QG400/300型給水前置泵安全節能優化分析

李 剛，趙興樓，鄒節廉

（1.華能國際電力股份有限公司上安電廠，石家莊 050310；2.天津市武陵節能技術公司，天津 300204）

1 概述

華能國際電力股份有限公司上安電廠2臺600 MW超臨界直接空冷機組各配置2臺50%容量的QG400/300型電動給水前置泵和MDG366型汽動給水主泵。給水前置泵為臥式中開雙吸式，設計流量1 125.5t/h，設計揚程122m，轉速1 480r/min，效率82%，必需汽蝕余量NPSHr為3.7m，軸功率456kW，最小流量320m3/h，最小流量下揚程150 m；汽動給水主泵設計流量1 125.5t/h，設計揚程3 394m，調速范圍2 800～6 000r/min，必需汽蝕余量為38m，軸功率12 046kW。

給水前置泵2008年8月投產運行，一年以后即出現了效率嚴重下降，泵殼部分沖刷現象。經多次解體檢修，改進泵殼密封結構后，泵效率大幅提升，但仍然存在著耗電大，且低流量時，常出現自抖動、串軸問題，穩定性較差。為了節能減排，提高低負荷穩定性，降低前置泵的耗電率，利用5號機組大修機會，對B給水前置泵進行了節能優化改進。

2 給水前置泵安全節能優化診斷

檢修前對5號機組B給水前置泵進行了全面經濟安全優化診斷測試及分析，為改進提供科學依據。

2.1 現場診斷測試試驗

在機組正常穩定工況下，按不同負荷測量前置泵的流量、進出口壓力及電功率等參數，從而計算求得泵的性能曲線。使用0.4級標準壓力表進行測量進出口壓力，采用現場流量表進行流量測量，采用現場0.2級功率表測量電功率，使用現場表計測量除氧器壓力、溫度、主泵出口壓力、轉速、機組負荷等參數。5號機組B給水前置泵改進前診斷測試數據見表1。

表1 5號機組B給水前置泵安全節能優化前診斷測試數據

2.2 診斷結果分析

從現場診斷測試結果和以往運行維護狀況分析，給水前置泵存在下列問題。

2.2.1 可用汽蝕余量過大

給水前置泵的作用是保證汽動給水主泵不汽蝕，根據安全穩定性分析和國內外前置泵安全經濟使用情況分析，按給水主泵可用汽蝕余量（NPSHa）等于1.6～2.1倍必需汽蝕余量（NPSHr）選擇配置給水前置泵，可保證汽動給水主泵的安全經濟運行。根據改前診斷測試，在滿負荷600MW工況下的揚程為135.81m，再加上除氧器水位標高，對前置泵的倒灌高度為16.1m，扣除管道阻力 （含主泵前流量表的壓損和濾網阻力）和汽動給水主泵標高15.1 m，可用汽蝕余量NPSHa＝135.81＋16.1－5－15.1＝131.81m，為NPSHr（38m）的3.47倍，明顯高于最佳范圍，可以通過削減揚程，達到節電效果。

2.2.2 效率低

給水前置泵最高運行效率只有76.866%，與先進水平比較，仍有3%～5%的差距。

2.2.3 低負荷時穩定性差

由于給水前置泵采用的雙吸葉輪，其比轉數只有58.6，屬于低比轉數泵，揚程較高，過大的揚程必然造成前置泵葉輪直徑大（φ650mm），質量大。而該機組又經常處于低負荷工況，使給水前置泵經常在額定流量的50%左右低負荷高揚程下運行，必然造成泵內流動旋轉失速、流動顫抖和壓力脈動，使軸向力波動明顯增大，無法平衡，再加上葉輪流道制造工藝差，兩側葉輪對稱性差，更加劇破壞了轉子的穩定性，從而造成了轉子抖動串軸、穩定性差。通過削減揚程的方法能夠解決低流量工況下轉子抖動串軸問題。

3 優化措施

根據機組滿負荷時給水前置泵的流量Q＝1 085.0m3/h（見表1），按8%裕量考慮，為此確定改后最佳設計流量Q＝1 171.8m3/h，揚程H≥81 m，η≥81%。具體實現措施如下。

3.1 削減揚程

a.采用特殊的車削辦法，經優化設計，將葉輪外徑平均車小20%，并使葉片出口端呈魚尾形，增大葉輪與蝸殼之間的距離，形成較大的緩沖環室空間，使低流量下的旋轉失速、流動顫抖和壓力脈動明顯削弱，軸向力波動大大減少，從而降低低流量時的流動不穩定性，提高轉子的剛度。

b.采用焊補磨削的辦法，減少葉片出口角，并提高葉片的均布對稱性和削薄葉片出口端，提高葉輪流動穩定性和減少出口流動損失。

3.2 通流改造

為了彌補葉輪車削后泵效率下降的情況對葉輪和蝸殼進行通流部分改造。

a.對原葉輪入口葉形進行優化改進。采用高效魚頭形葉形，增大開口數，并消除葉片入口節距誤差，提高泵的效率和汽蝕性能以及葉輪入口流動均勻對稱性。

b.優化葉片出口角。使出口角從24.2°減少到22.6°，削薄葉片出口段工作面，修磨長度100mm及以上，使出口端厚度由8mm減少到3.2mm，并消除葉片出口節距誤差。

c.優化葉輪出口寬度。采用精細加工方法，使葉輪出口寬度由44mm擴大到53mm，消除葉輪葉片出口寬度和出口節距誤差。

d.優化葉輪流道。磨削修薄葉輪中間隔板出口厚度，使整個通流面積先縮后擴平滑過度，并盡量消除葉輪蓋板和中間隔板內流面對軸孔的跳動，提高流道的均勻對稱性。

e.優化蝸殼隔舌型線。將2個圓頭形隔舌改為魚頭形，略擴喉口面積，并修磨提高蝸殼流道光潔度平整度。

3.3 確保密封間隙合理

高標準進行檢修組裝，保證合理的密封間隙，組裝時應嚴格控制推力軸承的游隙為0.10～0.15 mm，并將外圈壓死。

4 優化效果

按以上優化改進方案進行改造后，5號機組B給水前置泵一次啟動成功，運行平穩、振動小，機組低負荷時泵均無轉子抖動、串軸問題。為了準確測定改后節電效果，進行性能測試，結果見表2、圖1。

表2 5號機組B給水前置泵節能優化后測試數據

從圖1、表1、表2比較可以看出：優化改造使泵的效率提高了2%～6%，最高運行效率達82.18%。改后前置泵揚程下降了45m，但滿負荷工況下由于泵出力和效率提高，揚程仍有83m，對應可用汽蝕余量NPSHa仍有79m，為主泵必需汽蝕余量的2.08倍，揚程可滿足汽蝕性能要求。

圖1 5號機B給水前置泵節能優化前后性能測試曲線

在運行工況內，給水前置泵電流下降了12～19 A，電功率平均下降了153kW，按年運行7 200h計算，則改后年節電110.16萬kWh。

根據機組小汽輪機進汽、排汽參數和能量價值分析法計算求得，小汽輪機的耗能增加占前置泵節電數的30%，即改后前置泵節電有效率為70%，則實際平均年可節電110.16×0.7＝77.112萬kWh，按上網電價0.43元/kWh計算，則年效益33.158萬元，每臺前置泵改造費用約11萬，即投資回收期僅3.98個月。

從投運半年情況看，前置泵運行平穩，軸承振動、溫度等參數都達到了優良標準，解決了低流量工況下轉子抖動串軸問題，提高了前置泵的安全穩定性。

5 結束語

通過對華能國際電力股份有限公司上安電廠600MW超臨界機組QG400/300型給水前置泵進行節能優化診斷測試和改進，解決了該型泵設計裕量偏大、運行效率低、安全穩定性差等問題。改進后，提高了該給水前置泵的效率，降低了前置泵的耗電率；同時，解決了低負荷時給水前置泵轉子抖動串軸問題，振動、軸承溫度等參數均達到了優良水平，提高了設備的安全穩定性。該優化改進既有明顯的節電效果，又能提高安全穩定性，適用于所有大型機組給水前置泵的安全節能優化改進。