鍋爐給水泵出力不足的問題分析與改進

劉 麗，游 鵬，袁道朵，陳升志

（首鋼水城鋼鐵（集團）有限責任公司，貴州六盤水 553028）

前言

首鋼水鋼總?cè)瞻l(fā)電量360 萬kWh，其中13#發(fā)電機日發(fā)電量約120 萬kWh，占總?cè)瞻l(fā)電量的1/3，保障13#鍋爐的穩(wěn)定運行成為保障發(fā)電量的重要途徑。給水泵作為鍋爐重要輔助設(shè)備為鍋爐輸送水源，近半年來，給水泵的出力持續(xù)下降，導致鍋爐長期低負荷運行，發(fā)電量降低。如何提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、恢復給水泵設(shè)備性能、保障鍋爐高負荷運行、提高發(fā)電量，成為當務(wù)之急。

1 鍋爐給水工藝流程

13#鍋爐給水泵采用HDG 型高壓鍋爐給水泵，為單殼體節(jié)段式多級離心泵，其中平衡機構(gòu)主要由平衡盤、平衡套、平衡套壓板等構(gòu)成。這種平衡機構(gòu)工作的穩(wěn)定性與產(chǎn)品運行的可靠性及其壽命有著極為密切的關(guān)系，平衡機構(gòu)可以平衡絕大部分軸向力。軸端密封采用機械密封，機械密封使用方便、壽命長、泄漏量少。

13#鍋爐給水工藝流程圖如圖1所示，鍋爐給水泵的作用就是調(diào)節(jié)并穩(wěn)定給水的壓力和流量，其任務(wù)是使除氧器儲水箱內(nèi)具有一定溫度、除過氧的給水，提高壓力后輸送給鍋爐，以滿足鍋爐用水的需求，給水泵相當于整個鍋爐水系統(tǒng)的心臟。

圖1 13#鍋爐給水工藝流程圖

2 運行現(xiàn)狀

13#鍋爐給水泵正常運行中，給水壓力穩(wěn)定在19.5 MPa 左右，給水流量穩(wěn)定在170 t/h 左右，給水泵電機電流穩(wěn)定在94 A 左右，該工況下能保證13#發(fā)電機功率基本維持在50 MW以上高負荷運行。

近半年以來給水壓力持續(xù)降低，6 月份最低時為15.9 MPa，而給水壓力低于17 MPa 時，會聯(lián)鎖啟用備用泵，導致聯(lián)鎖不能正常投用，存在給水泵的安全運行隱患。

給水流量持續(xù)降低，6 月份最低時為120 t/h，基本只能維持在140～150 t/h 運行，導致鍋爐長期只能低負荷運行。

給水泵電機電流持續(xù)升高，給水泵電機額定電流為115.2 A，聯(lián)鎖值為115 A，3 月份最高達到115.4 A，觸發(fā)聯(lián)鎖停機，給水泵存在安全穩(wěn)定運行隱患。

給水泵壓力、流量均持續(xù)下降，發(fā)電機負荷也隨之持續(xù)降低，發(fā)電機功率只能維持在43～47 MW之間運行。

3 原因分析與排查

當給水泵給水壓力和流量均達不到運行要求、電機電流持續(xù)升高時，首先考慮電機運行參數(shù)是否符合技術(shù)指標［1］，其次考慮給水管路是否有泄漏或堵塞的問題［2］，最后再考慮給水泵設(shè)備性能。以此思路依次對電機、管路和給水泵進行了排查。

3.1 電機排查

為排查電機運行參數(shù)是否符合技術(shù)指標，對給水泵電機三相電流和空轉(zhuǎn)電流進行排查發(fā)現(xiàn)，三相電流基本平衡、空轉(zhuǎn)電流在30%以內(nèi)，全部符合技術(shù)指標，排除電機問題。

3.2 管路排查

管路排查首先從各個疏水管是否泄漏開始排查，通過排查所有疏水管及閥門，逐一排查發(fā)現(xiàn)全為常溫狀態(tài)，說明疏水管無泄漏、閥門開關(guān)無掉脫，排除疏水管或閥門泄漏的可能性。

進一步排查給水再循環(huán)調(diào)節(jié)管路是否泄漏，將給水再循環(huán)調(diào)節(jié)閥手動門關(guān)死，一段時間后通過觸摸、觀察發(fā)現(xiàn)管道為常溫狀態(tài)，且閥門開關(guān)無掉脫，說明該段管路及閥門均無泄漏。

為排除給水水質(zhì)不合格這一影響因素，將給水泵入口過濾器打開排查，發(fā)現(xiàn)過濾器無結(jié)垢無堵塞現(xiàn)象（如圖2），由此確定給水水質(zhì)合格，故排除這一影響因素。

圖2 入口過濾器

3.3 給水泵排查

3.3.1 冷卻室排查

排除管路泄漏的問題后，思路轉(zhuǎn)向給水泵本體各部件的排查［3］。排查過程中發(fā)現(xiàn)給水泵出水口大端蓋處有水泄漏的情況（如圖3），則判斷給水泵機封可能損壞，導致密封不嚴造成漏水。隨即分別對給水泵進、出水口端蓋冷卻室進行檢查，發(fā)現(xiàn)冷卻室進、出水口存在不同程度的結(jié)垢堵塞，則考慮是由于給水泵機封冷卻水水質(zhì)不好造成堵塞［4］，導致機封長時間冷卻效果不佳，高溫運行損壞給水泵密封部件。

圖3 給水泵端蓋

3.3.2 平衡裝置排查

從給水泵安裝說明書得知，給水泵運行過程中平衡壓力一般不高于進水壓力0.3 MPa。對進水壓力和平衡壓力進行監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，進水壓力基本穩(wěn)定在0.5～0.55 MPa，平衡壓力最高達到2.3 MPa，兩者差值達到1.8 MPa，遠遠超過規(guī)定值0.3 MPa，則考慮是給水泵出現(xiàn)內(nèi)漏、葉輪間隙過大或葉輪出現(xiàn)穿孔，導致給水泵電機電流不斷升高，給水泵出力逐漸下降。

通過對給水泵本體的排查，基本可以判斷造成給水泵出力不足的主要原因是泵體部件損壞。

4 改進方案

針對給水泵機封冷卻室結(jié)垢堵塞和平衡壓力過高的問題，根據(jù)難易程度提出了冷卻室除垢、冷卻水系統(tǒng)改造、冷卻器改造和泵體功能恢復幾個實踐方案。

4.1 冷卻室除垢

為了保證給水泵冷卻效果，首先考慮解決冷卻室結(jié)垢堵塞的問題，首先對工業(yè)水水質(zhì)指標進行分析，確定結(jié)垢原因，采取相應(yīng)的除垢辦法。

工業(yè)水水質(zhì)化驗結(jié)果顯示懸浮物在20～25 mg/L之間，硬度在250～300 mg/L 之間，是造成結(jié)垢的兩個主要指標，給水溫度通常在200 ℃左右，溫度越高越容易結(jié)垢，多方面原因共同作用下造成水泵機封冷卻室結(jié)垢堵塞。

為解決該問題，首先考慮采用高壓水槍沖洗除垢辦法，利用高流速的水沖擊力除垢，但實踐后基本無效果。而后考慮采用酸洗方法除垢，根據(jù)計算及經(jīng)驗利用濃鹽酸溶解污垢，實踐后發(fā)現(xiàn)只溶解了極小部分水垢，除垢效果不明顯。

兩種除垢方案實踐后并未達到較為理想的除垢效果。

4.2 冷卻水系統(tǒng)改造

結(jié)合冷卻室結(jié)垢堵塞的問題分析，進一步考慮同樣采用工業(yè)水進行冷卻的機封冷卻器內(nèi)部是否也存在結(jié)垢問題，共同影響機封冷卻效果。改造后機封冷卻水系統(tǒng)流程圖見圖4。

圖4 機封冷卻水系統(tǒng)流程圖

因工業(yè)水水質(zhì)較差，考慮改用除鹽水作為機封冷卻水，經(jīng)過初步計算得出除鹽水制水能力能夠滿足給水泵機封冷卻水用量，且能夠?qū)崿F(xiàn)能源的梯級利用和循環(huán)利用。除鹽水中懸浮物和硬度都為零，考慮給水泵入口過濾器無結(jié)垢無堵塞，確定將機封冷卻水改用為除鹽水。除鹽原水硬度3.5～4 mg/L、懸浮物不超過20 mg/L，除鹽凈水硬度為0、懸浮物不超過5 mg/L，日常運行基本維持在1 mg/L以內(nèi)。

使用工業(yè)水作為機封冷卻水時，高溫冷卻水直接進入排水口，沒有循環(huán)利用。改用除鹽水后，冷卻水出口直接引入6#低壓加熱器加熱后，回到除氧器，相當于增加了一條除鹽水的旁通補水管路，對整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行不產(chǎn)生影響。

4.3 冷卻器改造

由于日常運行過程中，常常摸到機封冷卻器出口管上溫度較高，給水泵入口端冷卻器出口水溫為30 ℃左右，給水泵出口端冷卻器出口水溫為55 ℃左右，判斷蛇形管冷卻器可能冷卻效果較差，且之前采用的工業(yè)水作為冷卻水，蛇形管套管中間可能已經(jīng)結(jié)垢，影響換熱效率。

故而考慮將冷卻器改造為罐式冷卻器，降低冷卻水的流速，提高換熱效率，增強冷卻效果。

4.4 泵體功能恢復

做了一系列工作后發(fā)現(xiàn)平衡壓力仍居高不下，則考慮泵體出現(xiàn)機封損壞、葉輪磨損、氣蝕、腐蝕或損壞等可能，故決定對給水泵進行功能恢復。6 月30日將1#給水泵更換為新給水泵，后期再對原泵解體檢查。

泵的拆卸過程中對每一個部件都嚴格保證質(zhì)量，包括油管路、聯(lián)軸器、軸瓦、轉(zhuǎn)子以及平衡裝置等均達到拆卸質(zhì)量要求。

5 取得成效

5.1 機組運行穩(wěn)定性

5.1.1 給水壓力

前后對比得出，改造后給水壓力可以持續(xù)穩(wěn)定在19.5 MPa 左右運行，較更換前提升3.5 MPa 左右，并且實現(xiàn)兩臺給水泵之間的聯(lián)鎖可以正常投用，保障了給水泵及鍋爐的安全穩(wěn)定運行。

5.1.2 給水流量

改造后給水流量可以持續(xù)穩(wěn)定在170 t/h 左右運行，較改造前給水流量提升20～30 t/h。鍋爐能夠高負荷運行，主蒸汽量能夠維持在150 t/h左右。

5.1.3 給水泵電機電流

改造后給水泵電機電流可以持續(xù)穩(wěn)定在94 A左右，較改造前降低了10 A，能夠保障給水泵安全運行。

5.1.4 冷卻效果

改造前的機封冷卻系統(tǒng)冷卻效果不佳，對給水泵機封冷卻室和冷卻器改造后，給水泵入口端冷卻器出口水溫為26 ℃左右，給水泵出口端冷卻器出口水溫為35 ℃左右，較改造前大大提升了冷卻效果。改造前后冷卻器出口水溫對比數(shù)據(jù)見表1。

表1 改造前后冷卻器出口水溫對比

5.1.5 平衡壓力

更換泵體后平衡壓力與泵入口壓力基本一致，保證了給水泵的安全穩(wěn)定運行，也進一步確定給水泵本體內(nèi)部損壞是造成平衡壓力過大的主要原因。

5.2 機組運行經(jīng)濟性

排除煤氣壓力波動產(chǎn)生的影響，改造后13#發(fā)電機功率可以持續(xù)穩(wěn)定在50～52 MW 之間高負荷運行，較改造前發(fā)電量提高了約14.4 萬kWh/d，折合經(jīng)濟效益9.36萬元/d。

6 總結(jié)

給水泵作為鍋爐系統(tǒng)的心臟，其給水壓力、給水流量、電機電流、機封冷卻以及平衡裝置等因素，都決定了鍋爐是否能安全穩(wěn)定高效運行。通過不斷探索與實踐，發(fā)現(xiàn)起決定性作用的是給水泵的密封裝置。機械密封的破壞不僅會造成水的外泄，更重要的是會造成空氣進入泵體，所以不管是在安裝、調(diào)試、正常運轉(zhuǎn)，還是維修過程中都應(yīng)防止機械密封的泄漏，避免因給水泵抽空、氣蝕或較長時間憋壓導致密封破壞，對泵體內(nèi)部件造成不可逆的損傷。