响迅速衰减，泵组最大流量限制曲线迅速逼近汽泵限制曲线。以第二次启动建立启动流量工作点10（9.9MPa,810t/h,3000r/min）、11（10.5MPa,820t/h,3100r/min）、12（11MPa,860t/h,3247r/min）作为逼近设计曲线的界限（汽泵入口压力接近保护定值1.5MPa）如图-3。工作点10、11、12与第一次启动临界工作点8近似在一条直线上延长分别交曲线PQ与OS于Q、R点，获得由低转速到高转速的泵组限制曲线。高转速区前置泵对流量的影响可以忽略，泵组限制曲线与给水泵限制曲线重合。即，泵组的下限特性曲线如图-3：曲线O-P-Q-R-S。
图3：单汽泵启动汽泵工作过程分析及修正限制曲线
Fig.3: the analysis about the work-spot and the corrected limited curve
4 修正曲线的准确性
以该次启动为例。工作点2、3、4偏出给水泵限制曲线近100t/h，但落在泵组限制曲线内，汽泵入口压力分别为1.65MPa、1.6MPa、1.54MPa距离入口压力低保护定值1.5MPa有足够的安全余量，汽泵安全稳定运行。工作点8偏出设计限制曲线300t/h，落在泵组限制曲线上，汽泵工作在稳定的边缘。工作点9偏出泵组限制曲线不到50 t/h，汽泵入口压力低保护动作。曲线P-Q获得验证。曲线Q-R根据实践近似而得。曲线R-S，对应转速3500r/min以上，汽泵已经脱离启动工况，前置泵对流量的影响可以忽略，实践中证明工作点比较容易控制在原限制区域内。
5 结论
在汽泵冲转至600r/min之前，压力和流量无需特别控制，工作点落在直线O-P上，汽泵对系统不能输出压力和流量。转速600r/min至2000r/min，汽泵工作点控制在曲线P-Q内。2000 r/min以上工作点迅速进入设计工作区，工作点 控制在Q-R-S线内。即，给水泵工作点控制在泵组限制曲线O-P-Q-R-S曲线内，就能确保汽动给水泵工作稳定，在不降低给水泵入口压力低保护定值的前提下，实现超临界机组单汽泵顺利启动。
6 参考文献：
［1］ 肖大雏 国产600MW超临界火力发电机组技术丛书 控制设备及系统 .中国电力出版社
［2］ 杨诗成，王喜魁 泵与风机 上海电力学院 沈阳电力专科学校 1989.6
［3］ 王 舰，姜小军 600MW机组无电泵启动方式探讨.电力建设.2005.5
［4］ 14×14×16HDB—5 给水泵限制曲线.
［5］ 李建春，樊纪龙 汽动给水泵实现大型机组汽轮机启停的安全性分析 浙江电力 2006.5
（1大唐山东发电有限公司,山东青岛 266061；2大唐黄岛发电有限公司 ,山东青岛 266500 ）
摘 要：本文通过对660MW超临界机组单汽泵启动的实践，分析汽泵建立启动流量和机组启动初期的运行数据，找出汽动给水泵低转速下工作点偏离限制曲线的原因，并对限制曲线进行修正，引入“泵组限制曲线”这一概念，为实现超临界机组单汽泵顺利启动提供了控制思路。
关键词：超临界 单汽泵启动 给水泵工作点 泵组限制曲线 转速 实践
0 引言
亚临界汽包炉的单汽泵启动在生产实践中的应用已经比较普遍。相关文献大多从小机汽源及管路系统的设计来论述汽包炉单汽泵启动的可行性，实践中主要是靠降低汽泵入口压力保护定值，以牺牲泵的安全余量为代价维持汽泵连续运行。本文从汽泵工作点与限制曲线的关系入手分析启动初期前置泵对汽泵工作点的影响，提出泵组限制曲线这一概念。在不改变保护定值的前提下，实现超临界机组单汽泵顺利启动。
1 系统简介
黄岛电厂三期工程2×660MW中，汽轮机为N660-24.2/566/566型超临界、一次中间再热、单轴三缸四排汽、凝汽式汽轮机。给水系统采用2台50%的汽动给水泵组和1台30%的电动给水泵组。电动给水泵组用于机组启动建立锅炉启动流量，以及汽泵异常情况下的备用。
2 难点及实践中的问题
2.1 超临界机组单汽泵启动的难点
亚临界汽包炉单汽泵启动主要通过保持汽泵定压运行稳定流量和控制锅炉排污来保持汽包水位，通过连续进水和炉内循环保持启动流量。但超临界机组直流锅炉没有大容积的汽包缓冲和炉内循环，必须建立一定的启动流量才能保证启动初期的水冷壁安全。因此，超临界机组的单汽泵启动难度大要求高。
2.2 超临界机组单汽泵启动中存在的问题
因系统设计原因，单汽泵启动作为一种非设计运行方式。汽泵建立启动给水流量的过程中，试图将工作点控制在汽泵最大流量限制曲线内无法实现。只能偏出汽泵最大流量限制曲线建立启动流量，流量及压力控制没有限制目标，经常造成汽泵入口压力低跳泵，影响泵组安全和机组顺利启动。
3 给水泵与泵组限制曲线
3.1 给水泵限制曲线
给水泵限制曲线如图-1，为了保证给水泵的安全运行，给水泵必须工作在泵的上限特性、下限特性、以及泵的最高转速和最低转速包围的区域，该区域称为汽泵的安全工作区。汽泵的上限
图1 给水泵限制曲线
Fig.1: the limited-curve of the water pump
特性曲线称为最小流量曲线， 它表示给水泵在不同转速下必须满足的最小流量。低于这个流量，泵内由于机械做功产生的热量不能及时带走，使得给水加热并汽化，导致泵内汽蚀。给水泵的下限特性曲线称为最大流量曲线，它表示给水泵在不同转速下允许的最大流量。大于这个流量，泵内静压最低值将低于给水温度下的饱和压力，导致汽蚀。由于设计容量的匹配和给水压力的限制，运行中泵的工作点不会偏出上限特性曲线。但在机组单汽泵启动这一非设计方式下，由于上述原因，泵的工作点无目标的偏出设计下限特性曲线，当偏出较远时，泵陷入安全极限，入口压力低保护跳泵。如图-3：工作点9。
3.2 泵组限制曲线
2007年10月31日，因电泵系统故障采用单汽泵启动方式。22：47h 启动汽泵前置泵，22：52h 汽泵冲转，23：11h 汽泵转速1951r/min因入口压力低跳泵，第一次启动失败。11月1日02：17h汽泵重新冲转，03：03h汽泵转速3247r/min，出口压力11MPa，汽泵流量860t/h，入口压力1.51 MPa，逼近保护动作值1.5 MPa，给水流量满足锅炉点火要求，第二次启动成功。
第一次启动历史曲线如图-2，在曲线上选取9个有代表性的工作点1—9，各工作点参数如表-1，汽泵启动过程线如图-3。
图2： 汽泵启动过程曲线
Fig.2: the process curve of the steam-pump starting
汽泵转速600 r/min以下，汽泵出口压力低于入口压力，汽泵工作压头用于克服自身在管道系统中的阻力。汽泵转速600 r/min时，汽泵出入口压力相等，其工作压头与自身在管道系统中的阻力平衡，此时流量320 t/h（工作点2）是无汽泵阻力条件下前置泵提供的流量，该流量即为汽泵启动初期前置泵的影响流量。汽泵转速600 r/min以上，汽泵出口压力逐渐大于入口压力，汽泵开始对系统提供压力和输出流量。汽泵启动初期由于前置泵的影响，汽泵下限特性曲线失去参考意义，对给水泵的限制应该根据前置泵的影响进行修正，获得与实际运行情况相适应的限制曲线，作为控制调整的依据，该曲线命名为前置泵-汽泵组限制曲线，简称泵组限制曲线。
| 工作点 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| 出口压力MPa | 1.5 | 1.65 | 2.25 | 2.65 | 3.5 | 4.3 | 4.7 | 2.65 | 3.1 |
| 入口流量t/h | 160 | 320 | 430 | 455 | 315 | 350 | 360 | 700 | 772 |
| 转速r/min | 200 | 600 | 1190 | 1350 | 1370 | 1600 | 1700 | 1780 | 1951 |
| 入口压力MPa | 1.7 | 1.65 | 1.6 | 1.54 | 1.55 | 1.6 | 1.54 | 1.53 | 1.51 |
Tab.1: each work-spot parameter in the first starting process
在汽泵设计限制曲线的基础上向右平移，叠加前置泵的流量，取300t/h，获得曲线P-Q，作为低转速范围内泵组限制曲线。汽泵转速2000r/min以上，汽泵出入口压力成迅速扩大的倍数关系，前置泵只是保证汽泵吸入压头，对流量的影响迅速衰减，泵组最大流量限制曲线迅速逼近汽泵限制曲线。以第二次启动建立启动流量工作点10（9.9MPa,810t/h,3000r/min）、11（10.5MPa,820t/h,3100r/min）、12（11MPa,860t/h,3247r/min）作为逼近设计曲线的界限（汽泵入口压力接近保护定值1.5MPa）如图-3。工作点10、11、12与第一次启动临界工作点8近似在一条直线上延长分别交曲线PQ与OS于Q、R点，获得由低转速到高转速的泵组限制曲线。高转速区前置泵对流量的影响可以忽略，泵组限制曲线与给水泵限制曲线重合。即，泵组的下限特性曲线如图-3：曲线O-P-Q-R-S。
图3：单汽泵启动汽泵工作过程分析及修正限制曲线
Fig.3: the analysis about the work-spot and the corrected limited curve
4 修正曲线的准确性
以该次启动为例。工作点2、3、4偏出给水泵限制曲线近100t/h，但落在泵组限制曲线内，汽泵入口压力分别为1.65MPa、1.6MPa、1.54MPa距离入口压力低保护定值1.5MPa有足够的安全余量，汽泵安全稳定运行。工作点8偏出设计限制曲线300t/h，落在泵组限制曲线上，汽泵工作在稳定的边缘。工作点9偏出泵组限制曲线不到50 t/h，汽泵入口压力低保护动作。曲线P-Q获得验证。曲线Q-R根据实践近似而得。曲线R-S，对应转速3500r/min以上，汽泵已经脱离启动工况，前置泵对流量的影响可以忽略，实践中证明工作点比较容易控制在原限制区域内。
5 结论
在汽泵冲转至600r/min之前，压力和流量无需特别控制，工作点落在直线O-P上，汽泵对系统不能输出压力和流量。转速600r/min至2000r/min，汽泵工作点控制在曲线P-Q内。2000 r/min以上工作点迅速进入设计工作区，工作点 控制在Q-R-S线内。即，给水泵工作点控制在泵组限制曲线O-P-Q-R-S曲线内，就能确保汽动给水泵工作稳定，在不降低给水泵入口压力低保护定值的前提下，实现超临界机组单汽泵顺利启动。
6 参考文献：
［1］ 肖大雏 国产600MW超临界火力发电机组技术丛书 控制设备及系统 .中国电力出版社
［2］ 杨诗成，王喜魁 泵与风机 上海电力学院 沈阳电力专科学校 1989.6
［3］ 王 舰，姜小军 600MW机组无电泵启动方式探讨.电力建设.2005.5
［4］ 14×14×16HDB—5 给水泵限制曲线.
［5］ 李建春，樊纪龙 汽动给水泵实现大型机组汽轮机启停的安全性分析 浙江电力 2006.5
7 作者简介
魏坤，男，高级工程师，现工作于大唐山东发电有限公司运行部，，从事设备运行管理工作；
王军山，男，工程师，现工作于大唐山东发电有限公司运行部，，从事技术运行管理工作。