西門子SCC5-4000F機組凝結水泵改級技術應用

摘要：蕭山發電廠5號機組配置二臺立式凝結水泵，泵體采用筒袋式結構，葉輪7級。綜合分析運行數據，發現凝結水泵設計余量偏大，出現“大馬拉小車”的現象，造成很大的能源浪費。通過可行性分析，實施了凝結水泵7級改6級的技術改造措施，經實際運行證明，改造后在保證凝結水流量正常情況下.凝結水泵揚程、流量工作點更為合理，實現了節能降耗的目標。

關鍵詞：凝結水泵;末級葉片;改級;節能降耗

0 引言

蕭山發電廠5號機組為SCC5-4000F燃氣-蒸汽聯合循環發電機組，由SGT5-4000F（6）型燃氣輪機、三壓再熱雙缸凝汽式汽輪機、THDF108/53型水氫氫冷卻發電機和三壓再熱無補燃臥式自然循環余熱鍋爐組成。每臺機組配備2臺100%容量的凝結水泵，正常情況下1臺運行，1臺備用。凝結水主要用于給水泵、余熱鍋爐低壓汽包供水，其次為輔助系統提供冷卻水。

設計額定工況下凝結水泵出口壓力3.09MPa，實際運行壓力根據負荷的變化維持在3.05～3.41MPa;設計額定流量657t/h，實際額定負荷下流量410t/h左右，旁路系統運行期間極限流量為520t/h。蕭山發電廠給水泵采用液力耦合器調速，給水泵的入口最小汽蝕余量為19m，中壓旁路系統的最小減溫水壓力值為1.5MPa，現有凝結水泵在最大設計工況下的性能曲線，能遠遠滿足現運行時的各種需求。為降低凝結水泵電耗，在B修期間對#52凝結水泵進行了技術改造，將NLT300-400×7型改為NLT300-400×6型。改造中將凝結水泵第7級葉輪、次級導葉、次級導葉導軸承去除。

1改造前凝結水泵運行工況

1.1凝結水泵技術參數

蕭山發電廠號機組采用上海凱士比泵有限公司生產的NLT300-400×7型立式凝結水泵，泵體采用筒袋式結構，葉輪7級。其主要性能參數如表1。

1.2凝結水泵運行工況

以#52凝結水泵為例，記錄其改造前的運行工況統計如表3。

參照表3運行數據，當機組帶額定負荷，凝結水流量較大的時候，凝結水母管壓力達到3.06MPa，能遠遠滿足各用戶的需求。當機組處于調峰狀態，負荷較低時，因凝結水流量降低，凝結水泵供水余量更大。

2凝結水泵抽級改造實施過程

抽取葉輪的位置對凝結水泵的效率及整體軸系的平衡會產生影響。一般來說，考慮盡量降低抽取葉輪后產生的不平衡質量對泵組振動的影響，應盡量抽取靠近兩側的葉輪，考慮對凝結水泵工作效率的影響及導流殼之間的連接問題和葉輪抽取后空間等問題，決定抽取次末級葉輪及導流殼，同時末級葉輪及導流殼下調至次末級位置。采用帶有導瓦的短節彌補短缺的空間。為防止較長距離沒有導軸承固定限位導致轉子局部擺度過太，造成改造后的末級導軸承和導軸承磨損嚴重。因此，連接短節必須具有同心度合格的導軸承。

此次改造委托某電力設備有限公司返廠實施改造。主要工作如下：

（1）去除原水泵第7級葉輪、次級導葉、次級導葉導軸承以及密封環，其余零件保持不變。

（2）用軸套及接管頂替取消葉輪及次級導葉。

（3）轉子動平衡試驗。

（4）泵體裝復。

3凝結水泵抽級改造后經濟效益

由凝結水泵工作原理可知，水泵的總壓頭是各級葉片產生的壓頭之和，去掉一級葉輪，將會降低水泵出口壓力，即總揚程。在流量一定的情況下，降低總揚程，相應的軸功率也會降低;去掉一級葉輪，還能降低一部分水泵的機械損失。去除了一級葉輪或多級葉輪，使水泵的大軸承載的重力負荷減小，其在轉動過程中軸與軸承之間的摩擦會相應減小，這樣就會減小一部分軸與軸承之間的摩擦損失。葉輪在旋轉時，渦殼內的工質在粘滯力和附著力的作用下，在葉輪的前后輪處隨葉輪旋轉，沿著葉輪的徑向，工質離心力會不斷增大，而在葉輪沿徑向的不同部位會產生一定的壓力差，從而在葉輪兩側產生環狀渦流，而產生渦流的這部分能量也是泵的主要損失之一，所以少了一級葉輪，也會減少渦流損失。

表4數據為三種流量工況下凝結水泵改級前后出口壓力、電流的對比。根據表4數據計算得出：

（1）當機組啟動、低負荷或停機過程中，240t/h流量工況為當前凝結水泵最小再循環流量，改級后每小時節省電量54.07kW。

（2）當機組額定負荷運行時，凝結水流量414t/h，改級后每小時節省電量66.03kW。

（3）當機組需要大流量補水情況下，570t/h流量工況為大流量工況，改級后每小時節省電量62.79kW。

凝結水泵改級以后，正常運行過程中，由于凝結水泵的出口壓力下降，凝結水泵能耗下降，且機組冷態啟動前的8小時上水過程，熱態啟動前2小時準備過程，停機以后3小時破真空、停軸封過程，均因凝結水泵的能耗下降，節能效益明顯。

根據近3年啟動次數統計，每臺機組年冷態啟動平均8次，溫態、熱態啟動153次，年利用小時按1000小時進行計算。因實際過程凝結水泵運行流量均有所波動，為便于計算，凝結水泵在冷態啟動上水過程按240t/h流量工況計算，正常運行按414t/h流量工況計算，停機后過程按240t/h流量工況計算，改造后#52凝結水泵年節能效益如下：

按1000利用小時計算節約資金=[8（次）×8（小時）×54.07（kW）+153（次）×（2+3）（小時）×54.07（kW）+1000（小時）×66.03（kW）]×0.599元=6.63萬元。

4凝結水泵抽級改造后風險分析及防控措施

凝結水系統的主要用戶有：余熱鍋爐給水、疏水擴容器減溫水、中壓旁路減溫水、低壓旁路減溫水、凝汽器真空密封水、疏水立管減溫水、低壓軸封減溫水、低壓后缸噴水、水幕保護等。

（1）汽包水位波動大

#52凝結水泵技改后，影響瞬時的補水能力，汽包水位在啟動期間的波動較以往變大。為提高瞬時補水能力，根據廠家規范，將凝結水最小流量控制從240t/h減少到150t/h。

由于低壓汽包補水來自凝結水母管，低壓汽包水位波動影響最大，建議運行人員在機組啟動到50MW負荷以上時，將低壓汽包水位控制設定從啟動水位的-200mm設定提高到-150mm。后續對低壓給水的調節品質進行優化，機務人員應做好液壓系統運行維護工作，熱工人員做好低壓主汽壓力、汽包壓力等校驗核對工作。

（2）容易聯啟備泵

#52凝結水泵技改后，由于#51、52凝結水泵運行時的出口壓力不一致，為防止#52凝結水泵悶泵運行而損壞，當凝結水泵切換時，二臺凝結水泵并聯運行時間不易超過60s，禁止長時間并列運行。機組運行期間，切換凝結水泵時，特別是#51切換至#52凝結水泵運行，應注意凝結水母管壓力的波動。

（3）極端情況下給水泵汽蝕余量

由于給水泵的入口最小汽蝕余量為19m， #52凝結水泵運行時，要加強給水泵進口壓力的監視。避免出現凝結水泵出口母管壓力低于1.9MPa，備用凝結水泵沒有聯啟的工況。為防范給水泵進水壓力過低而汽蝕，同時應加強給水泵進口濾網壓差的監視，防止由于濾網壓差高導致給水流量低或進口壓力低。當給水泵啟動或給水流量較低時，需要保持給水泵一定的再循環流量，把泵內摩擦產生的熱量帶走。

（4）中低旁和軸封系統減溫水影響

#52凝結水泵運行情況下，要加強中旁減溫水流量和低旁減溫水壓力的監視。當中旁減溫水實際流量接近最小跳閘值時，檢查中旁減溫水調節閥開度，并手動開大減溫水調節閥，必要時撤出中壓旁路自動，根據再熱蒸汽壓力適當關小中壓旁路閥。低壓軸封溫度控制器的溫度設定值時150℃，當低壓軸封蒸汽溫度大于180℃或者小于120℃，延時10分鐘撤出壓力控制器自動，并關閉低壓軸封進汽調節閥，必要時撤出低壓軸封減溫水自動，手動控制低壓軸封蒸汽溫度150℃。此外還存在凝結水泵正常運行時，就地開大自密封時，OM界面凝結水泵密封水壓力量程頂表的情況。

5結束語

蕭山發電廠通過凝結水泵減少葉輪級數的節能改造過程是經過充分的理論分析后實施的。改造經過實踐檢驗取得了良好的成效，每年可以節省大量廠用電，創造良好的經濟效益，為類似機組凝結水泵節能改造提供了良好的借鑒。

參考文獻

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[2]盧廣法. 西門子F級燃氣輪機技術問答[M] .? 杭州：浙江大學出版社，2015.

[3]劉輝明.黃剛清. 300 MW汽輪發電機組凝結水泵節能改造[J] .江西電力，2010（5）.

作者簡介：王國清，1987年6月出生，男，漢族，工程師、技師/運行值長，主要從事西門子SGT5-4000F（6）型燃氣輪機發電機組的運行與管理工作。