600MW 機組循環(huán)水泵增容改造及經(jīng)濟性研究

甘淑芳

（江西贛能股份有限公司豐城二期發(fā)電廠，江西豐城 331100）

0 引言

在國家出臺了一系列具有強制性節(jié)能措施的大背景下，節(jié)能降耗已成為各火力發(fā)電廠生產(chǎn)中的重要任務(wù)。為此，各發(fā)電集團及火電廠均設(shè)法通過各種途徑來提高機組運行的經(jīng)濟水平，600 MW 機組凝汽器真空值是影響機組經(jīng)濟性和安全性的重要指標，因此保證凝汽器最佳真空是發(fā)電廠節(jié)能的一項重要內(nèi)容。據(jù)估算，凝汽器真空度每提高1%，則機組的煤耗下降1%。凝汽器真空值受到凝汽器的傳熱性能、真空系統(tǒng)嚴密性、循環(huán)水溫度及循環(huán)水流量以及真空泵等因素影響。由于循環(huán)水泵的功率在廠用電率中占較大比例，故提高循環(huán)水泵的出力和效率、優(yōu)化循環(huán)水量匹配是提高機組真空、降低機組煤耗的有效途徑。

本文以豐城二期發(fā)電廠四臺循環(huán)水泵增容改造為背景，詳細介紹了循環(huán)水泵最佳改造方法，并根據(jù)改造后的實測數(shù)據(jù)，計算出對機組真空及經(jīng)濟性的影響。

1 循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)備概述及改造背景

1.1 設(shè)備概述

豐城二期發(fā)電廠的循環(huán)水系統(tǒng)為開式循環(huán)，由四臺循環(huán)水泵通過取水頭經(jīng)取水涵管從贛江取水，供兩臺機使用。循環(huán)水系統(tǒng)采用母管式，一臺機采用一根DN3200的母管供水，兩根母管用聯(lián)絡(luò)門聯(lián)接。采用一機雙泵的形式。循環(huán)水泵電機功率為3 500 kW，電壓等級為6 kV。凝汽器為上海動力設(shè)備有限公司生產(chǎn)的N-40000 型，其形式為雙背壓、雙殼體、單流程、表面式、橫向布置，它由低壓側(cè)的凝汽器A和高壓側(cè)的凝汽器B組成。水泵性能參數(shù)：

1）一臺660 MW 機組配二臺水泵，并聯(lián)運行時為循環(huán)水泵設(shè)計運行工況點，每臺泵設(shè)計運行工況保證點為：Q=9.8 m3/s，H=26.2 m，η≥85%。

2）一臺660 MW機組配一臺水泵運行時為循環(huán)水泵工況點，每臺泵設(shè)計運行工況保證點為：Q=13.0 m3/s，H=21.4 m，η≥88%。

1.2 改造背景

電廠在循環(huán)水泵設(shè)計選型的時候，夏季工況的時候贛江設(shè)計水位是按21.15 m設(shè)計計算的，而冬季是按20.22 m 設(shè)計計算的。最后計算出來夏季水泵需要的總揚程為24.70 m，冬季為20.9 m。所以最后選定循環(huán)水泵揚程為21.2～25.5 m。但隨著江水水位的逐年下降，現(xiàn)在實際的江水位出現(xiàn)了較大的變化，夏季水位基本維持在17～18 m左右運行，而在2009年的11月份贛江水位一度到達歷史最低水位15.9 m。比當(dāng)時循泵設(shè)計的時候贛江水位低4 m多，導(dǎo)致循環(huán)水泵嚴重偏離了設(shè)計工況運行，將2009年6月3日與2009年10月11日兩天6 號機運行數(shù)據(jù)進行對比，如表1所示。

表1 6號機組運行參數(shù)總表

從上面的數(shù)據(jù)可以看出，在機組平均負荷相差不大的情況下，河水溫度基本相同，由于贛江水位不同，凝汽器真空相差達到了0.95 kPa，折算成對煤耗影響也達到了3克以上。

與水泵廠家的技術(shù)專家進行溝通后，經(jīng)過計算后認為：根據(jù)記錄運行參數(shù)，水泵目前實際運行的揚程在25～29 m，軸功率約3 160 kW；在揚程29 m 時，已經(jīng)超出目前水泵的最小流量點的范圍，水泵長時間在小流量運行，不僅造成機組的真空不理想，影響機組的經(jīng)濟運行，而且循泵在不可靠區(qū)域運行，可能產(chǎn)生振動、汽蝕等，嚴重影響機組的安全運行。而與省內(nèi)同類型電廠黃金埠電廠相比，在凝汽器端差、真空嚴密性基本相同，平均負荷相差也不大的情況下，凝汽器真空比黃金埠電廠小，相差最大的達到了1.89%，如果折算成對煤耗影響就達到了5 克以上。

2 改造方案的論證與實施

高效系列化節(jié)能的泵，是泵節(jié)能的根本措施，從設(shè)計方面考慮提高泵效率的方法有多種，但主要的措施是采用三元流動葉輪，可使在同等流量、壓力條件下的泵效率提高。在泵的改造過程中，應(yīng)用高效葉輪代替舊的低效葉輪或葉片可以取得理想的效果。根據(jù)循環(huán)水泵目前運行性能狀況，決定在不改變循環(huán)水供水管道，不改變循環(huán)泵及電機外形安裝尺寸的基礎(chǔ)上，達到循環(huán)泵的增容優(yōu)化改造的目標。

經(jīng)過調(diào)研和多方論證，最終形成了一系列可行的方案并由水泵廠家對循環(huán)泵實施改造。泵出口管道可以保持不變，泵的筒體也不變，只是改變泵的葉輪，將原來由3 片式葉輪改為4 片式葉輪，葉輪的出口直徑由Φ1 670 變?yōu)棣? 680，進口由Φ1 350變?yōu)棣? 300。改變的部件也不多,配套的電機功率也基本在3 500～3 600 kW，但泵由SEZ2000-1670/1350 型變成了SEZ2000-1680/1300 型，循泵的設(shè)計水位變成16.3 m，泵的流量在贛江水位達到16.3 m的時候增加明顯，可以適應(yīng)目前贛江水位的情況，滿足機組運行的要求。

2.1 泵運行性能曲線分析

根據(jù)水泵廠家提供舊泵與新泵運行性能曲線可以看出;

第一，新泵運行的最大揚程達到了34.5 m，已經(jīng)遠遠超出了舊泵最大28 m的揚程，新泵的運行效率也到了最佳；

第二，新泵流量增加明顯。在揚程一樣的情況下，新泵流量比舊泵的流量明顯增加。水泵出口揚程越大，新泵流量增加比舊泵更明顯，也就是說在水位越低的情況下，新泵的流量比舊泵的流量有更大的增加。

2.2 新泵并列運行分析

其中：Hc——泵運行狀態(tài)下的總揚程；

K——靜揚程；

B——與泵和管道有關(guān)的一個常數(shù)；

Q——流量。

由于循環(huán)水管路長，且循環(huán)水管道運行后內(nèi)壁出現(xiàn)如貝殼類的微生物，引起管道實際運行的水阻比設(shè)計大，即B 增大，使設(shè)計的管道特性曲線變陡，而當(dāng)贛江水位上升，引起靜揚程K 減少，使特性曲線下移。

假設(shè)目前舊泵運行的流量為4 m3/s，那么可以計算出現(xiàn)在的管道的阻力，也就是可以得出相應(yīng)的實際管路特性，根據(jù)這個實際運行的管路曲線，就可以得出實際運行的新泵的流量數(shù)據(jù)，如表2所示。

表2 新泵的流量數(shù)據(jù)

從上面的數(shù)據(jù)也可以知道，在這種情況下，改造后的泵流量由改造前的4 m3/s變成了現(xiàn)在的7.725 m3/s，泵的流量增加達到了93%。

由于目前運行的總揚程Hc 和靜揚程K 是一定的，隨著Q 的增大，也就是說B 減小，管道特性曲線就會變得更平緩，新泵的流量也會隨之增大。

2.3 新泵改造后對電機功率和電流影響分析

新泵設(shè)計贛江水位是按照16.3 m 設(shè)計，如果贛江出現(xiàn)洪水的時候，泵的電機也不會出現(xiàn)超功率及超電流的情況，因為從上面的功率特性曲線可以看出，電機最大功率是3 280 kW,贛江水位上升，泵的揚程減少，電機運行的功率會隨之減小，泵運行的流量會增加。最大功率3 280 kW 距離電機額定功率3 500 kW 還有一定的裕量，電機在贛江各種水位下也不會出現(xiàn)超電流運行；且從上面改造新舊兩臺泵參數(shù)對比也可以看出，改造后電機功率增加大約為120 kW,增加的這部份功率折算成電機電流約為14 A，而我們現(xiàn)在電機運行最大的電流也就是390 A 以下，相對于額定電流428 A 來講也有足夠的裕量。

為配合循泵改造，防止在迎峰度夏期間出現(xiàn)電機運行溫度過高的情況，我們同時對電機的冷卻系統(tǒng)也做改造，因此也可避免一些預(yù)想不到的因素造成電機超溫的情況發(fā)生。

3 改造后泵的流量與未改造的泵的流量相比

2010年11月30日，完成了對6 號機11、12 號循環(huán)水泵的節(jié)能改造，為了更好地驗證循環(huán)水泵改造后的效果，在12月7日，對循環(huán)水泵流量進行了現(xiàn)場實測。下面就實測的改造后的11、12 號循環(huán)水泵流量與未改造的10 號循環(huán)水泵流量對比數(shù)據(jù)如表3 所示。

表3 11號、12號循環(huán)水泵流量與10號循環(huán)水泵流量對比數(shù)據(jù)

表4 12號循環(huán)水泵改造后與沒有改造的10號循環(huán)水泵機組運行情況數(shù)據(jù)對比

從表3 的數(shù)據(jù)可以看出，改造后單泵的流量都比改造前流量增加超過10%，最大的11 號循環(huán)水泵達到了15.5%，遠遠超過了項目立項時的估算值，且改造后循環(huán)水泵電機的電流全部在額定電流以下運行，達到了僅改造泵達到增容的目標。

4 改造后對機組真空及經(jīng)濟性的影響

兩臺機組同時在AGC 投入的情況下，改造后循環(huán)水泵與沒有改造的循環(huán)水泵供水的機組，背壓及其它數(shù)據(jù)的運行情況對比如表4。

從表4 的數(shù)據(jù)可以看出：

1）從第1 組數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)兩臺機組負荷都為370 MW 時，兩臺機組的背壓基本一致，因為此時機組負荷低，相對熱負荷也低，循環(huán)水量多少對機組真空的影響不明顯，兩臺機組影響背壓的其它條件（包括凝汽器端差、機組真空嚴密性）也基本一致；

2）負荷從低到高，兩臺機背壓相差也從低到高，到660 MW 的時候兩臺機組的真空相差達到了1 kPa；也就是隨著熱負荷的增加，5 號機組因未改造而引起的循環(huán)水量不足的問題就顯現(xiàn)出來了；

3）根據(jù)凝汽器向上的放射特性曲線，隨著循環(huán)水溫度的增加，循環(huán)水量對機組真空的影響也增大，如果到了夏季工況，循環(huán)水量對真空的影響將會超過1 kPa。

2009年電廠全年機組背壓是5.11 kPa，根據(jù)上汽廠提供的真空對機組熱耗的影響修正曲線,背壓在4.9～8.29 kPa 區(qū)間時，當(dāng)背壓升高1 kPa，可以引起熱耗變化為1.34%，引起煤耗的變化1.34%。兩臺機四臺循環(huán)水泵全部改造后，在循環(huán)水溫為18.9 ℃情況下（接近機組設(shè)計的年平均循環(huán)水溫度20℃），年平均負荷70%，真空提高了0.6 kPa，降低了機組煤耗：

按年發(fā)電量60 億計算，標煤價760 元/噸計算，可以降低年發(fā)電成本：

而4 臺泵的改造費用和配套電機冷卻系統(tǒng)改造費用、泵現(xiàn)場施工費用等全部費用為434 萬元，改造一年內(nèi)不僅可收回成本，且大大提高了機組運行的安全性。

5 結(jié)束語

從已完成的循環(huán)水泵改造效果來看，其經(jīng)濟效益大大超出了項目立項時的預(yù)期。在不改變循環(huán)水供水管道、不改變循環(huán)泵及電機外形安裝尺寸的基礎(chǔ)上，通過加大葉輪直徑，增大葉片入口角和開口數(shù)、葉片出口角，對循環(huán)水泵進行改造，提高了泵的效率、增大了泵的出口流量，更適應(yīng)目前贛江水位的情況，提高機組運行安全性的同時大大降低機組煤耗，提高了機組運行的經(jīng)濟性。

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