QG400/300型給水前置泵安全節(jié)能優(yōu)化分析

李 剛，趙興樓，鄒節(jié)廉

（1.華能國際電力股份有限公司上安電廠，石家莊 050310；2.天津市武陵節(jié)能技術(shù)公司，天津 300204）

1 概述

華能國際電力股份有限公司上安電廠2臺(tái)600 MW超臨界直接空冷機(jī)組各配置2臺(tái)50%容量的QG400/300型電動(dòng)給水前置泵和MDG366型汽動(dòng)給水主泵。給水前置泵為臥式中開雙吸式，設(shè)計(jì)流量1 125.5t/h，設(shè)計(jì)揚(yáng)程122m，轉(zhuǎn)速1 480r/min，效率82%，必需汽蝕余量NPSHr為3.7m，軸功率456kW，最小流量320m3/h，最小流量下?lián)P程150 m；汽動(dòng)給水主泵設(shè)計(jì)流量1 125.5t/h，設(shè)計(jì)揚(yáng)程3 394m，調(diào)速范圍2 800～6 000r/min，必需汽蝕余量為38m，軸功率12 046kW。

給水前置泵2008年8月投產(chǎn)運(yùn)行，一年以后即出現(xiàn)了效率嚴(yán)重下降，泵殼部分沖刷現(xiàn)象。經(jīng)多次解體檢修，改進(jìn)泵殼密封結(jié)構(gòu)后，泵效率大幅提升，但仍然存在著耗電大，且低流量時(shí)，常出現(xiàn)自抖動(dòng)、串軸問題，穩(wěn)定性較差。為了節(jié)能減排，提高低負(fù)荷穩(wěn)定性，降低前置泵的耗電率，利用5號(hào)機(jī)組大修機(jī)會(huì)，對B給水前置泵進(jìn)行了節(jié)能優(yōu)化改進(jìn)。

2 給水前置泵安全節(jié)能優(yōu)化診斷

檢修前對5號(hào)機(jī)組B給水前置泵進(jìn)行了全面經(jīng)濟(jì)安全優(yōu)化診斷測試及分析，為改進(jìn)提供科學(xué)依據(jù)。

2.1 現(xiàn)場診斷測試試驗(yàn)

在機(jī)組正常穩(wěn)定工況下，按不同負(fù)荷測量前置泵的流量、進(jìn)出口壓力及電功率等參數(shù)，從而計(jì)算求得泵的性能曲線。使用0.4級(jí)標(biāo)準(zhǔn)壓力表進(jìn)行測量進(jìn)出口壓力，采用現(xiàn)場流量表進(jìn)行流量測量，采用現(xiàn)場0.2級(jí)功率表測量電功率，使用現(xiàn)場表計(jì)測量除氧器壓力、溫度、主泵出口壓力、轉(zhuǎn)速、機(jī)組負(fù)荷等參數(shù)。5號(hào)機(jī)組B給水前置泵改進(jìn)前診斷測試數(shù)據(jù)見表1。

表1 5號(hào)機(jī)組B給水前置泵安全節(jié)能優(yōu)化前診斷測試數(shù)據(jù)

2.2 診斷結(jié)果分析

從現(xiàn)場診斷測試結(jié)果和以往運(yùn)行維護(hù)狀況分析，給水前置泵存在下列問題。

2.2.1 可用汽蝕余量過大

給水前置泵的作用是保證汽動(dòng)給水主泵不汽蝕，根據(jù)安全穩(wěn)定性分析和國內(nèi)外前置泵安全經(jīng)濟(jì)使用情況分析，按給水主泵可用汽蝕余量（NPSHa）等于1.6～2.1倍必需汽蝕余量（NPSHr）選擇配置給水前置泵，可保證汽動(dòng)給水主泵的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。根據(jù)改前診斷測試，在滿負(fù)荷600MW工況下的揚(yáng)程為135.81m，再加上除氧器水位標(biāo)高，對前置泵的倒灌高度為16.1m，扣除管道阻力 （含主泵前流量表的壓損和濾網(wǎng)阻力）和汽動(dòng)給水主泵標(biāo)高15.1 m，可用汽蝕余量NPSHa＝135.81＋16.1－5－15.1＝131.81m，為NPSHr（38m）的3.47倍，明顯高于最佳范圍，可以通過削減揚(yáng)程，達(dá)到節(jié)電效果。

2.2.2 效率低

給水前置泵最高運(yùn)行效率只有76.866%，與先進(jìn)水平比較，仍有3%～5%的差距。

2.2.3 低負(fù)荷時(shí)穩(wěn)定性差

由于給水前置泵采用的雙吸葉輪，其比轉(zhuǎn)數(shù)只有58.6，屬于低比轉(zhuǎn)數(shù)泵，揚(yáng)程較高，過大的揚(yáng)程必然造成前置泵葉輪直徑大（φ650mm），質(zhì)量大。而該機(jī)組又經(jīng)常處于低負(fù)荷工況，使給水前置泵經(jīng)常在額定流量的50%左右低負(fù)荷高揚(yáng)程下運(yùn)行，必然造成泵內(nèi)流動(dòng)旋轉(zhuǎn)失速、流動(dòng)顫抖和壓力脈動(dòng)，使軸向力波動(dòng)明顯增大，無法平衡，再加上葉輪流道制造工藝差，兩側(cè)葉輪對稱性差，更加劇破壞了轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性，從而造成了轉(zhuǎn)子抖動(dòng)串軸、穩(wěn)定性差。通過削減揚(yáng)程的方法能夠解決低流量工況下轉(zhuǎn)子抖動(dòng)串軸問題。

3 優(yōu)化措施

根據(jù)機(jī)組滿負(fù)荷時(shí)給水前置泵的流量Q＝1 085.0m3/h（見表1），按8%裕量考慮，為此確定改后最佳設(shè)計(jì)流量Q＝1 171.8m3/h，揚(yáng)程H≥81 m，η≥81%。具體實(shí)現(xiàn)措施如下。

3.1 削減揚(yáng)程

a.采用特殊的車削辦法，經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，將葉輪外徑平均車小20%，并使葉片出口端呈魚尾形，增大葉輪與蝸殼之間的距離，形成較大的緩沖環(huán)室空間，使低流量下的旋轉(zhuǎn)失速、流動(dòng)顫抖和壓力脈動(dòng)明顯削弱，軸向力波動(dòng)大大減少，從而降低低流量時(shí)的流動(dòng)不穩(wěn)定性，提高轉(zhuǎn)子的剛度。

b.采用焊補(bǔ)磨削的辦法，減少葉片出口角，并提高葉片的均布對稱性和削薄葉片出口端，提高葉輪流動(dòng)穩(wěn)定性和減少出口流動(dòng)損失。

3.2 通流改造

為了彌補(bǔ)葉輪車削后泵效率下降的情況對葉輪和蝸殼進(jìn)行通流部分改造。

a.對原葉輪入口葉形進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。采用高效魚頭形葉形，增大開口數(shù)，并消除葉片入口節(jié)距誤差，提高泵的效率和汽蝕性能以及葉輪入口流動(dòng)均勻?qū)ΨQ性。

b.優(yōu)化葉片出口角。使出口角從24.2°減少到22.6°，削薄葉片出口段工作面，修磨長度100mm及以上，使出口端厚度由8mm減少到3.2mm，并消除葉片出口節(jié)距誤差。

c.優(yōu)化葉輪出口寬度。采用精細(xì)加工方法，使葉輪出口寬度由44mm擴(kuò)大到53mm，消除葉輪葉片出口寬度和出口節(jié)距誤差。

d.優(yōu)化葉輪流道。磨削修薄葉輪中間隔板出口厚度，使整個(gè)通流面積先縮后擴(kuò)平滑過度，并盡量消除葉輪蓋板和中間隔板內(nèi)流面對軸孔的跳動(dòng)，提高流道的均勻?qū)ΨQ性。

e.優(yōu)化蝸殼隔舌型線。將2個(gè)圓頭形隔舌改為魚頭形，略擴(kuò)喉口面積，并修磨提高蝸殼流道光潔度平整度。

3.3 確保密封間隙合理

高標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢修組裝，保證合理的密封間隙，組裝時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制推力軸承的游隙為0.10～0.15 mm，并將外圈壓死。

4 優(yōu)化效果

按以上優(yōu)化改進(jìn)方案進(jìn)行改造后，5號(hào)機(jī)組B給水前置泵一次啟動(dòng)成功，運(yùn)行平穩(wěn)、振動(dòng)小，機(jī)組低負(fù)荷時(shí)泵均無轉(zhuǎn)子抖動(dòng)、串軸問題。為了準(zhǔn)確測定改后節(jié)電效果，進(jìn)行性能測試，結(jié)果見表2、圖1。

表2 5號(hào)機(jī)組B給水前置泵節(jié)能優(yōu)化后測試數(shù)據(jù)

從圖1、表1、表2比較可以看出：優(yōu)化改造使泵的效率提高了2%～6%，最高運(yùn)行效率達(dá)82.18%。改后前置泵揚(yáng)程下降了45m，但滿負(fù)荷工況下由于泵出力和效率提高，揚(yáng)程仍有83m，對應(yīng)可用汽蝕余量NPSHa仍有79m，為主泵必需汽蝕余量的2.08倍，揚(yáng)程可滿足汽蝕性能要求。

圖1 5號(hào)機(jī)B給水前置泵節(jié)能優(yōu)化前后性能測試曲線

在運(yùn)行工況內(nèi)，給水前置泵電流下降了12～19 A，電功率平均下降了153kW，按年運(yùn)行7 200h計(jì)算，則改后年節(jié)電110.16萬kWh。

根據(jù)機(jī)組小汽輪機(jī)進(jìn)汽、排汽參數(shù)和能量價(jià)值分析法計(jì)算求得，小汽輪機(jī)的耗能增加占前置泵節(jié)電數(shù)的30%，即改后前置泵節(jié)電有效率為70%，則實(shí)際平均年可節(jié)電110.16×0.7＝77.112萬kWh，按上網(wǎng)電價(jià)0.43元/kWh計(jì)算，則年效益33.158萬元，每臺(tái)前置泵改造費(fèi)用約11萬，即投資回收期僅3.98個(gè)月。

從投運(yùn)半年情況看，前置泵運(yùn)行平穩(wěn)，軸承振動(dòng)、溫度等參數(shù)都達(dá)到了優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)，解決了低流量工況下轉(zhuǎn)子抖動(dòng)串軸問題，提高了前置泵的安全穩(wěn)定性。

5 結(jié)束語

通過對華能國際電力股份有限公司上安電廠600MW超臨界機(jī)組QG400/300型給水前置泵進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化診斷測試和改進(jìn)，解決了該型泵設(shè)計(jì)裕量偏大、運(yùn)行效率低、安全穩(wěn)定性差等問題。改進(jìn)后，提高了該給水前置泵的效率，降低了前置泵的耗電率；同時(shí)，解決了低負(fù)荷時(shí)給水前置泵轉(zhuǎn)子抖動(dòng)串軸問題，振動(dòng)、軸承溫度等參數(shù)均達(dá)到了優(yōu)良水平，提高了設(shè)備的安全穩(wěn)定性。該優(yōu)化改進(jìn)既有明顯的節(jié)電效果，又能提高安全穩(wěn)定性，適用于所有大型機(jī)組給水前置泵的安全節(jié)能優(yōu)化改進(jìn)。