長海電廠給水系統(tǒng)改造及經(jīng)濟性分析

劉建偉

［摘要］給水泵是熱力發(fā)電廠的主要輔助設(shè)備之一，其作用就是連續(xù)不斷地可靠地向鍋爐供水。長海電廠50MW機組配套的給水泵由于選型不合理，運行時揚程大大高于鍋爐上水所需的正常壓力，使泵出口逆止閥、電動再循環(huán)閥及鍋爐給水調(diào)節(jié)閥閥芯磨損嚴重，系統(tǒng)運行安全性和經(jīng)濟性差。本文分析了其中的原因及其對系統(tǒng)的危害，并對其進行了相應(yīng)的技術(shù)改造，提高了系統(tǒng)運行的安全性和可靠性。此外還對給水系統(tǒng)改造后的節(jié)能降耗情況進行了經(jīng)濟性分析。

［關(guān)鍵詞］給水系統(tǒng) 給水泵 改造 經(jīng)濟分析

中圖分類號:TM62 文獻標識碼：A

1、概述

長海電廠FC50-8.83/1.37型非調(diào)整抽汽式汽輪機（由N50-8.83/535-Ⅱ型汽輪機改造而成）與杭州鍋爐廠生產(chǎn)的NG-220/9.98-M10自然循環(huán)汽包爐（汽包壓力為11.28MPa），組成單元制系統(tǒng)，共有兩臺沈陽水泵廠生產(chǎn)的DG270-140B型給水泵，其中一臺運行，另一臺備用。給水泵的主要技術(shù)規(guī)范見表1，電機的技術(shù)規(guī)范見表2。

表1.給水泵主要技術(shù)規(guī)范

型號 流量(m3/h) 揚程(m) 功率(kw) 轉(zhuǎn)速(r/min) 效率(%)

DG270-140B

(十級離心泵) 320 1500 1722 2985 76

表2.給水泵電機主要技術(shù)規(guī)范

型號 容量(KW) 電壓(V) 電流(A) 轉(zhuǎn)速(r/min)

YK2000-2/990 2000 6000 218.4 2987

給水泵出口逆止閥型號為H48H-200，電動再循環(huán)閥型號為J961Y-250，其在系統(tǒng)中的連接如圖1所示。

2、給水系統(tǒng)存在的主要問題

（1）給水泵出口逆止閥及電動再循環(huán)閥門磨損嚴重，檢修工作頻繁。

（2）鍋爐給水調(diào)節(jié)閥因前后壓差大盤根磨損嚴重，造成多次停爐停機處理。

（3）由于給水泵的出口壓力遠高于鍋爐所需正常給水壓力，造成壓頭損失，從而造成電能的浪費。

（4）由于給水泵電動再循環(huán)閥門磨損后造成泄漏，使高壓給水在給水泵與除氧器之間做無用循環(huán)，造成不必要的電能損耗。

（5）由于電動再循環(huán)閥門的損壞頻繁，需經(jīng)常更換閥門及電動執(zhí)行機構(gòu)，引起檢修費用及工作量的增加。

3、原因分析

給水泵揚程由以下各項確定：

H泵=H靜+P汽包+H系+H閥

其中：

H泵——給水泵揚程；

H靜——泵出口至鍋爐進水口水柱靜壓；

P汽包——鍋爐汽包壓力；

H系——給水泵出口至鍋爐省煤器入口管路系統(tǒng)沿程阻力和局部損失之和（不包括給水調(diào)節(jié)閥的壓力損失）；

H閥——給水調(diào)節(jié)閥的壓力損失 。

根據(jù)有關(guān)資料，給水泵出口壓力為Pgs出=1.25 P汽包=1.25×11.28=14.1MPa即可滿足鍋爐正常進水。南海長海發(fā)電廠的兩臺給水泵原設(shè)計是根據(jù)三爐兩泵運行的規(guī)劃進行設(shè)計和選型的。但由于受到國家能源政策、環(huán)保等各方面的限制，長海電廠再上同類型機組的可能性不大，因此一直以來給水泵出口壓力為15.2MPa，此壓力遠高于鍋爐要求的給水壓力14.1 MPa。

下面再從給水泵的性能曲線來分析。給水泵在額定工況（設(shè)計的最佳工況）下運行時，給水泵的工作點為性能曲線H-Q與管道特性曲線Ⅰ的交點A，在這種情況下給水調(diào)節(jié)閥在小范圍內(nèi)參與調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)閥壓力損失很小，系統(tǒng)運行在高效區(qū)。但由于設(shè)計和選型不合適等原因，導致實際情況下泵的揚程偏離理想情況較大，即給水泵富裕揚程偏大。此時為了保證鍋爐汽包壓力和給水流量不變，只有采用節(jié)流調(diào)節(jié)（即改變給水系統(tǒng)的管路特性），其方法就是將調(diào)節(jié)閥門關(guān)小，增大管道系統(tǒng)阻力，這時實際的管道特性曲線變陡，如圖2中的虛線Ⅱ。這時給水泵的實際工作點為B點。在工作點B的實際效率為，顯然由于給水泵揚程的增加，導致管路系統(tǒng)的壓力偏高和調(diào)節(jié)閥的壓力損失增加，整個系統(tǒng)的運行效率降低。如圖2所示。

4、對給水系統(tǒng)的不利影響

4.1對系統(tǒng)安全性的不利影響

由上述分析可知，給水系統(tǒng)存在上述問題的原因主要是給水泵選型不恰當，使給水泵的揚程和流量均偏大，這給系統(tǒng)的安全運行帶來以下危害：

??a、由于給水泵揚程偏大，為保證給水系統(tǒng)正常運行，則給水調(diào)節(jié)閥將長期在嚴重節(jié)流的狀態(tài)下工作，給水調(diào)節(jié)閥前后的壓差較大，高壓給水對給水調(diào)節(jié)閥的閥芯磨損加劇，對閥門設(shè)備帶來不利影響，嚴重時甚至停爐停機。同樣對給水泵出口逆止閥和電動再循環(huán)閥的磨損也會加大，使這些閥門壽命降低。

b、由于給水泵揚程偏大，如未能及時調(diào)節(jié)，將導致流量增加很快，流量增加到一定值時，將會使泵體產(chǎn)生氣體，發(fā)生汽蝕和供水不足的現(xiàn)象，威脅到機組的安全運行。

4.2對系統(tǒng)經(jīng)濟性的不利影響

為保證給水系統(tǒng)在給水泵揚程偏高的情況下能正常運行向鍋爐供水，給水調(diào)節(jié)閥必須參與調(diào)節(jié)，即將給水泵揚程的增加消耗到給水調(diào)節(jié)閥節(jié)流的阻力損失上，使管路系統(tǒng)額外的損失增加，降低了整個系統(tǒng)的效率，白白消耗廠用電，對電廠的經(jīng)濟性帶來不利影響。

5、給水系統(tǒng)改造方案

鑒于以上問題，認真分析給水泵制造廠提供的技術(shù)資料，從我廠的實際情況出發(fā)，最終確定采用以下改造方案，并利用機組大修時間進行改造。

5.1將給水泵由原來的10級改為9級，將第6級葉輪拆除，加裝過流套

改造后給水泵性能參數(shù)為：

流量Q＝320m3/h

揚程H＝1400mH2O＝13.5Mpa（給水泵出口壓力Pgs出＝H＋Pgs進＝13.5+0.6＝14.1 Mpa）

5.2給水泵出口逆止閥及電動再循環(huán)閥采用更先進的產(chǎn)品

將給水泵出口逆止閥及電動再循環(huán)閥門更換為上海電力修造總廠浦東分廠的針對給水泵逆止閥及再循環(huán)閥易磨損和泄漏問題進行專門設(shè)計的全新產(chǎn)品。

6、改造后的實驗及性能比較

對給水泵通流部分、出口逆止閥、再循環(huán)電動閥進行改造后，給水泵出口壓力能滿足鍋爐上水的需要，而且給水泵的揚程及運行電流均有了大幅度下降，提高了運行的經(jīng)濟性。

a、改造前給水流量為200t/h時，揚程為1500米，給水調(diào)節(jié)門前后壓力分別為14.2MPa和11.5MPa，壓差2.7MPa。改造后，在給水流量200t/h時揚程為1400米，給水調(diào)節(jié)門前后壓分別為13.2MPa和11.5MPa，壓差為1.7MPa。給水調(diào)整閥的壓力損失明顯降低。

b、試驗結(jié)果表明，改造后電機運行電流由180A下降為165A，功率由原來的1644KW下降至1507KW，給水泵電耗明顯下降。

c.改造后，揚程下降1.0MPa，功率下降137KW。

7、改造后經(jīng)濟效益分析

7.1主要改造費用

每臺給水泵的改造費用見表3。

表3. 每臺給水泵改造費用

序號 項 目 型 號 數(shù)量 單位 費用（元）

1 給水泵改造設(shè)計、材料、安裝費用 DG270-140B型給水泵由十級改為九級 1 臺 32500

2 出口逆止閥 H44Y-25C、DN175（法蘭實配） 1 臺 39800

3 電動再循環(huán)閥門 L961Y-25C、DN50電動執(zhí)行機構(gòu)為揚州DZW95典型執(zhí)行器 1 臺 22500

4 減壓裝置 ZJ440 1 臺 8750

5 其它輔助材料 10650

合計 114200

按照以上項目改造給水泵，每臺給水泵改造費用為￥11.42萬元，兩臺泵改造費用共為￥22.82萬元。

7.2給水泵改造后經(jīng)濟效益分析

a、計算公式

對于給水泵進行改造后的年經(jīng)濟效益按下式計算：

年經(jīng)濟效益＝節(jié)約的能源費+節(jié)約的檢修費用＝N節(jié)約×P電＋節(jié)約的檢修費用

b、公式說明：

N節(jié)約—節(jié)約的廠用電量。改造前給水泵運行一段時間后自動再循環(huán)及電動再循環(huán)閥門均會出現(xiàn)泄漏情況，在鍋爐給水流量為200t/h情況下，電流由沒有泄漏時的170A升至180A，電流升高了10A，而每年的給水泵漏水時間h漏水約為3500h；泵體改造后在沒有泄漏情況下，鍋爐給水流量200t/h時，電流下降為165A，比改造前降低了5A，給水泵的年運行時間h運行以6000h計算；給水泵的電機電壓為6KV,功率因數(shù)cosφ為0.88。則

N節(jié)約＝×U×（I漏-I原）×cosφ×h漏水＋×U×5×cosφ×h運行

＝×6000×10×0.88×3500＋×6000×5×0.88×6000

＝320083 kW·h +274357 kW·h＝594440 kW·h

P電—電費單價。以0.5元/kW·h計算。

節(jié)約的檢修費用—改造后每年節(jié)約的檢修費用。以改造前每年損壞的給水泵電動再循環(huán)閥門四個，電動執(zhí)行機構(gòu)兩個來計算。閥門的價格為￥2830元/個，電動執(zhí)行機構(gòu)的價格為￥6420元/個；因檢修引起其它費用約為￥5000元。則

節(jié)約的檢修費用＝2830元×4＋6420元×2＋5000元

＝11320元+12840元＋5000元＝29160元

c、年經(jīng)濟效益＝594440kW·h×0.5元/kW·h＋29160元＝297220元+29160元

＝326380元

7.3給水泵改造投資收益分析

根據(jù)上述計算結(jié)果分析，兩臺給水泵及相應(yīng)的出口逆止閥和再循環(huán)閥門都改造，其投資改造的費用為￥22.82萬元，而改造后一年的經(jīng)濟效益為￥32.638萬元，則投資回收期為0.7年，因此改造后的經(jīng)濟效益十分顯著。高溫高壓機組給水泵廠用電約占整個電廠廠用電的40%,因此降低給水泵的廠用電消耗對提高全廠的經(jīng)濟效益具有十分重要的作用。

8、結(jié)束語

安全運行和節(jié)能降耗永遠是電力企業(yè)在市場競爭中取勝的法寶。長海電廠給水系統(tǒng)改造后，系統(tǒng)能效更匹配，給水調(diào)節(jié)門等設(shè)備磨損大大減小，消除了機組的安全隱患，提高了系統(tǒng)運行的安全性、經(jīng)濟性和穩(wěn)定性，降低了能耗及檢修工作量。因此，這次改造是成功的。本次成功改造也對其它電廠解決類似問題具有很好的借鑒意義。

[參考資料]

[1] 劉立主編.流體力學 泵與風機（第二版）.北京：中國電力出版社，2007

[2] 葉濤主編.熱力發(fā)電廠（第二版）. 北京：中國電力出版社，2007

[3] 山西省電力工業(yè)局編.汽輪機設(shè)備運行技術(shù). 北京：水利電力出版社，1985