電站汽輪機循環(huán)水泵高低速改造可行性分析

唐衛(wèi)新

摘要：對電站汽輪機循環(huán)水泵進行高低速改造，是提高機組運行經(jīng)濟性的一項重要措施。通過循環(huán)水泵流量-揚程特性和循環(huán)水系統(tǒng)阻力特性的匹配性分析，可以分析計算循環(huán)水泵在不同運行方式下的運行工作點，為循環(huán)水泵高低速改造可行性提供直接依據(jù)。以某 300MW 機組循環(huán)水泵高低速改造可行性分析為例，介紹了分析過程和分析結論，形成了循環(huán)水泵高低速改造可行性分析方法，對循環(huán)水泵高低速改造工作具有重要指導意義。

關鍵詞：電站汽輪機;循環(huán)水泵高低速改造

1 循環(huán)水泵高低速改造原理

電站汽輪機循環(huán)水泵屬于低轉速類泵，轉子在其額定轉速范圍內(nèi)沒有臨界轉速，理論上循環(huán)水泵在其額定轉速范圍內(nèi)均可運行。循環(huán)水泵由電動機拖動，通常所說的循環(huán)水泵高低速改造其實質(zhì)是對循環(huán)水泵電動機進行高低速改造。電動機轉速和電動機極數(shù)相對應，一定程度上電動機轉速由電動機極數(shù)決定。

2 循環(huán)水泵高低速改造概況

電站汽輪機一般配置兩臺循環(huán)水泵，部分機組配置3臺循環(huán)水泵，循環(huán)水泵一般不設備用泵。根據(jù)冷端系統(tǒng)運行優(yōu)化理論，增加循環(huán)水泵可選運行方式，理論上可以提高機組運行經(jīng)濟性。以配置兩臺循環(huán)水泵來說，如果兩臺循環(huán)水泵均是定速泵，則可選運行方式只有兩泵并聯(lián)和單泵運行;如果對其中一臺循環(huán)水泵進行高低速改造，則可選運行方式有兩泵高速并聯(lián)、一高一低并聯(lián)、單泵高速和單泵低速，理論上來說在春秋季機組部分負荷工況，循環(huán)水泵一高一低運行方式相對其它運行方式可能更經(jīng)濟，在冬季機組部分負荷工況，循環(huán)水泵單泵低速運行方式相對其它運行方式可能更經(jīng)濟。循環(huán)水泵高低速改造實質(zhì)就是對循環(huán)水泵電動機極數(shù)進行改造，改造工作量、改造投資相對較少，為提高機組運行經(jīng)濟性，較多的電站汽輪機循環(huán)水泵均進行了高低速改造，部分新投產(chǎn)機組在設計選型時就將循環(huán)水泵按高低速配置。大多數(shù)電站汽輪機循環(huán)水泵進行高低速改造后，循環(huán)水泵在不同運行方式下均可安全正常運行，改造工作增加了循環(huán)水泵可選運行方式，提高了機組運行經(jīng)濟性。然而，部分機組在進行循環(huán)水泵高低速改造后，循環(huán)水泵在一高一低運行方式下不能正常運行，主要表現(xiàn)為低速泵沒有流量或流量較小，影響機組安全經(jīng)濟運行。

3 循環(huán)水泵高低速改造可行性分析

循環(huán)水泵高低速改造工作量、改造投資相對較少，循環(huán)水泵高低速改造可行性分析的主要問題是在改造后循環(huán)水泵工作點的確認方面。

循環(huán)水泵工作點是由循環(huán)水泵流量 - 揚程特性和循環(huán)水系統(tǒng)阻力特性決定的。循環(huán)水泵高低速改造前，循環(huán)水泵單泵低速運行工作點以及一高一低運行工作點可通過循環(huán)水泵流量-揚程特性曲線和循環(huán)水系統(tǒng)阻力特性曲線分析計算得出。分析循環(huán)水泵單泵低速運行工作點和一高一低運行工作點后，可以判斷循環(huán)水泵高低速改造后在不同運行方式下的運行狀態(tài)，為循環(huán)水泵高低速改造可行性分析提供依據(jù)。

循環(huán)水泵高低速改造可行性分析的關鍵點是循環(huán)水泵降速后單泵低速工作點以及一高一低運行方式下低速泵能否正常工作，確認低速泵的流量是否太小或沒有流量。循環(huán)水泵單泵低速運行特性曲線是根據(jù)相似原理由循環(huán)水泵單泵高速運行特性曲線分析計算得出，進而可以分析計算出循環(huán)水泵一高一低運行特性曲線。結合循環(huán)水泵與循環(huán)水系統(tǒng)匹配性分析可以確定循環(huán)水泵在不同運行方式的工作點。循環(huán)水泵與循環(huán)水系統(tǒng)匹配性分析如圖 1 所示。由圖 1 看出：

（1）如果循環(huán)水泵單泵高速流量-揚程曲線取圖中循環(huán)水泵流量-揚程曲線1，分析計算出的單泵低速流量-揚程曲線和一高一低流量-揚程曲線如圖所示，可以分別找出單泵低速運行方式下泵的工作點和一高一低運行方式下高速泵和低速泵的工作點;

（2）如果循環(huán)水泵單泵高速流量-揚程曲線取圖中循環(huán)水泵流量-揚程曲線2，分析計算出的單泵低速流量-揚程曲線和一高一低流量-揚程曲線如圖所示，此時可以找出單泵低速運行方式下泵的工作點，但一高一低運行方式下低速泵近似沒有流量。

對比分析可看出，循環(huán)水泵流量-揚程曲線2和循環(huán)水泵流量-揚程曲線1相比相對較平緩，單泵低速流量-揚程曲線2在不同流量點對應的揚程相對較小，此低速泵和另一臺高速泵并聯(lián)運行后無法克服系統(tǒng)阻力，導致一高一低運行后低速泵基本沒有流量。

為做進一步分析，可把循環(huán)水泵流量-揚程曲線2作為臨界曲線，認為此時循環(huán)水泵一高一低運行后低速泵流量恰好為0。保持循環(huán)水系統(tǒng)阻力特性不變的條件下，如果循環(huán)水泵流量-揚程曲線較圖中循環(huán)水泵流量-揚程曲線2更為平緩，則一高一低運行后低速泵肯定是沒有流量;如果循環(huán)水泵流量-揚程曲線較圖中循環(huán)水泵流量-揚程曲線 2較陡一些，則一高一低運行后低速泵會有流量，其流量大小受循環(huán)水泵流量-揚程特性決定。

通過以上分析可以看出，循環(huán)水泵高低速改造是否可行，主要看循環(huán)水泵降速運行后能否和另一臺高速泵并聯(lián)運行，其關鍵點是循環(huán)水泵流量-揚程特性和循環(huán)水系統(tǒng)阻力特性的匹配性問題。另一方面，循環(huán)水泵原轉速高低對高低速改造是否可行并沒有直接影響。循環(huán)水泵電動機極對數(shù)增加一對或兩對是否可行，均可通過循環(huán)水泵流量-揚程特性和循環(huán)水系統(tǒng)阻力特性進行匹配性分析。

4 結論

與低速運行相比，循環(huán)水泵在高速運行時，盡管泵效率偏低，且增加了廠用電量， 但輸送更多的循環(huán)冷卻水到凝汽器，加大了冷卻倍率，改善了汽輪機的真空，提高了機組的出力，總體上提高了機組的經(jīng)濟性。因此，只要能明顯改善真空（如壓力提高0.75kPa以上），在循環(huán)水溫較高的夏季應選擇循環(huán)水泵高速運行。當機組的熱力系統(tǒng)汽水流向、設備運行狀況、運行方式等方面出現(xiàn)變動，機組的經(jīng)濟性出現(xiàn)正反兩方面的變化時，應進行綜合考慮和計算，才能知道這種變動對機組的經(jīng)濟性的影響。

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