電站循環(huán)水泵效率求取試驗(yàn)方法對(duì)比分析研究

王加勇，鄧德兵，楊 茉，邱淑霞

(1.蘇州熱工研究院有限公司，江蘇 蘇州 215004；2.上海理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院，上海 200093)

火電廠中循環(huán)水泵是廠用電的主要消耗源，占廠用電量的10%～25%。循環(huán)水泵是為汽輪發(fā)電機(jī)組凝汽器、閉式冷卻器等系統(tǒng)設(shè)備提供冷卻水的重要輔機(jī)，維持凝汽器真空，提供最大限度的冷卻效果[1-3]以滿足機(jī)組運(yùn)行要求。

循泵改造后節(jié)能效果評(píng)判，及其循泵改造前工程可研，都需要了解循環(huán)水泵性能[4-6]。循泵流量對(duì)循泵效率有很大影響，準(zhǔn)確測(cè)量循環(huán)水泵出口流量至關(guān)重要。凝汽器循環(huán)水流量的測(cè)量，是測(cè)定循環(huán)水泵性能以及實(shí)現(xiàn)循環(huán)水泵優(yōu)化的重要環(huán)節(jié)[7]。在測(cè)定凝汽器的循環(huán)水流量時(shí)，通常采用超聲波流量計(jì)或者根據(jù)凝汽器的熱平衡推算循環(huán)水流量。采用超聲波流量計(jì)測(cè)量循環(huán)水流量，由于循環(huán)水管通常埋在地下，測(cè)量時(shí)需要根據(jù)直管段的情況選擇測(cè)量點(diǎn)，并在該處將土層挖開，形成測(cè)量井，測(cè)量時(shí)運(yùn)行人員進(jìn)入井下進(jìn)行測(cè)量，從而造成測(cè)量工作極為不便。再者，循環(huán)水外側(cè)有防腐層，很難打磨整潔，流量測(cè)量帶來較大誤差。而采用凝汽器熱平衡方法測(cè)量凝汽器的循環(huán)水流量，可以利用汽輪機(jī)的常規(guī)測(cè)點(diǎn)及表計(jì)，根據(jù)運(yùn)行溫度、壓力表記讀數(shù)很方便地通過計(jì)算得到,但受系統(tǒng)隔離影響較大，尤其是對(duì)汽水嚴(yán)密性差的機(jī)組帶來更大誤差。本文結(jié)合大量現(xiàn)場(chǎng)第一手資料和豐富的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，采用循泵揚(yáng)程—流量曲線擬合反推法對(duì)循環(huán)水流量進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而確認(rèn)循泵效率，并以某330 MW火力發(fā)電廠循環(huán)水泵效率為例，對(duì)其實(shí)際應(yīng)用測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析比較。試驗(yàn)結(jié)果證明其科學(xué)合理性，后續(xù)循泵效率試驗(yàn)可以借鑒參考。

表2 三種測(cè)量方法試驗(yàn)結(jié)果

1 循泵設(shè)計(jì)規(guī)范

循環(huán)水泵設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范如表1所示。

表1 循環(huán)水泵設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范

2 循環(huán)水泵性能參數(shù)計(jì)算

2.1 泵揚(yáng)程

(1)

式中P2——泵出口壓力，Pa；P1——泵進(jìn)口壓力，Pa；ρ——泵進(jìn)、出口水的平均密度，kg/m3；z2——泵出口測(cè)量截面標(biāo)高，m；z1——泵進(jìn)口測(cè)量截面標(biāo)高，m；V2——泵出口管道流速，m/s；V1——泵進(jìn)口管道流速，m/s。

2.2 泵軸功率

pa=pmot×ηmot

(2)

式中pa——泵的軸功率，kW；pmot——電動(dòng)機(jī)功率，kW；ηmot——電動(dòng)機(jī)效率，%。

2.3 泵效率

(3)

式中H——泵揚(yáng)程，m；Q——泵出口流量，m3/s。

由式(1)～式(3)可知，泵效率試驗(yàn)誤差主要取決于循環(huán)水流量的準(zhǔn)確測(cè)量。泵的揚(yáng)程可以通過循泵出口壓力，加上大氣壓力，水位差進(jìn)行修正計(jì)算得到；軸功率可以通過讀取高精度功率表進(jìn)行。

3 循環(huán)水泵出口流量計(jì)算

在試驗(yàn)前，采用機(jī)械工業(yè)第十三計(jì)量測(cè)試中心站檢定的0.1級(jí)超聲波流量計(jì)作為基礎(chǔ)，對(duì)三種測(cè)量方法進(jìn)行了分析對(duì)比。采用超聲波流量計(jì)將測(cè)量直管段土層挖開，測(cè)量時(shí)試驗(yàn)人員進(jìn)入測(cè)量豎井進(jìn)行測(cè)量。采用熱平衡方法測(cè)量循環(huán)水流量，對(duì)機(jī)組進(jìn)行充分隔離，汽水系統(tǒng)嚴(yán)密性較好。揚(yáng)程—流量擬合曲線反推法試驗(yàn)過程中保持水源水位穩(wěn)定。超聲波流量計(jì)、熱平衡法、揚(yáng)程——流量修正曲線反推法三種測(cè)量方法計(jì)算結(jié)果見表2。

熱平衡方法測(cè)量的循環(huán)水流量比采用超聲波流量計(jì)測(cè)量的循環(huán)水流量偏小。揚(yáng)程—流量擬合曲線反推法測(cè)量的循環(huán)水流量比采用超聲波流量計(jì)測(cè)量的循環(huán)水流量偏大。熱平衡法，由于熱力系統(tǒng)內(nèi)漏，通過熱平衡計(jì)算的凝汽器熱負(fù)荷低于真實(shí)的凝汽器熱負(fù)荷，導(dǎo)致通過熱平衡計(jì)算得到的循環(huán)水流量低于超聲波流量計(jì)測(cè)量的流量。揚(yáng)程—流量曲線是循環(huán)水泵在出廠時(shí)，在最佳運(yùn)行工況實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行的試驗(yàn)，循泵在安裝調(diào)試過程中，循泵性能勢(shì)必會(huì)有所下降，由揚(yáng)程查出的流量是循泵應(yīng)達(dá)到的流量，較實(shí)際流量偏大，對(duì)于新建或者新投產(chǎn)循泵，揚(yáng)程—流量擬合曲線反推法更具優(yōu)勢(shì)。

表3 循環(huán)水泵性能試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3216—2005《回轉(zhuǎn)動(dòng)力泵水力性能驗(yàn)收試驗(yàn) 1級(jí)和2級(jí)》，執(zhí)行1級(jí)試驗(yàn)結(jié)果容許度，試驗(yàn)結(jié)果的最大容許誤差為2.9%；執(zhí)行2級(jí)試驗(yàn)結(jié)果容許度，試驗(yàn)結(jié)果的最大容許誤差為6.1%。這三種方法均滿足GB/T 3216—2005《回轉(zhuǎn)動(dòng)力泵水力性能驗(yàn)收試驗(yàn) 1級(jí)和2級(jí)》的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，證明該方法的可行性。

4 試?yán)?yàn)證

某機(jī)組循泵改造，由于循環(huán)水測(cè)量直管段不滿足試驗(yàn)條件，汽水內(nèi)漏較多。傳統(tǒng)方法試驗(yàn)結(jié)果無法令制造廠信服，故采用揚(yáng)程—流量擬合曲線反推法試驗(yàn)結(jié)果，得到三方認(rèn)可[7]。

循環(huán)水泵性能試驗(yàn)結(jié)果見表3。

由表3可以看出，A循環(huán)水泵單泵低頻運(yùn)行、凝汽器出口蝶閥全開時(shí)，循環(huán)水流量為29 568 m3/h、揚(yáng)程為10.25 m，效率為72.79%、電動(dòng)機(jī)功率為1 218.62 kW。A循環(huán)水泵單泵高頻運(yùn)行、凝汽器出口蝶閥全開時(shí)，循環(huán)水流量為33 416 m3/h、揚(yáng)程為12.29 m、效率為66.03%、電動(dòng)機(jī)功率為1 805.33 kW；A循環(huán)水泵與6號(hào)循環(huán)水泵低頻并聯(lián)運(yùn)行、凝汽器出口蝶閥全開時(shí)，5號(hào)循環(huán)水泵流量為21 844 m3/h、揚(yáng)程為15.94 m、效率為77.33%、電動(dòng)機(jī)功率為1 317.95 kW；A循環(huán)水泵與6號(hào)循環(huán)水泵高頻并聯(lián)運(yùn)行、凝汽器出口蝶閥全開時(shí)，5號(hào)循環(huán)水泵流量為25 176 m3/h、揚(yáng)程為19.28 m、效率為76.57%、電動(dòng)機(jī)功率為1 839.17 kW。

B循環(huán)水泵單泵低頻運(yùn)行、凝汽器出口蝶閥全開時(shí)，循環(huán)水流量為29 880 m3/h、揚(yáng)程為9.66 m、效率為75.31%、電動(dòng)機(jī)功率為1 121.94 kW。

B循環(huán)水泵單泵高頻運(yùn)行、凝汽器出口蝶閥全開時(shí)，循環(huán)水流量為33 069 m3/h、揚(yáng)程為12.65 m、效率為82.55%、電動(dòng)機(jī)功率為1 470.61 kW；B循環(huán)水泵與5號(hào)循環(huán)水泵低頻并聯(lián)運(yùn)行、凝汽器出口蝶閥全開時(shí)，6號(hào)循環(huán)水泵流量為22 004 m3/h、揚(yáng)程為15.79 m、效率為82.32%、電動(dòng)機(jī)功率為1 235.79 kW；B循環(huán)水泵與5號(hào)循環(huán)水泵高頻并聯(lián)運(yùn)行、凝汽器出口蝶閥全開時(shí)，6號(hào)循環(huán)水泵流量為25 574 m3/h、揚(yáng)程為18.71 m、效率為83.11%、電動(dòng)機(jī)功率為1 670.54 kW。

參考試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3216—2005《回轉(zhuǎn)動(dòng)力泵水力性能驗(yàn)收試驗(yàn) 1級(jí)和2級(jí)》，執(zhí)行1級(jí)試驗(yàn)結(jié)果容許度，試驗(yàn)結(jié)果的最大容許誤差為2.9%，A、B循環(huán)水泵效率最大為79.47%、86.00%，低于考核值87.60%；執(zhí)行2級(jí)試驗(yàn)結(jié)果容許度，試驗(yàn)結(jié)果的最大容許誤差為6.1%，A、B循環(huán)水泵效率最大為82.67%、89.22%，A循泵低于考核值87.60%，B循環(huán)水泵性能達(dá)到考核值。

由表3可知，利用揚(yáng)程—流量擬合曲線反推法求得循環(huán)水泵效率，考慮試驗(yàn)誤差仍然低于設(shè)計(jì)值。采用制造廠出廠揚(yáng)程—流量曲線，A循泵較循泵效率設(shè)計(jì)值仍然偏低，可見循泵效率偏低，試驗(yàn)結(jié)果得到三方認(rèn)可。

5 結(jié)語

(1)循泵出口流量對(duì)循環(huán)效率至關(guān)重要，本文通過分析三種循環(huán)水流量測(cè)量方法實(shí)際運(yùn)行操作性。熱平衡方法測(cè)量值較超聲波流量計(jì)測(cè)量值偏小。揚(yáng)程—流量擬合曲線反推法測(cè)量值較超聲波流量計(jì)測(cè)量值偏大。熱平衡法嚴(yán)格控制汽水嚴(yán)密性。揚(yáng)程—流量曲線反推法嚴(yán)格控制冷卻水水位，對(duì)于新建或者新投產(chǎn)循泵，揚(yáng)程—流量擬合曲線反推法更具優(yōu)勢(shì)。

(2)通過揚(yáng)程—流量擬合曲線反推法求得循環(huán)水泵效率，采用制造廠出廠揚(yáng)程—流量曲線，A循泵較循泵效率設(shè)計(jì)值仍然偏低，試驗(yàn)結(jié)果得到三方認(rèn)可，充分證明了本方法的實(shí)用性。

(3)本文采用制造廠出廠揚(yáng)程—流量曲線進(jìn)行效率計(jì)算，尤其對(duì)機(jī)組汽水嚴(yán)密性較差，循環(huán)水直管段不具備試驗(yàn)條件機(jī)組更有意義。