電站定速鍋爐給水泵節(jié)能降耗的簡捷途徑

上海上電電力工程有限公司 章 健

1 設(shè)備概況

該熱電廠共裝有2臺(tái)燃煤汽包爐，共配置3臺(tái)FT270-140（5）型電動(dòng)給水泵，技術(shù)參數(shù)見表（1），給水泵結(jié)構(gòu)圖見圖1，母管制給水系統(tǒng)，兩用一備，給水系統(tǒng)見圖2。主蒸汽通過減溫減壓站向化工區(qū)供汽，另作為某燃煤電站2×1000MW機(jī)組應(yīng)急備用輔助汽源，投產(chǎn)后存在著電耗高及汽水品質(zhì)差等問題。

表1 FT270-140（5）型電動(dòng)給水泵技術(shù)參數(shù)

圖1 給水泵結(jié)構(gòu)圖

2 存在問題

1）泵軸封是螺旋密封結(jié)構(gòu)，密封水由除鹽水供給，注入后部分進(jìn)入泵內(nèi)，給水氧溶量達(dá)450～500ppb以上（標(biāo)準(zhǔn)：≤15ppb），導(dǎo)致蒸汽品質(zhì)不合格，長期使用易造成爆管停爐。另由于水溫低，使泵轉(zhuǎn)子兩側(cè)局部收縮，造成暫態(tài)軸彎曲，啟動(dòng)后振動(dòng)大，內(nèi)部磨損效率下降等問題較突出。

2）給水調(diào)門差壓大，節(jié)流損失大，運(yùn)行數(shù)據(jù)見表2。

3 原因分析及改進(jìn)措施

1）改善供汽品質(zhì)

原先泵的軸端密封為螺旋密封，密封水是使用電廠里的除鹽水。

螺旋密封的工作原理如下：在軸套的外圓以及螺旋襯套的內(nèi)圓分別加工出反向的雙頭螺旋槽，并使螺旋襯套和軸套間的間隙保持在0.38～0.44 mm的范圍內(nèi)。運(yùn)行過程中利用軸套旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的反向抽送力將泵體水封住，同時(shí)也使含有高溶解氧的除鹽水進(jìn)入給水而導(dǎo)致給水泵出口給水溶解氧大幅度提高。

本次改造對(duì)水泵端面密封形式進(jìn)行改造，在結(jié)構(gòu)不作較大變動(dòng)的前提下將螺旋密封改成集成式機(jī)械密封，從根本上杜絕除鹽水進(jìn)入主給水的通道。同時(shí)對(duì)水泵密封水系統(tǒng)進(jìn)行部分改動(dòng)，提高蒸汽品質(zhì)同時(shí)轉(zhuǎn)子在啟停時(shí)的碰磨狀況大為改善。

通過改造，給水氧溶量≤10ppb，保證了蒸汽品質(zhì)。

表2 鍋爐運(yùn)行數(shù)據(jù)

2）降低給水泵耗電量

（1）造成給水能耗偏高的原因大致有以下三個(gè)方面：

①鍋爐選用參數(shù)偏高

爐蒸發(fā)量150t/h時(shí)汽包工作壓力設(shè)定6.27MP a，從2008年投產(chǎn)至今，其實(shí)際最高蒸發(fā)量在131t/h左右（一般在100t/h左右），此時(shí)汽包壓力在5.0MPa左右，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表2，即使蒸發(fā)量在150t/h時(shí)，預(yù)計(jì)汽包壓力也就在5.3 MPa，富裕量為6.27MP a—5.0MP a=1.27MPa。存在較大的富裕量。

②給水泵選擇參數(shù)偏高

以往泵參數(shù)選擇原則是以所需最大流量和系統(tǒng)最大阻力，加上一定的富裕量作為依據(jù)的。以下參數(shù)的比較即可看出其問題所在：首先在設(shè)備參數(shù)選擇上就存在富裕量。又在此基礎(chǔ)上，揚(yáng)程取15%，流量取10%，再另設(shè)給水差壓，來作為選泵參數(shù)的依據(jù)。這就存在著安全余量層層疊加的現(xiàn)象。這里且不討論計(jì)算阻力選擇過大的阻力系數(shù)所引起的后果（設(shè)計(jì)院對(duì)阻力系數(shù)的選擇基本上偏向保守，普遍較大。這也是目前火電廠的水，風(fēng)，煙系統(tǒng)運(yùn)行效率偏低的主要原因。）僅過大的富裕量造成的運(yùn)行效率低，管道、閥門沖刷等一系列問題就足以說明問題。正確選擇應(yīng)是：在鍋爐最大蒸發(fā)量時(shí)，主給水調(diào)門前后差壓維持在0.6～0.8 MPa，作為安全差壓來保證安全閥起座時(shí)的鍋爐進(jìn)水，已滿足要求，且供熱爐的供汽系統(tǒng)由數(shù)個(gè)受汽單元組成，容量龐大，即使一個(gè)或數(shù)個(gè)單元負(fù)荷突然失去也不會(huì)立刻引起過熱器／汽包壓力的急劇上升,這是與發(fā)電機(jī)組鍋爐的區(qū)別所在。

③泵參量選擇高帶來電能的損失

為說明問題，見圖3所示，將各參數(shù)初步列出后就不難看出由于富裕量的偏大所帶來的損失。

圖3中：H-Q⑤ 指5級(jí)葉輪時(shí)性能；C點(diǎn)為選擇參量點(diǎn)，Qc;Hc;ηc；Nc各為C點(diǎn)的（流量，揚(yáng)程，效率，軸功率。

B點(diǎn)為節(jié)流后的工況點(diǎn)：QB;HB;ηB；NB分指B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的流量，揚(yáng)程，效率及軸功率。

從圖3可看出，為適應(yīng)實(shí)際工況需要，調(diào)門開度從C點(diǎn)關(guān)至B點(diǎn)，也就是通過關(guān)小給水調(diào)整門,增加系統(tǒng)的阻力來實(shí)現(xiàn)。運(yùn)行效率也由ηC降至ηB，調(diào)門前揚(yáng)程約在820m左右，也就產(chǎn)生了節(jié)流損失.圖3中陰影部分區(qū)域即是節(jié)流損失區(qū)。

（2）抽去第二級(jí)葉輪，采用4級(jí)葉輪泵的分析：

鍋爐負(fù)荷130t/h時(shí)汽包壓力為5.0MPa；給水流量為150t/h（其中20t/h為減溫水流量）；泵揚(yáng)程為820m；除氧器水面至泵軸中心距離15m；給水調(diào)整門預(yù)留安全裕量暫考慮0.8MPa。

抽一級(jí)葉輪后，即圖3中H-Q④所示的4級(jí)葉輪時(shí)性能：A點(diǎn)為經(jīng)濟(jì)工況點(diǎn)，QA;HA;ηA；NA為A點(diǎn)的流量，揚(yáng)程，效率和軸功率，此時(shí)4級(jí)泵的揚(yáng)程為820 m÷5×4=6 5 6m。

再加上除氧器標(biāo)高15m的倒灌注壓頭，泵的出口壓頭可達(dá) 6.4MPa。即使鍋爐在最大蒸發(fā)量時(shí)汽包壓力約5.3MPa，調(diào)門差壓也有1.1 MPa，超過預(yù)留的安全裕量（0.8MPa），泵完全能滿足安全需要。特別要指出的是：鍋爐的蒸發(fā)量是根據(jù)外部需求，是個(gè)動(dòng)態(tài)的。如直接采用變頻技術(shù)應(yīng)是最理想的方案，但裝置費(fèi)用高，每k W約需600-800元。該電機(jī)為800kW，一次投入成本較高；另一方面，由于該泵原本選擇參數(shù)較高，則將導(dǎo)致轉(zhuǎn)速下降較多。殊不知過低的運(yùn)行轉(zhuǎn)速，將使泵效率下降。所以第一步對(duì)泵抽、削車葉輪來滿足鍋爐在最大蒸發(fā)量時(shí)對(duì)給水參數(shù)的要求，在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行變頻改造的方案較為合理。

4 采用4級(jí)葉輪后產(chǎn)生的效益：

對(duì)改造前后給水泵進(jìn)行節(jié)能效果試驗(yàn)，以實(shí)際運(yùn)行參數(shù)來驗(yàn)證節(jié)能效果。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：未改造時(shí)泵平均給水單耗為4.8kWh/t，改造后泵平均給水單耗下降至4.04kWh/t，給水電量單耗節(jié)省了0.76KWh/t，節(jié)電率為16%。

1）根據(jù)2011年3月4日 至2012年3月2日的統(tǒng)計(jì)：全年三臺(tái)泵總共發(fā)生流量317054t，總共節(jié)約電量240961kWh。直接經(jīng)濟(jì)效益：240961kW.h×1.00元/k Wh=240961元（人民幣）。

2）給水溶氧量降至≤10ppb,取得較好的結(jié)果，有效的降低了鍋爐機(jī)組的運(yùn)營成本，同時(shí)帶來較好的社會(huì)效益。

5 結(jié)論

在設(shè)備的選型和運(yùn)行中，適當(dāng)?shù)乜紤]安全因素和參數(shù)的富裕量是必要的，但過分地追求安全，將導(dǎo)致持久性的運(yùn)行效率低下。過大的安全量是重要的節(jié)電因素，實(shí)際上只要嚴(yán)格執(zhí)行運(yùn)行制度，因地制宜從實(shí)際情況出發(fā)，對(duì)各類設(shè)備參數(shù)進(jìn)行指標(biāo)優(yōu)化及改造，安全是可行可控的，能提高效率，減少運(yùn)營成本，是事半功倍的事。在初步改造基礎(chǔ)上獲得效益將其再投入，增加變頻裝置，以滿足鍋爐在各負(fù)荷段對(duì)給水的要求，從而進(jìn)一步提升節(jié)能效果。

[1]《泵怎樣節(jié)能》馬文智；水泵技術(shù)

[2]《現(xiàn)代泵理論與設(shè)計(jì)》關(guān)醒凡；中國宇航出版社