55 MW機(jī)組電動(dòng)給水泵節(jié)能改造

曹慶華

(江蘇徐州華美熱電有限公司，江蘇徐州 221000）

某熱電有限公司配有三臺(tái)額定流量為286t/h的給水泵，這3臺(tái)給水泵在實(shí)際運(yùn)行時(shí)都存在給水壓力過(guò)大，造成不必要的節(jié)流損失。因此，為降低節(jié)流損失，采用變頻調(diào)節(jié)技術(shù)、抽級(jí)和改變轉(zhuǎn)子直徑進(jìn)行對(duì)其實(shí)施節(jié)能改造[1]。

多級(jí)泵的抽級(jí)必須是抽整級(jí)，計(jì)算表明，常會(huì)有不夠抽一級(jí)的余數(shù)。而改變轉(zhuǎn)子直徑的方法，只要計(jì)算準(zhǔn)確就可以達(dá)到節(jié)能的目的，該法對(duì)中小型機(jī)組而言是一種行之有效的給水系統(tǒng)節(jié)能方法[2]。徐州華美熱電有限公司對(duì)其1#給水泵進(jìn)行了葉輪切削改造。

1 改造原理

流體在泵中的揚(yáng)程與葉輪的直徑關(guān)系密切，流體隨葉輪旋轉(zhuǎn)的圓周速度為，由下式求得：

式中：D為葉輪直徑（計(jì)算點(diǎn)的直徑），m；n為葉輪轉(zhuǎn)速，r/min。

根據(jù)歐拉方程式：

式中：HT∞為揚(yáng)程，m；u1為葉片進(jìn)口圓周速度,m/s；u2為葉片出口圓周速度,m/s；v1為葉片進(jìn)口絕對(duì)速度,m/s；v2為葉片出口絕對(duì)速度,m/s；∞表示無(wú)限多葉片時(shí)的參數(shù)；g為重力加速度。

由上式可知，在相同流量下，葉輪外徑與葉輪內(nèi)徑差距越大，則流體所獲得的能量越高，即水泵的揚(yáng)程越高。葉輪葉片切割后，與原葉輪在幾何形狀上已不相似，但當(dāng)改變量不大時(shí)，可近似地認(rèn)為切割或加長(zhǎng)后出口角仍保持不變，流動(dòng)狀態(tài)近乎相似，因而可借用相似定律的關(guān)系，對(duì)切割或加長(zhǎng)前后的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

對(duì)低比轉(zhuǎn)數(shù)的泵，葉輪外徑稍有變化，其出口寬度變化不大，即，若轉(zhuǎn)速保持不變，只是葉輪外徑由變?yōu)闀r(shí)，其流量、揚(yáng)程和功率的變化關(guān)系如下：

對(duì)于中、高比轉(zhuǎn)數(shù)的泵，葉輪切割時(shí)，會(huì)使葉輪出口寬度增大，而且出口寬度與其直徑成反比，即，這時(shí)流量、揚(yáng)程和功率的變化關(guān)系如下：

葉輪外徑的切割應(yīng)以效率基本不下降為原則，葉輪外徑最大允許的切割量與比轉(zhuǎn)數(shù)的關(guān)系見(jiàn)表1。

表1 泵的葉輪最大切割量與比轉(zhuǎn)數(shù)的關(guān)系

表2 改造前1#給水泵設(shè)計(jì)參數(shù)

2 改造方案

徐州華美熱電機(jī)組改造前給水泵設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表2。

式中:n為轉(zhuǎn)速，r/m in；H為體積流量，m3/s；H為揚(yáng)程，m。

因比轉(zhuǎn)數(shù)在30＜ns＜80的范圍屬于低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵,其切割曲線方程為：

作1#給水泵的相似切割曲線，見(jiàn)圖1。并于H-q曲線相交于C點(diǎn)，則B、C兩點(diǎn)必滿足切割定律，查出C點(diǎn)的流量為：。

圖1 1#給水泵的相似切割曲線

葉輪的切削值為：

葉輪的相對(duì)切割量為：

由表1中查得ns為71.6時(shí)的切割極限量為15%，顯然計(jì)算的葉輪切割量低于切割極限量，切割后泵的效率下降很少，滿足切割要求。

3 經(jīng)濟(jì)性分析

（1）改造前1#給水泵運(yùn)行參數(shù)。

表3 1#給水泵改造前運(yùn)行參數(shù)

（2）改造后1#給水泵運(yùn)行參數(shù)。

表4 1#給水泵改造后運(yùn)行參數(shù)

由上表可知，改造前，1#給水泵單泵運(yùn)行最大流量為315 m3/h，母管壓力為12.93 MPa，電流為 182.9 A，功率為1720 kW，電機(jī)處于過(guò)負(fù)荷狀態(tài)；改造后，1#給水泵單泵運(yùn)行最大流量344.5m3/h，母管壓力 10.86 MPa，電流為171.5 A、功率為1642 kW，電機(jī)處于額定負(fù)荷狀態(tài)?？梢?jiàn)，改造后1#給水泵揚(yáng)程降低，給水流量增大，在最大流量情況下，每小時(shí)可節(jié)電78 kW·h，按機(jī)組在此負(fù)荷年運(yùn)行時(shí)間為1500 h計(jì)算，可節(jié)省電量為11.7萬(wàn) kW·h，節(jié)約費(fèi)用約5.85萬(wàn)元。該給水泵總改造費(fèi)用為2萬(wàn)元，投入運(yùn)行四個(gè)月后即可收回全部投資，效益非?？捎^。在改造前1#給水泵一直處于超負(fù)荷運(yùn)行，長(zhǎng)期在該工況下運(yùn)行會(huì)縮短電機(jī)使用壽命，同時(shí)也存在很大的安全隱患。改造后1#給水泵電機(jī)始終處于正常負(fù)荷狀態(tài)，從而確保了電機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

[1]郭立君.泵與風(fēng)機(jī)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2003.

[2]趙旺初.電廠給水系統(tǒng)節(jié)能改造［J］.東北電力技術(shù)，1998，（3）：6-9.