熱網(wǎng)循環(huán)水泵組存在的問題及優(yōu)化

宗緒東

(華電國際電力股份有限公司 技術服務分公司，濟南 250014)

0 引言

節(jié)能減排是我國經(jīng)濟實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的基本國策，對于發(fā)電企業(yè)，熱電聯(lián)產(chǎn)是實現(xiàn)節(jié)能減排的一項重要措施。在熱電聯(lián)產(chǎn)機組中，熱網(wǎng)首站是重要構(gòu)成元素，包括熱網(wǎng)加熱器、循環(huán)水泵、疏水泵等設備。熱網(wǎng)循環(huán)水泵的作用是輸送熱水，其工作狀況直接影響供熱的安全性和經(jīng)濟性。現(xiàn)有熱網(wǎng)循環(huán)水泵的驅(qū)動方式主要由電機帶動或小汽輪機帶動[1-2]：電機驅(qū)動需要消耗大量電功，增加了用電成本，引起供電煤耗上升；采用小汽輪機驅(qū)動，利用了中低壓蒸汽具有一定做功能力的特點，小汽輪機的排汽熱用于回收供熱，不僅減少了用電成本，還降低了機組供電煤耗，大大增強了供熱的經(jīng)濟性[3]。

本文對中國華電集團山東分公司9個供熱電廠開展調(diào)研和診斷，針對熱網(wǎng)循環(huán)水泵組運行中存在的諸多問題，進行系統(tǒng)的原因分析，制定優(yōu)化改造方案。

1 熱網(wǎng)循環(huán)水泵組安全性問題及優(yōu)化

1.1 熱網(wǎng)循環(huán)水泵汽蝕損壞

1.1.1 案例分析

部分電廠在供熱期間，熱網(wǎng)循環(huán)水泵出力逐漸下降。供熱季結(jié)束后，解體檢查發(fā)現(xiàn)，循環(huán)水泵葉輪汽蝕嚴重。修復后，在下一個供熱季重復發(fā)生此類問題。

1.1.2 原因分析

循環(huán)水泵葉輪汽蝕損壞，主要原因是熱網(wǎng)補水泵運行方式不合理。現(xiàn)場查閱歷史趨勢發(fā)現(xiàn)，補水泵只在初期熱網(wǎng)注水時運行，供熱期間始終處于停止狀態(tài)。補水泵具有補水和恒壓兩個作用，正常運行中因熱網(wǎng)的原因，熱網(wǎng)回水壓力經(jīng)常發(fā)生波動。當熱網(wǎng)循環(huán)水泵入口壓力低于汽蝕壓力時，葉輪發(fā)生汽蝕。對于單級雙吸泵，吸入側(cè)壓力會瞬間急劇降低，導致循環(huán)水泵出力下降，長期運行必然導致葉輪汽蝕、損壞。

1.1.3 優(yōu)化方案

熱網(wǎng)循環(huán)水泵啟動后，熱網(wǎng)補水泵應保持連續(xù)運行。為節(jié)約廠用電，補水泵電機應選擇變頻控制。調(diào)節(jié)沖量為熱網(wǎng)循環(huán)水泵入口壓力，根據(jù)壓力調(diào)節(jié)補水泵轉(zhuǎn)速，保持熱網(wǎng)循環(huán)水泵入口壓力恒定。按上述方案整改后，熱網(wǎng)循環(huán)水泵未再發(fā)生汽蝕損壞。

1.2 熱網(wǎng)循環(huán)水泵電機、軸承損壞

1.2.1 案例分析

部分電廠經(jīng)常發(fā)生熱網(wǎng)循環(huán)水泵電機或軸承過熱損壞現(xiàn)象，以某電廠#2熱網(wǎng)循環(huán)水泵為例，運行中當出口閥開至1/4時，電機電流超過額定值，運行中只能作為備用。2016年12月15日，#1循環(huán)水泵跳閘，#2循環(huán)水泵聯(lián)啟運行5 min后跳閘，現(xiàn)場檢查電機線圈燒損。

1.2.2 原因分析

循環(huán)水泵、電機容量不匹配，揚程設計過大，導致很大一部分消耗在了水泵出口閥的節(jié)流損失上。

1.2.3 優(yōu)化方案

循環(huán)水泵、電機在選型配置時，兩者容量應匹配。該電廠對循環(huán)水泵葉輪進行了切削，降低了揚程，更換了1臺電機，啟動后運行正常。

2 熱網(wǎng)循環(huán)水泵組經(jīng)濟性問題及優(yōu)化

2.1 熱網(wǎng)循環(huán)水泵運行效率低

2.1.1 案例分析

部分電廠熱網(wǎng)循環(huán)水泵運行效率低，泵組系統(tǒng)效率降低，導致電機耗電率升高或小汽輪機耗汽量增加，機組經(jīng)濟性降低。

2.1.2 原因分析

熱網(wǎng)循環(huán)水泵選型配置不當，揚程與系統(tǒng)阻力不匹配，揚程過大，導致循環(huán)水泵運行效率降低。對于采用節(jié)流出口閥方式進行調(diào)節(jié)的電動循環(huán)水泵，循環(huán)水泵效率進一步降低。

2.1.3 優(yōu)化方案

對循環(huán)水泵葉輪進行切削或更換高效葉輪，使其揚程與系統(tǒng)阻力匹配，達到最佳工況點。

2.2 熱網(wǎng)循環(huán)水泵耗電率高

2.2.1 案例分析

電機驅(qū)動熱網(wǎng)循環(huán)水泵主要有定速、液力偶合器、變頻調(diào)節(jié)3種方式，不管哪種調(diào)節(jié)方式，供熱季的廠用電率均會上升0.3百分點以上，其中變頻調(diào)節(jié)耗電率<液力耦合器調(diào)節(jié)耗電率<定速調(diào)節(jié)耗電率。

2.2.2 原因分析

(1)循環(huán)水泵驅(qū)動動力為電機，導致廠用電率升高。在目前機組運行負荷率偏低的情況下，采用電機驅(qū)動是不經(jīng)濟的。

(2)液力偶合器存在滑差損失，在70%～80%變工況時滑差損失最大；定速調(diào)節(jié)需要節(jié)流循環(huán)水泵出口閥，節(jié)流損失增大、效率降低，導致這兩種調(diào)節(jié)方式耗電率高于變頻調(diào)節(jié)。

2.2.3 優(yōu)化方案

熱網(wǎng)首站均配置電動控制的循環(huán)水泵，應進行小汽輪機驅(qū)動改造。供熱期間應保持汽動循環(huán)水泵運行，電動循環(huán)水泵備用。電動循環(huán)水泵運行時，應按照變頻調(diào)節(jié)、液力偶合器調(diào)節(jié)、定速調(diào)節(jié)的順序控制運行方式。

2.3 低壓缸進汽、熱網(wǎng)加熱器進汽節(jié)流損失大

2.3.1 存在的問題

(1)現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，各單位熱網(wǎng)循環(huán)水泵驅(qū)動小汽輪機設計為單級，進汽壓力要求0.400～0.500 MPa(a)，排汽壓力0.150 MPa(a)。80%電廠采用中壓缸排汽(以下簡稱中排)作為小汽輪機驅(qū)動汽源，對于設計中排壓力高的機組，機組任意負荷段能夠滿足小汽輪機進汽壓力要求；對于設計中排壓力低的機組，機組低負荷段不能滿足要求。以某公司300 MW機組為例，在85%負荷率下為保證小汽輪機進汽壓力，低壓缸進汽調(diào)節(jié)閥、熱網(wǎng)加熱器進汽閥開度分別為20%和18%，具體如圖1所示。每臺熱網(wǎng)循環(huán)泵小汽輪機進汽量約為30 t/h，遠低于低壓缸進汽量、熱網(wǎng)加熱器進汽量，導致蒸汽節(jié)流損失增加。

圖1 某300 MW機組供熱實時數(shù)據(jù)

(2)現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，20%電廠采用再熱器冷段(以下簡稱冷再)抽汽作為小汽輪機驅(qū)動汽源，冷再抽汽壓力低負荷時在2.300 MPa(a)以上，因此能夠滿足小汽輪機進汽壓力要求，但受限于其進汽壓力，進汽調(diào)節(jié)閥處于嚴重節(jié)流狀態(tài)(開度<8%)，導致進汽節(jié)流損失。

2.3.2 原因分析

(1)單級汽輪機效率低(40%左右)，做功能力差，進汽壓力過低，無法保證循環(huán)水泵正常工作。

(2)蒸汽節(jié)流為等焓熵增過程，節(jié)流后蒸汽壓力和溫度均降低，如圖2所示。圖中：p1為節(jié)流前蒸汽壓力；t1為節(jié)流前蒸汽溫度；p1′為節(jié)流后蒸汽壓力；t1′為節(jié)流后蒸汽溫度；Δht為未節(jié)流理想比焓降；Δht′為節(jié)流后理想比焓降，因蒸汽節(jié)流造成的理想比焓降損失δhmac=Δht-Δht′[4]。

圖2 蒸汽節(jié)流h-s圖

2.3.3 優(yōu)化方案

為減少蒸汽節(jié)流損失，小汽輪機應選擇多級汽輪機(4級)，排汽壓力設計為負壓，排汽進入預加熱器。熱網(wǎng)回水先經(jīng)過預加熱器，再進入主加熱器；由于排汽參數(shù)為負壓，設置2臺真空泵抽取預加熱空氣；由于疏水壓力低，設置2臺疏水泵將預加熱器疏水打至主熱網(wǎng)疏水管道，具體如圖3所示。

多級小汽輪機效率高、焓降大，做功能力強。進汽壓力0.150 MPa(a)即能滿足小汽輪機工作要求。按進汽壓力0.190 MPa(a)，溫度245 ℃，排汽壓力設計為0.034 MPa(a)，溫度為118 ℃，功率達1 600 kW時，每小時耗汽量約為24 t。

圖3 多級小汽輪機優(yōu)化系統(tǒng)圖

2.4 小汽輪機驅(qū)動循環(huán)水泵出力低

2.4.1 存在的問題

20%電廠小汽輪機驅(qū)動循環(huán)水泵出力低，被迫保持多臺汽動循環(huán)水泵運行，甚至啟動電動循環(huán)水泵才能滿足供水需要，導致機組能耗升高。

2.4.2 原因分析

現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，存在問題的電廠均未設置小汽輪機排汽預加熱器，小汽輪機排汽至熱網(wǎng)主加熱器。由于主加熱器管束結(jié)垢、堵管率高等原因，導致加熱器上端差增大。為保證對外供水溫度，被迫提高熱網(wǎng)加熱器進汽壓力，導致小汽輪機排汽受排擠，做功能力降低。

2.4.3 優(yōu)化方案

供熱季結(jié)束后，增加小汽輪機排汽預加熱器，可以徹底解決這一問題。

3 結(jié)論

本文針對中國華電集團山東公司熱網(wǎng)循環(huán)水泵組運行中存在的典型問題進行剖析，分析了原因，探討了提高運行安全性、經(jīng)濟性的有效方法，主要結(jié)論如下。

(1)影響熱網(wǎng)循環(huán)水泵組安全性的主要問題是葉輪汽蝕、電機超流及軸承損壞等，與熱網(wǎng)補水泵運行方式、循環(huán)水泵及電機選型配置等有關。

(2)熱網(wǎng)循環(huán)水泵效率低的主要原因是揚程與系統(tǒng)阻力不匹配，造成泵組系統(tǒng)效率降低，影響小汽輪機耗汽量增加或電泵耗電率升高，應進行提效改造。

(3)為降低供熱廠用電率，提高經(jīng)濟性，應將全部采用電機驅(qū)動的熱網(wǎng)循環(huán)水泵進行部分小汽輪機驅(qū)動改造，正常運行中電動循環(huán)水泵只作為備用。

(4)單級小汽輪機效率低，受限于進汽壓力，導致低壓缸進汽、冷再抽汽等節(jié)流損失增加。建議設計中壓缸排汽壓力低的機組將小汽輪機更換為多級，并配置預加熱器。