百萬燃煤機(jī)組循環(huán)水泵型式選擇研究

王志學(xué)

（深能（河源）電力有限公司，廣東 河源 517000）

某火電廠廠址位于廣東省河源市南部，擬建設(shè)2×1000MW二次再熱超超臨界燃煤機(jī)組，根據(jù)廠區(qū)總平方案及冷端優(yōu)化結(jié)果，本項目采用帶逆流式自然通風(fēng)高位收水濕式冷卻塔循環(huán)供水系統(tǒng)。一機(jī)配1座冷卻塔、3臺循環(huán)水泵及1座循環(huán)水泵房，采用單元制循環(huán)供水系統(tǒng)。本文對配置常規(guī)的立式斜流泵方案和臥式中開泵方案進(jìn)行比選。

1 兩種泵型結(jié)構(gòu)特點

1.1 立式斜流泵

立式斜流泵，如圖1。泵的整體為懸掛式結(jié)構(gòu)，電機(jī)在基礎(chǔ)臺板以上，臺板以下為焊接式泵的筒體，水進(jìn)入泵的下部喇叭口，經(jīng)過泵的葉輪、導(dǎo)葉、進(jìn)入泵的下部筒體，在中間筒體處經(jīng)過導(dǎo)流柵轉(zhuǎn)向泵的出口。軸系為葉輪軸、連接軸和電機(jī)軸組成，三軸用剛性聯(lián)軸器連接在一起，整個轉(zhuǎn)子的重量和運行產(chǎn)生的推力由電機(jī)的推力軸承擔(dān)。

圖1

泵的優(yōu)點是電機(jī)與泵為立式布置，占地面積小，布置緊湊。檢修時抽出泵的轉(zhuǎn)子，筒體不動，特別適合河流、沿海等進(jìn)水趨于較難隔離的場所。但由于效率和汽蝕因素的影響，葉輪必須盡量向下布置，致使泵的長度增加，基礎(chǔ)挖深增加，廠房高度較高。泵的懸掛式結(jié)構(gòu)容易在多種激振力的作用下產(chǎn)生振動，立式泵振動大的現(xiàn)象較為普遍，造成頻繁檢修。同時結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零部件較多，檢修工作量大，維護(hù)成本高。

1.2 臥式中開泵

臥式中開泵，如圖2、3所示。泵的進(jìn)出口和下殼體為一體式結(jié)構(gòu)，葉輪安裝在軸的中部，轉(zhuǎn)子由兩端由軸承支撐，只要打開泵蓋方可吊出轉(zhuǎn)子檢修。水泵的葉輪采用雙側(cè)進(jìn)水，兩側(cè)水動力自動平衡。泵的出口和下泵殼鑄造為一體，而且泵的地腳設(shè)置在泵的進(jìn)出口管道上，因此，可以容易承受泵的進(jìn)出口管的壓力。泵和電機(jī)分別安裝在各自的基礎(chǔ)上，由隔斷振動的聯(lián)軸器連接，泵和電機(jī)的剛性轉(zhuǎn)子分別由兩端軸承支撐。

圖2

圖3

因此，臥式中開泵具有整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)固、抗振力強(qiáng)、運行穩(wěn)定的特點，具有較高的可靠性。結(jié)構(gòu)簡單、安裝維護(hù)方便，檢修工作量僅為立式斜流泵的1/4，具有不可比擬的優(yōu)越性。而且泵效率高，可達(dá)90%，驅(qū)動電機(jī)功率較立式斜流泵可降低10%～ 20%。

2 泵的選型對泵房布置的影響

本工程采用高位收水冷卻塔方案，循環(huán)水泵揚程低，較常規(guī)塔方案可降低30%以上，同時循環(huán)水泵房前池具有高水位布置的特點，因此，循環(huán)水泵選型、泵房布置、循環(huán)水管溝布置均需適應(yīng)前池高位布置的要求。

2.1 立式斜流泵方案

采用立式斜流泵方案，泵房整體地上布置。泵房室內(nèi)布置，每臺泵設(shè)置1個進(jìn)水流道，每個流道內(nèi)設(shè)置鋼閘門和平板濾網(wǎng)，設(shè)固定橋式起重機(jī)起吊。泵和電機(jī)布置在泵房15m平臺（相對標(biāo)高，下同），泵房本體尺寸L×B×H=33m×15m×30m,前池流道部分L×B×H=21m×32.5m×15m。該方案為高位收水塔傳統(tǒng)布置方案，目前重慶萬州電廠、江西九江電廠及句容二期等百萬機(jī)組工程均采用該方案，泵房框架高度較高，約30m。如圖4所示。

圖4 立式斜流泵泵房剖面圖

2.2 臥式中開泵方案

采用臥式雙吸中開泵，泵房主體為地上布置，泵房室內(nèi)布置。每臺泵設(shè)置1個進(jìn)水流道，每個流道內(nèi)設(shè)置鋼閘門和平板濾網(wǎng)，設(shè)固定橋式起重機(jī)起吊。泵房本體 尺 寸 L×B×H=43.2m×13.5m×20m，前池流 道 部分L×B×H=31.2m×27.25m×16.9m（其中地上部分高度為15m，地下部分高位1.9m）。泵和電機(jī)均布置在泵房0m，泵房總體高度約20m。正常運行淹沒深度達(dá)10m以上，水泵吸水可靠。但電機(jī)與泵水平布置，導(dǎo)致泵房跨度較長，占地略大。如圖5所示。

圖5 臥式中開泵泵房剖面圖

3 綜合經(jīng)濟(jì)性比較

為了更直觀比較，將立式斜流泵方案設(shè)為基準(zhǔn)。對常規(guī)塔和高位塔進(jìn)行綜合經(jīng)濟(jì)性比較，如表1所示。以該工程2×1000MW機(jī)組為單位進(jìn)行年費用最小法計算比較（年費用包括年固定費用和年運行費用兩部分），其中機(jī)組年發(fā)電利用小時按4500h計，投資回收率取8%，大修費用取2%，經(jīng)濟(jì)使用年限為20年，循環(huán)水泵電耗采用不含稅上網(wǎng)電價0.33元/k·Wh計。

比較結(jié)果顯示，臥式中開泵方案在泵房和水泵投資減少，一次性靜態(tài)投資較立式斜流泵方案低約717萬元，年運行總費用可省約132萬。

此前，因大型臥式離心泵制造難度大的原因，百萬機(jī)組難于配置1機(jī)3泵超大型臥式中開泵，隨著制造廠的深入研究，技術(shù)趨于成熟和制造能力的提高，逐步扭轉(zhuǎn)了立式斜流泵在大型機(jī)組運用的局面。萊蕪電廠采用山東華電節(jié)能技術(shù)有限公司產(chǎn)品，首次突破了超大型臥式中開循環(huán)水泵在百萬機(jī)組中的運用（1機(jī)3泵配置），并于2015年投入商業(yè)運行，運行效果凸顯。

表1 綜合經(jīng)濟(jì)性比較（兩臺機(jī)組）

4 結(jié)語

通過對本工程大型立式斜流泵和臥式中開泵方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，得出如下結(jié)論：1）臥式中開泵方案比立式斜流泵方案初投資低約717萬元，初投資省；2）臥式中開泵水泵效率高，年運行總費用可省約132萬；3）運行可靠、穩(wěn)定，檢修維護(hù)方便等諸多優(yōu)勢。因此，大型發(fā)電廠采用臥式中開泵是技術(shù)需要，也是降低工程投資和提高運行安全經(jīng)濟(jì)性的需要，是今后發(fā)展的必然趨勢。

鑒于以上結(jié)論，本工程2×1000MW燃煤發(fā)電機(jī)組，每臺機(jī)組配置3臺33.3%容量的臥式中開泵方案是可行的。