某發(fā)電廠循環(huán)水泵節(jié)能改造分析

許 晨，劉振杰

(元寶山發(fā)電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 赤峰 024070)

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某發(fā)電廠循環(huán)水泵節(jié)能改造分析

許 晨，劉振杰

(元寶山發(fā)電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 赤峰 024070)

介紹電廠循環(huán)水泵流量低的問題，提出對(duì)循環(huán)水泵水力部件和泵電機(jī)兩部分進(jìn)行的改造措施，結(jié)合計(jì)算分析對(duì)循環(huán)水泵運(yùn)行方式進(jìn)行選擇，分析改造后五種運(yùn)行方式在不同溫度下的節(jié)能效果。

循環(huán)水泵；節(jié)能改造；雙速；經(jīng)濟(jì)性

元寶山發(fā)電有限責(zé)任公司4號(hào)600 MW機(jī)組采用72LKXA-23型循環(huán)水泵,由于原泵流量較低、效率也不高,在高溫時(shí)難以滿足滿負(fù)荷運(yùn)行，同時(shí)在一年的不同季節(jié)中，由于對(duì)負(fù)荷的要求不同，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)性較差。為了解決循環(huán)水泵流量低的問題進(jìn)行了循環(huán)水泵的改造，對(duì)循環(huán)水泵做了水力部件和泵電機(jī)兩部分的改造工作。

1 原有循環(huán)水泵存在的問題

根據(jù)關(guān)于循環(huán)水泵效率低的能耗診斷實(shí)驗(yàn)結(jié)論，對(duì)4號(hào)機(jī)組冷端系統(tǒng)性能進(jìn)行診斷分析見表1。結(jié)果為循環(huán)水泵揚(yáng)程偏低，且循環(huán)水泵運(yùn)行效率偏小，在兩泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，單泵的平均流量偏小約18%，效率平均偏小約17%；在單泵運(yùn)行時(shí)，泵的流量平均偏小約7%，效率平均偏小約11.4%。相對(duì)于凝汽器的設(shè)計(jì)冷卻水流量，4號(hào)機(jī)組凝汽器現(xiàn)有冷卻水量欠缺約9 690 m3/h(占設(shè)計(jì)流量的16.6%)(2臺(tái)循環(huán)水泵并聯(lián)運(yùn)行)。循環(huán)水泵效率低影響冷卻水流量偏低約4 100 m3/h。

在2臺(tái)循環(huán)水泵并聯(lián)運(yùn)行，按照現(xiàn)有的循環(huán)水系統(tǒng)阻力，現(xiàn)有的2臺(tái)循環(huán)水泵的流量-揚(yáng)程特性明顯偏小。因此，對(duì)元寶山發(fā)電有限責(zé)任公司4號(hào)機(jī)組循環(huán)水泵系統(tǒng)進(jìn)行改造。

表1 循環(huán)水泵性能診斷試驗(yàn)結(jié)果和要求指標(biāo)的差異

項(xiàng)目循環(huán)水泵運(yùn)行方式兩泵并聯(lián)單泵運(yùn)行泵標(biāo)號(hào)要求AB要求AB出口流量/(m3·h-1)306002428425784363603298734597揚(yáng)程/m2323.923.9118.617.217.7效率/%87.569.6471.3688.575.7978.42

2 循環(huán)水泵及其運(yùn)行方式的改造

2.1 水力部件的改造

對(duì)循環(huán)水泵的葉輪、導(dǎo)葉、吸入喇叭口等水力部件進(jìn)行改造。改造設(shè)計(jì)中以力效率計(jì)算公式指導(dǎo)計(jì)算出口流道各斷面面積和蝸殼起始段擴(kuò)散角;為保證改后泵高效運(yùn)行,采用較大的蝸殼通流面積和葉輪出口寬度,拓寬高效區(qū),且準(zhǔn)確控制高效區(qū)段的性能參數(shù)與實(shí)際管道特性相吻合[1]。

2.1.1 吸入喇叭口

吸入喇叭口上部法蘭與下外接管相連接，更換后的吸入喇叭口水泵吸水喇叭口標(biāo)高-8.12 m，吸水室底部標(biāo)高-9.5 m，經(jīng)過試驗(yàn)和現(xiàn)場調(diào)試，改造后的吸水喇叭口能夠有效減少水流漩渦，在水量增大水流進(jìn)入吸水喇叭口前能夠混合均勻，不會(huì)引起振動(dòng)[2]。

2.1.2 葉輪

葉輪由原來的開式、單吸整體結(jié)構(gòu)，葉輪用鍵聯(lián)接在軸上，并用一個(gè)哈夫鎖環(huán)和四組螺栓、彈簧墊圈定位在軸上，改造為半開式、整體鑄造結(jié)構(gòu)，這是由于半開式葉輪較開式葉輪具有更高的效率和更小的水力損失。葉片外緣與葉輪室之間有狹窄的間隙。通過分析：泵的效率隨著間隙的變小而增大，葉輪與蝸殼的間隙主要影響著半開式離心泵的容積效率，間隙越大，容積損失越大，泵的總效率越低[3]。并將葉片表面打磨拋光，以獲得高的水力效率。改造后通過調(diào)整泵上部剛性聯(lián)軸器中的調(diào)整盤就能調(diào)整水泵葉輪與蝸殼的間隙。在改造后的運(yùn)行中，為設(shè)備安全高效提供了保障。

2.1.3 葉輪室及導(dǎo)葉體

在新的水力模型下，葉輪室和導(dǎo)葉體尺寸增加，導(dǎo)葉體下部與葉輪室連接，上部外圓柱面與下外接管上部內(nèi)圓柱面相配合，改造后在此面上設(shè)有圓形密封圈槽，安裝圓形密封圈使導(dǎo)葉體與下外接管貼合更加緊密，利于減振，減少設(shè)備損壞的風(fēng)險(xiǎn)。

2.1.4 潤滑與密封

改造后的循環(huán)水泵內(nèi)共裝有3個(gè)導(dǎo)軸承，以承受徑向力和保證回轉(zhuǎn)軸的對(duì)中性。其位置及作用分別是：下導(dǎo)軸承，徑向支撐下主軸，安裝于導(dǎo)葉體內(nèi)。中間導(dǎo)軸承，徑向支撐下主軸，安裝于中間護(hù)管內(nèi)。上導(dǎo)軸承，徑向支撐上主軸，安裝于壓板上。導(dǎo)軸承的潤滑方式：水流自葉輪后進(jìn)入下導(dǎo)軸承，通過各護(hù)管，流經(jīng)中間導(dǎo)軸承、上導(dǎo)軸承后，從填料函體處排至泵外。上聯(lián)軸器、下聯(lián)軸器、擋圈間的結(jié)合面以及擋圈與軸的配合面均設(shè)置“O”形密封圈進(jìn)行密封，以防止護(hù)管內(nèi)的潤滑水進(jìn)入使軸產(chǎn)生銹蝕。葉輪密封環(huán)和導(dǎo)葉體密封環(huán)主要作用是保持合格的密封間隙,2處密封環(huán)的控制間隙直徑方向最大為3.8 mm(原設(shè)計(jì)間隙值為1.6～1.9 mm)，填料密封為金屬石棉填料。

2.2 循環(huán)水泵電機(jī)改造

對(duì)電機(jī)方案選擇為變極調(diào)速，隨著變極調(diào)速技術(shù)的日趨成熟，其經(jīng)濟(jì)性和安全性都能得到保障。元寶山發(fā)電有限責(zé)任公司處于東北電網(wǎng)，屬于可以深度調(diào)峰的機(jī)組，其負(fù)荷最低可達(dá)280 MW，結(jié)合氣溫變化規(guī)律，4號(hào)機(jī)組選擇了三相立式異步雙速電動(dòng)機(jī)。

2.3 運(yùn)行方法的選擇

通過凝汽器的變工況特性曲線,在熱力參數(shù)不變的情況下,循環(huán)水流量增加,汽輪機(jī)排氣壓力下降,汽輪機(jī)功率增加,汽耗量減少。但是,隨著循環(huán)水流量的增加,循環(huán)水泵電耗增加,廠用電率增大。這就使循環(huán)水量適應(yīng)不同負(fù)荷成為必要，即獲得最佳真空的循環(huán)水量才是最佳循環(huán)水量。

若循環(huán)水流量變化時(shí),汽輪發(fā)電機(jī)組功率凈增值最大時(shí)才是最有利的。對(duì)于雙速電機(jī)驅(qū)動(dòng)的循環(huán)水量循環(huán)水泵,只有改變循環(huán)水泵運(yùn)行方式后,才能使機(jī)組處于最有利情況。故判別循環(huán)水泵的運(yùn)行是否經(jīng)濟(jì),可分2種情況討論:一是對(duì)可調(diào)循環(huán)水泵N最大,該工況才最有利;二是對(duì)不可調(diào)循環(huán)水泵,可通過增減運(yùn)行泵臺(tái)數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié),當(dāng)需要減少運(yùn)行臺(tái)數(shù)時(shí),只要ΔΝ≥0,就是有利的最經(jīng)濟(jì)循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行方式的確定[4]。

為了更能體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)調(diào)度,根據(jù)不同機(jī)組的電網(wǎng)調(diào)度方式和機(jī)組功率表精度,考慮循環(huán)水量變化引起機(jī)組背壓變化，造成發(fā)電功率的變化能否符合上網(wǎng)供電的程度,可按下式確定循環(huán)水泵經(jīng)濟(jì)調(diào)度的準(zhǔn)則:

kΔΝ-ΔNp>0

(1)

式中：ΔΝ為汽輪機(jī)的微增出力變化，kW；k為汽輪機(jī)功率相對(duì)變化值,kPa；ΔNp為泵功耗變化值，kW。

k值通常取0.5～1.0,上網(wǎng)供電者取大值，k取0.8。當(dāng)kΔΝ-ΔNp的值最大時(shí),稱之為循環(huán)水泵最經(jīng)濟(jì)運(yùn)行準(zhǔn)則,其對(duì)應(yīng)的真空為最佳真空,對(duì)應(yīng)的循環(huán)水量為最佳循環(huán)水量[5]。

根據(jù)元寶山地區(qū)的環(huán)境溫度變化，原有循環(huán)水泵運(yùn)行方式為11月到次年3月共5個(gè)月時(shí)間采用單泵運(yùn)行方式，此時(shí)環(huán)境溫度低，背壓低，機(jī)組效率高。3月到11月，循環(huán)水泵運(yùn)行方式為雙泵運(yùn)行，在此種運(yùn)行方式下，存在溫度低時(shí)循環(huán)水量相對(duì)較大，廠用電較高；循環(huán)水溫度高時(shí)，循環(huán)水量不足，引起汽輪機(jī)超汽量、超參數(shù)運(yùn)行甚至不能帶滿負(fù)荷的情況。針對(duì)原有運(yùn)行方式，對(duì)不同季節(jié)即隨著入口循環(huán)水溫度的變化帶滿負(fù)荷時(shí)，按照循環(huán)水泵經(jīng)濟(jì)調(diào)度的準(zhǔn)則計(jì)算出采用不同循環(huán)水泵運(yùn)行方式與以前運(yùn)行方式進(jìn)行比較，從而得出合理的節(jié)能運(yùn)行方式。

原有運(yùn)行方式為單泵運(yùn)行，改造后為單泵低速運(yùn)行(36 160 m3/h)。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示雖然改造后循環(huán)水量較改造前有所減少，但是由于冬季循環(huán)水溫較低，通過試驗(yàn)對(duì)比可知改造前后真空已經(jīng)達(dá)到理論極限，對(duì)負(fù)荷沒有影響。所以在11月至次年3月運(yùn)行時(shí)間段，節(jié)能量即為循環(huán)水泵功率的差值。

改造后，3月到11月在入口水溫為9 ℃、17 ℃、22 ℃、26 ℃時(shí)，原有運(yùn)行方式為雙泵運(yùn)行，按照循環(huán)水泵經(jīng)濟(jì)調(diào)度的準(zhǔn)則，計(jì)算出改造后不同運(yùn)行方式下kΔN-ΔNp各參數(shù)見表2-5，赤峰地區(qū)全年平均溫度見表6。

表2 改造后入口水溫9 ℃時(shí)kΔN-ΔNp值

項(xiàng)目原運(yùn)行方式單泵高速雙泵低速流量/(t·h-1)486103910049100功率變化值ΔN/kW0-330066泵功耗變化值ΔNp/kW0-1920-980kΔN-ΔNp/kW0-7201027

表3 改造后入口水溫為17 ℃時(shí)kΔN-ΔNp值

項(xiàng)目原運(yùn)行方式雙泵低速一高一低流量/(t·h-1)486104910051900功率變化值ΔN/kW064480泵功耗變化值ΔNp/kW0-980-520kΔN-ΔNp/kW01027904

表4 改造后入口水溫為22 ℃時(shí)kΔN-ΔNp值

項(xiàng)目原運(yùn)行方式雙泵低速一高一低流量/(t·h-1)486104910051900功率變化值ΔN/kW064726泵功耗變化值ΔNp/kW0-980-520kΔN-ΔNp/kW010241100

表5 改造后入口水溫為26 ℃時(shí)kΔN-ΔNp值

項(xiàng)目原運(yùn)行方式雙泵高速一高一低流量/(t·h-1)486105660051900功率變化值ΔN/kW01650660泵功耗變化值ΔNp/kW0280-520kΔN-ΔNp/kW01040837

表6 赤峰地區(qū)全年平均溫度 ℃

項(xiàng)目1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月平均溫度-10.5-8.5091721.5262216.59-0.5-8平均高溫-407182428322823166-2平均低溫-17-17-7010152016102-7-14

根據(jù)以上計(jì)算，得出了循環(huán)水泵根據(jù)不同季節(jié)的環(huán)境溫度下的最佳運(yùn)行方式：11月到次年3月，采用單泵低速運(yùn)行方式取代原有的單泵運(yùn)行方式；4、5月和9、10月采用雙泵低速運(yùn)行取代原雙泵運(yùn)行方式；6月和8月采用一高一低運(yùn)行取代原雙泵運(yùn)行方式；溫度最高的7月采用雙泵高速運(yùn)行方式，不但能節(jié)能運(yùn)行，還解決了原運(yùn)行方式下不能帶滿負(fù)荷的缺點(diǎn)，既滿足了夏季用電高峰的電量，又節(jié)約了廠用電。

3 改造效果

改造后，全年節(jié)電成本計(jì)算：元寶山發(fā)電有限責(zé)任公司4號(hào)機(jī)組年利用小時(shí)為5 500 h，11月到次年3月，節(jié)電量為5 500/12×5×(1 960-1 470)=1 122 917 kWh；4、5月和9、10月, 節(jié)電量為5 500/12×4×1 027=1 882 833 kWh；6、8月節(jié)電量為5 500/12×2×1 100=1 008 333 kWh；7月節(jié)電量為5 500/12×1 040=476 666 kWh；按上網(wǎng)電價(jià)為0.36元/kWh，全年節(jié)約費(fèi)用為(1 122 917+1 882 833+1 008 333+476 666)×0.36=1 616 670元。

由此可見，經(jīng)過電機(jī)的增容雙速改造以及對(duì)循環(huán)水泵通流部分的優(yōu)化，根據(jù)不同的環(huán)境溫度采取不同的運(yùn)行方式，既解決了原有循環(huán)水在夏季不能帶滿負(fù)荷的問題，對(duì)提高循環(huán)水泵經(jīng)濟(jì)調(diào)度，節(jié)省了廠用電，降低了成本。

4 結(jié)束語

通過改造后在不同環(huán)境溫度運(yùn)用不同的運(yùn)行方式的計(jì)算，得出了最優(yōu)運(yùn)行方式。該項(xiàng)技術(shù)改造完成后,初步估算每臺(tái)機(jī)組年節(jié)電至少460萬kWh,折合人民幣約160萬元，不到一年可以回收全部投資, 為機(jī)組節(jié)能降耗運(yùn)行提供了理論依據(jù)。參考文獻(xiàn)：

[1] 李興平，張超杰，宋 濤.循環(huán)水泵的改造及其應(yīng)用雙速電機(jī)驅(qū)動(dòng)的經(jīng)濟(jì)性[J].中國電力，1996,29(9):28-31.

[2] 劉冬桂,吳 波,宋夢斌.斜流泵和軸流泵新型吸人喇叭口的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].水泵技術(shù).2008(6):14-15.

[3] 陳松松,阮越廣,阮曉東.半開式葉輪離心泵的效率優(yōu)化與分析[J].機(jī)電工程，2011,28(7): 806-808.

[4] 羅志剛.火電廠循環(huán)水泵和給水泵系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行研究[D].北京：華北電力大學(xué),2005.

[5] 石 濤.600 MW機(jī)組冷端運(yùn)行優(yōu)化研究[D].杭州: 浙江大學(xué), 2011.

本文責(zé)任編輯：王洪娟

Energy Saving Analysis of Circulating Pump in Some Power Plant

Xu Chen,Liu Zhenjie

(Yuanbaoshan Electric Power Generation Co., Ltd,Chifeng 024070,China)

On the basis of presentation low-flow at a power plant, the working part and the motor of high capacity of circulating water Pump were revamped. The operation stylcs of circulating water pump has been selected by the result of calculation analysis. The energy saving effect of five kinds of operation mode in different temperature calculation has been analyzed after transformation.

circulating water pump；energy saving；dual speed；economical efficiency

2016-07-05

許 晨(1981-)，男，工程師，主要從事電廠集控運(yùn)行工作。

TM621.7

B

1001-9898(2006)05-0052-03