600MW 機組循環水泵增容改造及經濟性研究

甘淑芳

（江西贛能股份有限公司豐城二期發電廠，江西豐城 331100）

0 引言

在國家出臺了一系列具有強制性節能措施的大背景下，節能降耗已成為各火力發電廠生產中的重要任務。為此，各發電集團及火電廠均設法通過各種途徑來提高機組運行的經濟水平，600 MW 機組凝汽器真空值是影響機組經濟性和安全性的重要指標，因此保證凝汽器最佳真空是發電廠節能的一項重要內容。據估算，凝汽器真空度每提高1%，則機組的煤耗下降1%。凝汽器真空值受到凝汽器的傳熱性能、真空系統嚴密性、循環水溫度及循環水流量以及真空泵等因素影響。由于循環水泵的功率在廠用電率中占較大比例，故提高循環水泵的出力和效率、優化循環水量匹配是提高機組真空、降低機組煤耗的有效途徑。

本文以豐城二期發電廠四臺循環水泵增容改造為背景，詳細介紹了循環水泵最佳改造方法，并根據改造后的實測數據，計算出對機組真空及經濟性的影響。

1 循環水系統設備概述及改造背景

1.1 設備概述

豐城二期發電廠的循環水系統為開式循環，由四臺循環水泵通過取水頭經取水涵管從贛江取水，供兩臺機使用。循環水系統采用母管式，一臺機采用一根DN3200的母管供水，兩根母管用聯絡門聯接。采用一機雙泵的形式。循環水泵電機功率為3 500 kW，電壓等級為6 kV。凝汽器為上海動力設備有限公司生產的N-40000 型，其形式為雙背壓、雙殼體、單流程、表面式、橫向布置，它由低壓側的凝汽器A和高壓側的凝汽器B組成。水泵性能參數：

1）一臺660 MW 機組配二臺水泵，并聯運行時為循環水泵設計運行工況點，每臺泵設計運行工況保證點為：Q=9.8 m3/s，H=26.2 m，η≥85%。

2）一臺660 MW機組配一臺水泵運行時為循環水泵工況點，每臺泵設計運行工況保證點為：Q=13.0 m3/s，H=21.4 m，η≥88%。

1.2 改造背景

電廠在循環水泵設計選型的時候，夏季工況的時候贛江設計水位是按21.15 m設計計算的，而冬季是按20.22 m 設計計算的。最后計算出來夏季水泵需要的總揚程為24.70 m，冬季為20.9 m。所以最后選定循環水泵揚程為21.2～25.5 m。但隨著江水水位的逐年下降，現在實際的江水位出現了較大的變化，夏季水位基本維持在17～18 m左右運行，而在2009年的11月份贛江水位一度到達歷史最低水位15.9 m。比當時循泵設計的時候贛江水位低4 m多，導致循環水泵嚴重偏離了設計工況運行，將2009年6月3日與2009年10月11日兩天6 號機運行數據進行對比，如表1所示。

表1 6號機組運行參數總表

從上面的數據可以看出，在機組平均負荷相差不大的情況下，河水溫度基本相同，由于贛江水位不同，凝汽器真空相差達到了0.95 kPa，折算成對煤耗影響也達到了3克以上。

與水泵廠家的技術專家進行溝通后，經過計算后認為：根據記錄運行參數，水泵目前實際運行的揚程在25～29 m，軸功率約3 160 kW；在揚程29 m 時，已經超出目前水泵的最小流量點的范圍，水泵長時間在小流量運行，不僅造成機組的真空不理想，影響機組的經濟運行，而且循泵在不可靠區域運行，可能產生振動、汽蝕等，嚴重影響機組的安全運行。而與省內同類型電廠黃金埠電廠相比，在凝汽器端差、真空嚴密性基本相同，平均負荷相差也不大的情況下，凝汽器真空比黃金埠電廠小，相差最大的達到了1.89%，如果折算成對煤耗影響就達到了5 克以上。

2 改造方案的論證與實施

高效系列化節能的泵，是泵節能的根本措施，從設計方面考慮提高泵效率的方法有多種，但主要的措施是采用三元流動葉輪，可使在同等流量、壓力條件下的泵效率提高。在泵的改造過程中，應用高效葉輪代替舊的低效葉輪或葉片可以取得理想的效果。根據循環水泵目前運行性能狀況，決定在不改變循環水供水管道，不改變循環泵及電機外形安裝尺寸的基礎上，達到循環泵的增容優化改造的目標。

經過調研和多方論證，最終形成了一系列可行的方案并由水泵廠家對循環泵實施改造。泵出口管道可以保持不變，泵的筒體也不變，只是改變泵的葉輪，將原來由3 片式葉輪改為4 片式葉輪，葉輪的出口直徑由Φ1 670 變為Φ1 680，進口由Φ1 350變為Φ1 300。改變的部件也不多,配套的電機功率也基本在3 500～3 600 kW，但泵由SEZ2000-1670/1350 型變成了SEZ2000-1680/1300 型，循泵的設計水位變成16.3 m，泵的流量在贛江水位達到16.3 m的時候增加明顯，可以適應目前贛江水位的情況，滿足機組運行的要求。

2.1 泵運行性能曲線分析

根據水泵廠家提供舊泵與新泵運行性能曲線可以看出;

第一，新泵運行的最大揚程達到了34.5 m，已經遠遠超出了舊泵最大28 m的揚程，新泵的運行效率也到了最佳；

第二，新泵流量增加明顯。在揚程一樣的情況下，新泵流量比舊泵的流量明顯增加。水泵出口揚程越大，新泵流量增加比舊泵更明顯，也就是說在水位越低的情況下，新泵的流量比舊泵的流量有更大的增加。

2.2 新泵并列運行分析

其中：Hc——泵運行狀態下的總揚程；

K——靜揚程；

B——與泵和管道有關的一個常數；

Q——流量。

由于循環水管路長，且循環水管道運行后內壁出現如貝殼類的微生物，引起管道實際運行的水阻比設計大，即B 增大，使設計的管道特性曲線變陡，而當贛江水位上升，引起靜揚程K 減少，使特性曲線下移。

假設目前舊泵運行的流量為4 m3/s，那么可以計算出現在的管道的阻力，也就是可以得出相應的實際管路特性，根據這個實際運行的管路曲線，就可以得出實際運行的新泵的流量數據，如表2所示。

表2 新泵的流量數據

從上面的數據也可以知道，在這種情況下，改造后的泵流量由改造前的4 m3/s變成了現在的7.725 m3/s，泵的流量增加達到了93%。

由于目前運行的總揚程Hc 和靜揚程K 是一定的，隨著Q 的增大，也就是說B 減小，管道特性曲線就會變得更平緩，新泵的流量也會隨之增大。

2.3 新泵改造后對電機功率和電流影響分析

新泵設計贛江水位是按照16.3 m 設計，如果贛江出現洪水的時候，泵的電機也不會出現超功率及超電流的情況，因為從上面的功率特性曲線可以看出，電機最大功率是3 280 kW,贛江水位上升，泵的揚程減少，電機運行的功率會隨之減小，泵運行的流量會增加。最大功率3 280 kW 距離電機額定功率3 500 kW 還有一定的裕量，電機在贛江各種水位下也不會出現超電流運行；且從上面改造新舊兩臺泵參數對比也可以看出，改造后電機功率增加大約為120 kW,增加的這部份功率折算成電機電流約為14 A，而我們現在電機運行最大的電流也就是390 A 以下，相對于額定電流428 A 來講也有足夠的裕量。

為配合循泵改造，防止在迎峰度夏期間出現電機運行溫度過高的情況，我們同時對電機的冷卻系統也做改造，因此也可避免一些預想不到的因素造成電機超溫的情況發生。

3 改造后泵的流量與未改造的泵的流量相比

2010年11月30日，完成了對6 號機11、12 號循環水泵的節能改造，為了更好地驗證循環水泵改造后的效果，在12月7日，對循環水泵流量進行了現場實測。下面就實測的改造后的11、12 號循環水泵流量與未改造的10 號循環水泵流量對比數據如表3 所示。

表3 11號、12號循環水泵流量與10號循環水泵流量對比數據

表4 12號循環水泵改造后與沒有改造的10號循環水泵機組運行情況數據對比

從表3 的數據可以看出，改造后單泵的流量都比改造前流量增加超過10%，最大的11 號循環水泵達到了15.5%，遠遠超過了項目立項時的估算值，且改造后循環水泵電機的電流全部在額定電流以下運行，達到了僅改造泵達到增容的目標。

4 改造后對機組真空及經濟性的影響

兩臺機組同時在AGC 投入的情況下，改造后循環水泵與沒有改造的循環水泵供水的機組，背壓及其它數據的運行情況對比如表4。

從表4 的數據可以看出：

1）從第1 組數據可以看出，當兩臺機組負荷都為370 MW 時，兩臺機組的背壓基本一致，因為此時機組負荷低，相對熱負荷也低，循環水量多少對機組真空的影響不明顯，兩臺機組影響背壓的其它條件（包括凝汽器端差、機組真空嚴密性）也基本一致；

2）負荷從低到高，兩臺機背壓相差也從低到高，到660 MW 的時候兩臺機組的真空相差達到了1 kPa；也就是隨著熱負荷的增加，5 號機組因未改造而引起的循環水量不足的問題就顯現出來了；

3）根據凝汽器向上的放射特性曲線，隨著循環水溫度的增加，循環水量對機組真空的影響也增大，如果到了夏季工況，循環水量對真空的影響將會超過1 kPa。

2009年電廠全年機組背壓是5.11 kPa，根據上汽廠提供的真空對機組熱耗的影響修正曲線,背壓在4.9～8.29 kPa 區間時，當背壓升高1 kPa，可以引起熱耗變化為1.34%，引起煤耗的變化1.34%。兩臺機四臺循環水泵全部改造后，在循環水溫為18.9 ℃情況下（接近機組設計的年平均循環水溫度20℃），年平均負荷70%，真空提高了0.6 kPa，降低了機組煤耗：

按年發電量60 億計算，標煤價760 元/噸計算，可以降低年發電成本：

而4 臺泵的改造費用和配套電機冷卻系統改造費用、泵現場施工費用等全部費用為434 萬元，改造一年內不僅可收回成本，且大大提高了機組運行的安全性。

5 結束語

從已完成的循環水泵改造效果來看，其經濟效益大大超出了項目立項時的預期。在不改變循環水供水管道、不改變循環泵及電機外形安裝尺寸的基礎上，通過加大葉輪直徑，增大葉片入口角和開口數、葉片出口角，對循環水泵進行改造，提高了泵的效率、增大了泵的出口流量，更適應目前贛江水位的情況，提高機組運行安全性的同時大大降低機組煤耗，提高了機組運行的經濟性。

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