電站汽輪機(jī)循環(huán)水泵高低速改造可行性分析

唐衛(wèi)新

摘要：對(duì)電站汽輪機(jī)循環(huán)水泵進(jìn)行高低速改造，是提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的一項(xiàng)重要措施。通過循環(huán)水泵流量-揚(yáng)程特性和循環(huán)水系統(tǒng)阻力特性的匹配性分析，可以分析計(jì)算循環(huán)水泵在不同運(yùn)行方式下的運(yùn)行工作點(diǎn)，為循環(huán)水泵高低速改造可行性提供直接依據(jù)。以某 300MW 機(jī)組循環(huán)水泵高低速改造可行性分析為例，介紹了分析過程和分析結(jié)論，形成了循環(huán)水泵高低速改造可行性分析方法，對(duì)循環(huán)水泵高低速改造工作具有重要指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：電站汽輪機(jī);循環(huán)水泵高低速改造

1 循環(huán)水泵高低速改造原理

電站汽輪機(jī)循環(huán)水泵屬于低轉(zhuǎn)速類泵，轉(zhuǎn)子在其額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)沒有臨界轉(zhuǎn)速，理論上循環(huán)水泵在其額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)均可運(yùn)行。循環(huán)水泵由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，通常所說的循環(huán)水泵高低速改造其實(shí)質(zhì)是對(duì)循環(huán)水泵電動(dòng)機(jī)進(jìn)行高低速改造。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和電動(dòng)機(jī)極數(shù)相對(duì)應(yīng)，一定程度上電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速由電動(dòng)機(jī)極數(shù)決定。

2 循環(huán)水泵高低速改造概況

電站汽輪機(jī)一般配置兩臺(tái)循環(huán)水泵，部分機(jī)組配置3臺(tái)循環(huán)水泵，循環(huán)水泵一般不設(shè)備用泵。根據(jù)冷端系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化理論，增加循環(huán)水泵可選運(yùn)行方式，理論上可以提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。以配置兩臺(tái)循環(huán)水泵來說，如果兩臺(tái)循環(huán)水泵均是定速泵，則可選運(yùn)行方式只有兩泵并聯(lián)和單泵運(yùn)行;如果對(duì)其中一臺(tái)循環(huán)水泵進(jìn)行高低速改造，則可選運(yùn)行方式有兩泵高速并聯(lián)、一高一低并聯(lián)、單泵高速和單泵低速，理論上來說在春秋季機(jī)組部分負(fù)荷工況，循環(huán)水泵一高一低運(yùn)行方式相對(duì)其它運(yùn)行方式可能更經(jīng)濟(jì)，在冬季機(jī)組部分負(fù)荷工況，循環(huán)水泵單泵低速運(yùn)行方式相對(duì)其它運(yùn)行方式可能更經(jīng)濟(jì)。循環(huán)水泵高低速改造實(shí)質(zhì)就是對(duì)循環(huán)水泵電動(dòng)機(jī)極數(shù)進(jìn)行改造，改造工作量、改造投資相對(duì)較少，為提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，較多的電站汽輪機(jī)循環(huán)水泵均進(jìn)行了高低速改造，部分新投產(chǎn)機(jī)組在設(shè)計(jì)選型時(shí)就將循環(huán)水泵按高低速配置。大多數(shù)電站汽輪機(jī)循環(huán)水泵進(jìn)行高低速改造后，循環(huán)水泵在不同運(yùn)行方式下均可安全正常運(yùn)行，改造工作增加了循環(huán)水泵可選運(yùn)行方式，提高了機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。然而，部分機(jī)組在進(jìn)行循環(huán)水泵高低速改造后，循環(huán)水泵在一高一低運(yùn)行方式下不能正常運(yùn)行，主要表現(xiàn)為低速泵沒有流量或流量較小，影響機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

3 循環(huán)水泵高低速改造可行性分析

循環(huán)水泵高低速改造工作量、改造投資相對(duì)較少，循環(huán)水泵高低速改造可行性分析的主要問題是在改造后循環(huán)水泵工作點(diǎn)的確認(rèn)方面。

循環(huán)水泵工作點(diǎn)是由循環(huán)水泵流量 - 揚(yáng)程特性和循環(huán)水系統(tǒng)阻力特性決定的。循環(huán)水泵高低速改造前，循環(huán)水泵單泵低速運(yùn)行工作點(diǎn)以及一高一低運(yùn)行工作點(diǎn)可通過循環(huán)水泵流量-揚(yáng)程特性曲線和循環(huán)水系統(tǒng)阻力特性曲線分析計(jì)算得出。分析循環(huán)水泵單泵低速運(yùn)行工作點(diǎn)和一高一低運(yùn)行工作點(diǎn)后，可以判斷循環(huán)水泵高低速改造后在不同運(yùn)行方式下的運(yùn)行狀態(tài)，為循環(huán)水泵高低速改造可行性分析提供依據(jù)。

循環(huán)水泵高低速改造可行性分析的關(guān)鍵點(diǎn)是循環(huán)水泵降速后單泵低速工作點(diǎn)以及一高一低運(yùn)行方式下低速泵能否正常工作，確認(rèn)低速泵的流量是否太小或沒有流量。循環(huán)水泵單泵低速運(yùn)行特性曲線是根據(jù)相似原理由循環(huán)水泵單泵高速運(yùn)行特性曲線分析計(jì)算得出，進(jìn)而可以分析計(jì)算出循環(huán)水泵一高一低運(yùn)行特性曲線。結(jié)合循環(huán)水泵與循環(huán)水系統(tǒng)匹配性分析可以確定循環(huán)水泵在不同運(yùn)行方式的工作點(diǎn)。循環(huán)水泵與循環(huán)水系統(tǒng)匹配性分析如圖 1 所示。由圖 1 看出：

（1）如果循環(huán)水泵單泵高速流量-揚(yáng)程曲線取圖中循環(huán)水泵流量-揚(yáng)程曲線1，分析計(jì)算出的單泵低速流量-揚(yáng)程曲線和一高一低流量-揚(yáng)程曲線如圖所示，可以分別找出單泵低速運(yùn)行方式下泵的工作點(diǎn)和一高一低運(yùn)行方式下高速泵和低速泵的工作點(diǎn);

（2）如果循環(huán)水泵單泵高速流量-揚(yáng)程曲線取圖中循環(huán)水泵流量-揚(yáng)程曲線2，分析計(jì)算出的單泵低速流量-揚(yáng)程曲線和一高一低流量-揚(yáng)程曲線如圖所示，此時(shí)可以找出單泵低速運(yùn)行方式下泵的工作點(diǎn)，但一高一低運(yùn)行方式下低速泵近似沒有流量。

對(duì)比分析可看出，循環(huán)水泵流量-揚(yáng)程曲線2和循環(huán)水泵流量-揚(yáng)程曲線1相比相對(duì)較平緩，單泵低速流量-揚(yáng)程曲線2在不同流量點(diǎn)對(duì)應(yīng)的揚(yáng)程相對(duì)較小，此低速泵和另一臺(tái)高速泵并聯(lián)運(yùn)行后無法克服系統(tǒng)阻力，導(dǎo)致一高一低運(yùn)行后低速泵基本沒有流量。

為做進(jìn)一步分析，可把循環(huán)水泵流量-揚(yáng)程曲線2作為臨界曲線，認(rèn)為此時(shí)循環(huán)水泵一高一低運(yùn)行后低速泵流量恰好為0。保持循環(huán)水系統(tǒng)阻力特性不變的條件下，如果循環(huán)水泵流量-揚(yáng)程曲線較圖中循環(huán)水泵流量-揚(yáng)程曲線2更為平緩，則一高一低運(yùn)行后低速泵肯定是沒有流量;如果循環(huán)水泵流量-揚(yáng)程曲線較圖中循環(huán)水泵流量-揚(yáng)程曲線 2較陡一些，則一高一低運(yùn)行后低速泵會(huì)有流量，其流量大小受循環(huán)水泵流量-揚(yáng)程特性決定。

通過以上分析可以看出，循環(huán)水泵高低速改造是否可行，主要看循環(huán)水泵降速運(yùn)行后能否和另一臺(tái)高速泵并聯(lián)運(yùn)行，其關(guān)鍵點(diǎn)是循環(huán)水泵流量-揚(yáng)程特性和循環(huán)水系統(tǒng)阻力特性的匹配性問題。另一方面，循環(huán)水泵原轉(zhuǎn)速高低對(duì)高低速改造是否可行并沒有直接影響。循環(huán)水泵電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)增加一對(duì)或兩對(duì)是否可行，均可通過循環(huán)水泵流量-揚(yáng)程特性和循環(huán)水系統(tǒng)阻力特性進(jìn)行匹配性分析。

4 結(jié)論

與低速運(yùn)行相比，循環(huán)水泵在高速運(yùn)行時(shí)，盡管泵效率偏低，且增加了廠用電量， 但輸送更多的循環(huán)冷卻水到凝汽器，加大了冷卻倍率，改善了汽輪機(jī)的真空，提高了機(jī)組的出力，總體上提高了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。因此，只要能明顯改善真空（如壓力提高0.75kPa以上），在循環(huán)水溫較高的夏季應(yīng)選擇循環(huán)水泵高速運(yùn)行。當(dāng)機(jī)組的熱力系統(tǒng)汽水流向、設(shè)備運(yùn)行狀況、運(yùn)行方式等方面出現(xiàn)變動(dòng)，機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性出現(xiàn)正反兩方面的變化時(shí)，應(yīng)進(jìn)行綜合考慮和計(jì)算，才能知道這種變動(dòng)對(duì)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性的影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬巖昕.300 MW機(jī)組循環(huán)水泵雙速節(jié)能的技術(shù)改造[J].電力安全技術(shù)，2018，20（03）：49-51.

[2]宋文希，王學(xué)華，程?hào)|濤，馬汀山.增強(qiáng)汽輪機(jī)循環(huán)水泵運(yùn)行優(yōu)化結(jié)果可操作性研究[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2017，59（06）：456-458.

[3]陳偉.600MW超超臨界機(jī)組循環(huán)水泵雙速改造[J].能源與節(jié)能，2014（08）：183-186.