1036 MW機(jī)組前置泵葉輪車削后的節(jié)能效果分析

孫偉鵬，馮庭有

（華能海門電廠，廣東 汕頭 515071）

1036 MW機(jī)組前置泵葉輪車削后的節(jié)能效果分析

孫偉鵬，馮庭有

（華能海門電廠，廣東 汕頭 515071）

通過對(duì)前置泵葉輪車削機(jī)理的研究，結(jié)合以往的車削經(jīng)驗(yàn)，確定葉輪的最佳車削量，并對(duì)葉輪車削后的節(jié)能效果進(jìn)行分析。通過運(yùn)行試驗(yàn)，驗(yàn)證了車削后前置泵的安全性和可靠性，提升了機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。對(duì)大型電廠輔機(jī)的選型及深度節(jié)能具有參考價(jià)值。

超超臨界；機(jī)組；前置泵；葉輪；車削；節(jié)能；效果；研究

1 概 述

華能海門電廠一期建設(shè)規(guī)模為4×1036 MW機(jī)組，1號(hào)、2號(hào)機(jī)組鍋爐給水系統(tǒng)配置有2臺(tái)50%容量的汽動(dòng)變速給水泵，1號(hào)、2號(hào)機(jī)采用1臺(tái)30%BMCR容量的變速電動(dòng)給水泵作為啟動(dòng)給水泵。3號(hào)、4號(hào)機(jī)組鍋爐給水系統(tǒng)配置有2臺(tái)50%容量的汽動(dòng)變速給水泵，不設(shè)電動(dòng)啟動(dòng)給水泵。汽泵前置泵型號(hào)均為500×350 KSM的日本荏原博泵。

隨著節(jié)能減排的深入進(jìn)行，挖掘設(shè)備的節(jié)能潛力，可進(jìn)一步提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。鍋爐給水前置泵在廠用電比率中占有一定比重，如何使其經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行，值得深入研究分析。

2 車削機(jī)理

圖1 離心泵的特性曲線

對(duì)于工頻泵，僅有1條流量－揚(yáng)程曲線，見圖1所示。為了擴(kuò)大泵的工作范圍，可采用車削葉輪外徑的方法，使其工作范圍由1條線變成一個(gè)面（如圖1中ABCD），其中的1、2線是車削葉輪前、后的特性曲線，3、4線是車削外徑的切割線（虛線）。

車削葉輪前后的參數(shù)變化關(guān)系，可近似地由車削定律來表達(dá)，見公式（1）：

即葉輪車削前后流量、揚(yáng)程、軸功率之比等于車削前后的外徑一次方、二次方、三次方之比。據(jù)有關(guān)資料，車削換算公式是用相似理論導(dǎo)出的，但車削前、后的葉輪并不相似，因此運(yùn)用車削公式會(huì)引起誤差。為了修正誤差，常按公式（2）確定實(shí)際車削量ΔD實(shí)：

式（2）中，ΔD計(jì)為按式（1）計(jì)算而得的車削量；K為實(shí)驗(yàn)求得的車削系數(shù)。

3 葉輪車削調(diào)節(jié)優(yōu)化

3.1 比轉(zhuǎn)數(shù)

比轉(zhuǎn)數(shù)是從相似理論中引出的一個(gè)形似準(zhǔn)則數(shù)，因此，相似的泵在相似的工況下比轉(zhuǎn)數(shù)相等。然而，同1臺(tái)泵在不同工況下的比轉(zhuǎn)數(shù)并不相等，通常用最佳工況點(diǎn)（最高效率點(diǎn)）的比轉(zhuǎn)數(shù)來代表1臺(tái)泵的比轉(zhuǎn)數(shù)，一般以ns表示：

式（3）中，qv—— 體積流量，m3／s；

H ——揚(yáng)程，m；

n—— 轉(zhuǎn)速，r／min

3.2 車削限度

水泵車削限度與其比轉(zhuǎn)數(shù)有著密切關(guān)系，車削量隨其比轉(zhuǎn)數(shù)增加而遞減，當(dāng)比轉(zhuǎn)數(shù)ns＞350時(shí)，因?qū)π视绊戇^大，一般不允許再車削，詳見表1、表2。

表1 葉輪車削限度與泵比轉(zhuǎn)速關(guān)系

表2 葉輪車削限度與效率關(guān)系

3.3 車削系數(shù)與比轉(zhuǎn)數(shù)的關(guān)系

因?yàn)檐囅飨禂?shù)是用實(shí)驗(yàn)方法所得，各廠家之間可能存有差異。根據(jù)國外文獻(xiàn)，水泵的車削系數(shù)值小于l，見圖2，當(dāng)比轉(zhuǎn)數(shù)ns為40～70時(shí)，值約為0.8～0.9；隨著比轉(zhuǎn)數(shù)ns的增加，其值愈來愈小，當(dāng)ns變?yōu)?50時(shí)，該值近似為零。

圖2 離心泵車削系數(shù)經(jīng)驗(yàn)圖

3.4 優(yōu)化設(shè)計(jì)思路

前置泵安全揚(yáng)程裕度大，長時(shí)間偏離高效運(yùn)行區(qū)，為此，根據(jù)實(shí)際情況，經(jīng)過充分論證，適度降低前置泵的設(shè)計(jì)揚(yáng)程，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行。車削前，需對(duì)各主要參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

（1）適當(dāng)?shù)能囅髁浚_保額定工況下前置泵出力處于高效運(yùn)行區(qū)。

（2）降減低負(fù)荷時(shí)的不穩(wěn)定性，提高轉(zhuǎn)子的剛度，采用車削修磨的方法，減小葉片出口角，降低低負(fù)荷時(shí)的回流。修磨時(shí)，消除流道的不對(duì)稱性，提高流動(dòng)穩(wěn)定性。

（3）對(duì)原葉輪蝸殼的通流部分進(jìn)行改造，以彌補(bǔ)因葉輪被車削而導(dǎo)致的效率下降。

（4）車削后，泵的轉(zhuǎn)子需進(jìn)行高速動(dòng)平衡校對(duì)實(shí)驗(yàn)，嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行組裝。

4 實(shí)際葉輪車削量計(jì)算

通過實(shí)際計(jì)算可知，鍋爐給水前置泵額定比轉(zhuǎn)速ns＝105。通過表1可知：理論最大車削量為16.25%。但仍需考慮某些工況進(jìn)行修正。

（1）考慮實(shí)際揚(yáng)程及運(yùn)行特殊工況，其車銷量最終不大于10%。

圖3 升負(fù)荷過程前置泵實(shí)際、設(shè)計(jì)揚(yáng)程對(duì)比曲線

由圖3可知，升負(fù)荷前置泵設(shè)計(jì)值與實(shí)際出力偏差較大，前置泵流量大于700 t／h（負(fù)荷大于400 MW）以上，前置泵出力偏差20～26 m的揚(yáng)程，平均偏差值為23.64 m，呈現(xiàn)出高負(fù)荷偏差大的趨勢。且降負(fù)荷較升負(fù)荷明顯，偏差22～26 m，這是由于降負(fù)荷時(shí)，除氧器的壓力迅速下降而引起的，特別在快速降負(fù)荷工況下，其出力下降更為明顯。故前置泵葉輪車削時(shí)，必須考慮實(shí)際出力問題及特殊工況（FCB、RB等），車銷量應(yīng)不大于10%。

（2）水泵葉輪在車削前，應(yīng)全面權(quán)衡利弊，慎之又慎，而后再確定實(shí)際車削量。考慮各方因素，葉輪的車削量宜小不宜大，且水泵的葉輪直徑將隨使用時(shí)間的延長，會(huì)磨損而變小。最終確定修正車銷量不大于0.6×10%＝6%。

為確保汽動(dòng)給水泵主泵不發(fā)生汽蝕現(xiàn)象，運(yùn)行方面需制訂防止汽蝕的防范措施。通過與從廠家設(shè)計(jì)人員溝通，最終確定了給水前置泵葉輪所允許的車削量，將葉輪直徑由原設(shè)計(jì)值600 mm車削至592 mm。

5 實(shí)際效果分析

5.1 出力分析

機(jī)組大修時(shí)，對(duì)前置泵葉輪進(jìn)行了車削，以鍋爐給水前置泵A為例，其改造前、后的出力，見圖4所示。

圖4 葉輪車削前、后的揚(yáng)程與電流對(duì)比曲線

（1）改造后，前置泵揚(yáng)程平均值降低4.7 m，隨著機(jī)組負(fù)荷（或流量）增加，改造前、后的揚(yáng)程偏差值基本穩(wěn)定。電流平均下降5.7A，節(jié)能效果較為明顯。

（2）對(duì)汽泵轉(zhuǎn)速及汽耗率的影響

根據(jù)轉(zhuǎn)速與葉輪直徑三次方成正比，實(shí)際葉輪直徑從600 mm車削至592 mm時(shí)，轉(zhuǎn)速會(huì)下降至原來的0.85倍，見圖5所示。在相同蒸汽參數(shù)、相同出力情況下，給水流量在1100 t／h以下，葉輪切割后的汽泵汽耗稍有增加，但影響很小；給水流量在1100 t／h以上，葉輪切割后的相同流量汽泵效率有了提高，轉(zhuǎn)速有所下降，汽耗明顯降低，運(yùn)行更經(jīng)濟(jì)，提升了汽泵效率。

圖5 葉輪車削前、后對(duì)汽泵轉(zhuǎn)速及汽耗率的影響曲線

5.2 效益分析

隨著前置泵給水流量的增加，葉輪車削后的前置泵節(jié)能效果更明顯，最大電流差接近7A，即高負(fù)荷時(shí)更節(jié)能，反映于圖6動(dòng)態(tài)曲線中。

圖6 葉輪車削前、后的節(jié)能效果動(dòng)態(tài)曲線

以均負(fù)荷800 MW、均電流下降6A計(jì)算，以4臺(tái)機(jī)組8臺(tái)前置泵為例，年節(jié)約電量為436.96萬度，以機(jī)組使用期限30年計(jì)，累計(jì)節(jié)約1.31億元。可節(jié)約標(biāo)煤16.39萬噸。

6 結(jié) 語

（1）實(shí)際離心泵車削計(jì)算中，對(duì)最優(yōu)葉輪車削量應(yīng)進(jìn)行充分考慮，以確保泵的可靠穩(wěn)定運(yùn)行。

（2）實(shí)踐證明，在葉輪直徑允許減少的范圍內(nèi)，泵效率下降很小，但揚(yáng)程變化卻比較大。

（3）前置泵車削后，能夠滿足汽動(dòng)給水泵的要求，并對(duì)汽泵汽耗有一定影響。

（4）葉輪車削后的前置泵，隨著出力增大節(jié)能效果更明顯。

［1］劉建義.離心泵葉輪車削量與泵比轉(zhuǎn)數(shù)和泵效率下降關(guān)系的探討.［J］.通用機(jī)械.2006.10：22－25.

［2］張波，趙寶雙.日本6WTB—142型離心泵葉輪車削節(jié)能改造.［J］.通用機(jī)械.2002.7：12－14.

［3］吳仁榮，林志強(qiáng).關(guān)于雙吸離心泵切割規(guī)律的研究.［J］.機(jī)電設(shè)備.2010.5：31－35.

［4］高紅斌，張汝琦，孫楠，楊了.相似定律在離心泵設(shè)計(jì)中的簡易應(yīng)用［J］.機(jī)械工程與自動(dòng)化.2010.5：18－21.

Analysis on the Energy Saving in Turning the Impeller of Water－Booster Pump for 1036 MW Power Unit

SUN Wei－peng，F(xiàn)ENG Ting－you
（Huaneng Haimen Power Plant，Shantou，Guangdong 515071，China）

The optimum amount of wheel turning has been determined based on the study on the turning mechanism of water－booster pump impeller and combined with actual turning experience.The safety ＆reliability of impeller turning have been specified and the economy of the operation of power unit has been increased based on the operational experiment.It is quite helpful to the selection of the auxiliary equipment and energy saving in large power plant.

ultra supercritical；power unit；booster pump；impeller；turning；energy saving；effect；study

TK268.＋3

A

1672－0210（2011）04－0042－03

2011－04－25

2011－08－16

孫偉鵬（1970－），男，大學(xué)本科，工程師，現(xiàn)從事大型火電機(jī)組運(yùn)行方面的管理工作。