某發電廠循環水泵節能改造分析

許 晨，劉振杰

(元寶山發電有限責任公司，內蒙古 赤峰 024070)

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某發電廠循環水泵節能改造分析

許 晨，劉振杰

(元寶山發電有限責任公司，內蒙古 赤峰 024070)

介紹電廠循環水泵流量低的問題，提出對循環水泵水力部件和泵電機兩部分進行的改造措施，結合計算分析對循環水泵運行方式進行選擇，分析改造后五種運行方式在不同溫度下的節能效果。

循環水泵；節能改造；雙速；經濟性

元寶山發電有限責任公司4號600 MW機組采用72LKXA-23型循環水泵,由于原泵流量較低、效率也不高,在高溫時難以滿足滿負荷運行，同時在一年的不同季節中，由于對負荷的要求不同，導致經濟性較差。為了解決循環水泵流量低的問題進行了循環水泵的改造，對循環水泵做了水力部件和泵電機兩部分的改造工作。

1 原有循環水泵存在的問題

根據關于循環水泵效率低的能耗診斷實驗結論，對4號機組冷端系統性能進行診斷分析見表1。結果為循環水泵揚程偏低，且循環水泵運行效率偏小，在兩泵并聯運行時，單泵的平均流量偏小約18%，效率平均偏小約17%；在單泵運行時，泵的流量平均偏小約7%，效率平均偏小約11.4%。相對于凝汽器的設計冷卻水流量，4號機組凝汽器現有冷卻水量欠缺約9 690 m3/h(占設計流量的16.6%)(2臺循環水泵并聯運行)。循環水泵效率低影響冷卻水流量偏低約4 100 m3/h。

在2臺循環水泵并聯運行，按照現有的循環水系統阻力，現有的2臺循環水泵的流量-揚程特性明顯偏小。因此，對元寶山發電有限責任公司4號機組循環水泵系統進行改造。

表1 循環水泵性能診斷試驗結果和要求指標的差異

項目循環水泵運行方式兩泵并聯單泵運行泵標號要求AB要求AB出口流量/(m3·h-1)306002428425784363603298734597揚程/m2323.923.9118.617.217.7效率/%87.569.6471.3688.575.7978.42

2 循環水泵及其運行方式的改造

2.1 水力部件的改造

對循環水泵的葉輪、導葉、吸入喇叭口等水力部件進行改造。改造設計中以力效率計算公式指導計算出口流道各斷面面積和蝸殼起始段擴散角;為保證改后泵高效運行,采用較大的蝸殼通流面積和葉輪出口寬度,拓寬高效區,且準確控制高效區段的性能參數與實際管道特性相吻合[1]。

2.1.1 吸入喇叭口

吸入喇叭口上部法蘭與下外接管相連接，更換后的吸入喇叭口水泵吸水喇叭口標高-8.12 m，吸水室底部標高-9.5 m，經過試驗和現場調試，改造后的吸水喇叭口能夠有效減少水流漩渦，在水量增大水流進入吸水喇叭口前能夠混合均勻，不會引起振動[2]。

2.1.2 葉輪

葉輪由原來的開式、單吸整體結構，葉輪用鍵聯接在軸上，并用一個哈夫鎖環和四組螺栓、彈簧墊圈定位在軸上，改造為半開式、整體鑄造結構，這是由于半開式葉輪較開式葉輪具有更高的效率和更小的水力損失。葉片外緣與葉輪室之間有狹窄的間隙。通過分析：泵的效率隨著間隙的變小而增大，葉輪與蝸殼的間隙主要影響著半開式離心泵的容積效率，間隙越大，容積損失越大，泵的總效率越低[3]。并將葉片表面打磨拋光，以獲得高的水力效率。改造后通過調整泵上部剛性聯軸器中的調整盤就能調整水泵葉輪與蝸殼的間隙。在改造后的運行中，為設備安全高效提供了保障。

2.1.3 葉輪室及導葉體

在新的水力模型下，葉輪室和導葉體尺寸增加，導葉體下部與葉輪室連接，上部外圓柱面與下外接管上部內圓柱面相配合，改造后在此面上設有圓形密封圈槽，安裝圓形密封圈使導葉體與下外接管貼合更加緊密，利于減振，減少設備損壞的風險。

2.1.4 潤滑與密封

改造后的循環水泵內共裝有3個導軸承，以承受徑向力和保證回轉軸的對中性。其位置及作用分別是：下導軸承，徑向支撐下主軸，安裝于導葉體內。中間導軸承，徑向支撐下主軸，安裝于中間護管內。上導軸承，徑向支撐上主軸，安裝于壓板上。導軸承的潤滑方式：水流自葉輪后進入下導軸承，通過各護管，流經中間導軸承、上導軸承后，從填料函體處排至泵外。上聯軸器、下聯軸器、擋圈間的結合面以及擋圈與軸的配合面均設置“O”形密封圈進行密封，以防止護管內的潤滑水進入使軸產生銹蝕。葉輪密封環和導葉體密封環主要作用是保持合格的密封間隙,2處密封環的控制間隙直徑方向最大為3.8 mm(原設計間隙值為1.6～1.9 mm)，填料密封為金屬石棉填料。

2.2 循環水泵電機改造

對電機方案選擇為變極調速，隨著變極調速技術的日趨成熟，其經濟性和安全性都能得到保障。元寶山發電有限責任公司處于東北電網，屬于可以深度調峰的機組，其負荷最低可達280 MW，結合氣溫變化規律，4號機組選擇了三相立式異步雙速電動機。

2.3 運行方法的選擇

通過凝汽器的變工況特性曲線,在熱力參數不變的情況下,循環水流量增加,汽輪機排氣壓力下降,汽輪機功率增加,汽耗量減少。但是,隨著循環水流量的增加,循環水泵電耗增加,廠用電率增大。這就使循環水量適應不同負荷成為必要，即獲得最佳真空的循環水量才是最佳循環水量。

若循環水流量變化時,汽輪發電機組功率凈增值最大時才是最有利的。對于雙速電機驅動的循環水量循環水泵,只有改變循環水泵運行方式后,才能使機組處于最有利情況。故判別循環水泵的運行是否經濟,可分2種情況討論:一是對可調循環水泵N最大,該工況才最有利;二是對不可調循環水泵,可通過增減運行泵臺數進行調節,當需要減少運行臺數時,只要ΔΝ≥0,就是有利的最經濟循環水系統運行方式的確定[4]。

為了更能體現經濟調度,根據不同機組的電網調度方式和機組功率表精度,考慮循環水量變化引起機組背壓變化，造成發電功率的變化能否符合上網供電的程度,可按下式確定循環水泵經濟調度的準則:

kΔΝ-ΔNp>0

(1)

式中：ΔΝ為汽輪機的微增出力變化，kW；k為汽輪機功率相對變化值,kPa；ΔNp為泵功耗變化值，kW。

k值通常取0.5～1.0,上網供電者取大值，k取0.8。當kΔΝ-ΔNp的值最大時,稱之為循環水泵最經濟運行準則,其對應的真空為最佳真空,對應的循環水量為最佳循環水量[5]。

根據元寶山地區的環境溫度變化，原有循環水泵運行方式為11月到次年3月共5個月時間采用單泵運行方式，此時環境溫度低，背壓低，機組效率高。3月到11月，循環水泵運行方式為雙泵運行，在此種運行方式下，存在溫度低時循環水量相對較大，廠用電較高；循環水溫度高時，循環水量不足，引起汽輪機超汽量、超參數運行甚至不能帶滿負荷的情況。針對原有運行方式，對不同季節即隨著入口循環水溫度的變化帶滿負荷時，按照循環水泵經濟調度的準則計算出采用不同循環水泵運行方式與以前運行方式進行比較，從而得出合理的節能運行方式。

原有運行方式為單泵運行，改造后為單泵低速運行(36 160 m3/h)。根據數據顯示雖然改造后循環水量較改造前有所減少，但是由于冬季循環水溫較低，通過試驗對比可知改造前后真空已經達到理論極限，對負荷沒有影響。所以在11月至次年3月運行時間段，節能量即為循環水泵功率的差值。

改造后，3月到11月在入口水溫為9 ℃、17 ℃、22 ℃、26 ℃時，原有運行方式為雙泵運行，按照循環水泵經濟調度的準則，計算出改造后不同運行方式下kΔN-ΔNp各參數見表2-5，赤峰地區全年平均溫度見表6。

表2 改造后入口水溫9 ℃時kΔN-ΔNp值

項目原運行方式單泵高速雙泵低速流量/(t·h-1)486103910049100功率變化值ΔN/kW0-330066泵功耗變化值ΔNp/kW0-1920-980kΔN-ΔNp/kW0-7201027

表3 改造后入口水溫為17 ℃時kΔN-ΔNp值

項目原運行方式雙泵低速一高一低流量/(t·h-1)486104910051900功率變化值ΔN/kW064480泵功耗變化值ΔNp/kW0-980-520kΔN-ΔNp/kW01027904

表4 改造后入口水溫為22 ℃時kΔN-ΔNp值

項目原運行方式雙泵低速一高一低流量/(t·h-1)486104910051900功率變化值ΔN/kW064726泵功耗變化值ΔNp/kW0-980-520kΔN-ΔNp/kW010241100

表5 改造后入口水溫為26 ℃時kΔN-ΔNp值

項目原運行方式雙泵高速一高一低流量/(t·h-1)486105660051900功率變化值ΔN/kW01650660泵功耗變化值ΔNp/kW0280-520kΔN-ΔNp/kW01040837

表6 赤峰地區全年平均溫度 ℃

項目1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月平均溫度-10.5-8.5091721.5262216.59-0.5-8平均高溫-407182428322823166-2平均低溫-17-17-7010152016102-7-14

根據以上計算，得出了循環水泵根據不同季節的環境溫度下的最佳運行方式：11月到次年3月，采用單泵低速運行方式取代原有的單泵運行方式；4、5月和9、10月采用雙泵低速運行取代原雙泵運行方式；6月和8月采用一高一低運行取代原雙泵運行方式；溫度最高的7月采用雙泵高速運行方式，不但能節能運行，還解決了原運行方式下不能帶滿負荷的缺點，既滿足了夏季用電高峰的電量，又節約了廠用電。

3 改造效果

改造后，全年節電成本計算：元寶山發電有限責任公司4號機組年利用小時為5 500 h，11月到次年3月，節電量為5 500/12×5×(1 960-1 470)=1 122 917 kWh；4、5月和9、10月, 節電量為5 500/12×4×1 027=1 882 833 kWh；6、8月節電量為5 500/12×2×1 100=1 008 333 kWh；7月節電量為5 500/12×1 040=476 666 kWh；按上網電價為0.36元/kWh，全年節約費用為(1 122 917+1 882 833+1 008 333+476 666)×0.36=1 616 670元。

由此可見，經過電機的增容雙速改造以及對循環水泵通流部分的優化，根據不同的環境溫度采取不同的運行方式，既解決了原有循環水在夏季不能帶滿負荷的問題，對提高循環水泵經濟調度，節省了廠用電，降低了成本。

4 結束語

通過改造后在不同環境溫度運用不同的運行方式的計算，得出了最優運行方式。該項技術改造完成后,初步估算每臺機組年節電至少460萬kWh,折合人民幣約160萬元，不到一年可以回收全部投資, 為機組節能降耗運行提供了理論依據。參考文獻：

[1] 李興平，張超杰，宋 濤.循環水泵的改造及其應用雙速電機驅動的經濟性[J].中國電力，1996,29(9):28-31.

[2] 劉冬桂,吳 波,宋夢斌.斜流泵和軸流泵新型吸人喇叭口的設計與應用[J].水泵技術.2008(6):14-15.

[3] 陳松松,阮越廣,阮曉東.半開式葉輪離心泵的效率優化與分析[J].機電工程，2011,28(7): 806-808.

[4] 羅志剛.火電廠循環水泵和給水泵系統經濟運行研究[D].北京：華北電力大學,2005.

[5] 石 濤.600 MW機組冷端運行優化研究[D].杭州: 浙江大學, 2011.

本文責任編輯：王洪娟

Energy Saving Analysis of Circulating Pump in Some Power Plant

Xu Chen,Liu Zhenjie

(Yuanbaoshan Electric Power Generation Co., Ltd,Chifeng 024070,China)

On the basis of presentation low-flow at a power plant, the working part and the motor of high capacity of circulating water Pump were revamped. The operation stylcs of circulating water pump has been selected by the result of calculation analysis. The energy saving effect of five kinds of operation mode in different temperature calculation has been analyzed after transformation.

circulating water pump；energy saving；dual speed；economical efficiency

2016-07-05

許 晨(1981-)，男，工程師，主要從事電廠集控運行工作。

TM621.7

B

1001-9898(2006)05-0052-03