對給水泵增效節(jié)能降壓改造的研究

王楠

摘? ? 要：針對給水泵運行工況不合理、效率偏低及運行不穩(wěn)定等問題，通過更換水力模型和優(yōu)化平衡機構，實現(xiàn)了鍋爐給水泵降揚程、提效率的節(jié)能改造目標，同時還提高了泵的運行穩(wěn)定性及可靠性，而且改造項目的實施，每臺給水泵一年可為公司節(jié)省約315.6萬元的設備運行成本費用。該項改造具有良好的經(jīng)濟、環(huán)境效益，還可為同類給水泵的技術升級提供參考。

關鍵詞：鍋爐給水泵;節(jié)能改造;水力部件;平衡機構

1? 引言

給水泵是煉廠動力中心給水除氧系統(tǒng)的關鍵設備之一，采用兩用一備的并聯(lián)布置方式，其主要作用是輸送高溫鍋爐水，泵的運行功率較大，耗電量較高。為了響應國家節(jié)能減排的倡導以及節(jié)約公司的運行成本，對我廠大功率運轉(zhuǎn)設備進行了節(jié)能改造可行性分析，經(jīng)評估我廠3臺3DG-10Q鍋爐給水泵節(jié)能改造價值較高，經(jīng)濟效益可觀。通過管路系統(tǒng)分析計算，發(fā)現(xiàn)我廠選用的鍋爐給水泵揚程相對偏高，效率偏低。泵的軸功率與揚程成正比關系，與效率成反比關系。因此可從降低泵揚程，提高泵效率的方面，進行鍋爐給水泵節(jié)能改造。同時，由于平衡機構平衡能力不足，該泵在運行期間多次出現(xiàn)平衡盤、推力軸承磨損故障，因此在節(jié)能改造的同時對泵的平衡機構進行優(yōu)化改進，提高泵的運行可靠性。

2? 給水泵運行原理

給水泵是一種通過獨立性小汽輪機獨立驅(qū)動的給水泵。該汽輪機需要在抽氣管道當中抽取蒸汽，之后利用小汽輪機的帶動作用完成水泵的進水工作。其中給水泵當中的調(diào)節(jié)泵需要通過小汽輪機當中的調(diào)速器來控制整體的進氣量。從小汽輪機的種類來看，可以使用凝氣式和背壓式，小汽輪機的正常運行需要配套的汽、水管道系統(tǒng)進行支撐，同時還要配備相應的調(diào)速系統(tǒng)和備用汽源等等，現(xiàn)階段普遍使用的給水泵使用的是不同軸的串聯(lián)方式，從而提升給水泵運行的穩(wěn)定性。

3? 泵基本概況

3.1? 結構介紹

我廠運行的鍋爐給水泵為臥式、兩端支撐的節(jié)段式多級離心泵，吸入、吐出口均垂直向上，采用集裝式機械密封、滑動軸承、強制潤滑，平衡機構采用平衡盤加止推軸承，屬于API610中的BB4結構。

3.2? 基本參數(shù)

改造前鍋爐給水泵的基本參數(shù)：流量320m3/h;揚程1600m;效率77%;軸功率1650kW;NPSHr為8m。

4? 改造方案及可行性分析

由給水除氧系統(tǒng)可以看出，泵出口壓力只需13.247MPa（即泵揚程為1385m）即可滿足運行需求。因此，在確保外部接口尺寸不變的情況下，改造的主要目標是：降低泵揚程，提高泵效率，并保證汽蝕余量不變。

改造后鍋爐給水泵的基本參數(shù)：流量320m3/h;揚程1385m;效率79%;軸功率1387kW;NPSHr8m。

4.1? 降低泵揚程

降低泵揚程的方法相對較多，如進行葉輪切割、撤去中間一級葉輪、降低泵的運行轉(zhuǎn)速及更換水力部件等。對以上方案進行分析，葉輪切割將會導致泵效率降低，達不到節(jié)能的效果;撤去中間一級葉輪，因該泵的單級揚程為160m，而需要降低的揚程為215m，無法滿足降低揚程的需求;降低泵的運行轉(zhuǎn)速，因該泵最初設計時未考慮調(diào)速，如要降低泵的運行轉(zhuǎn)速，需增加耦合器或變頻電機，改造工程巨大，故不考慮。通過對比分析，在不更換水力部件的情況下，在實現(xiàn)泵揚程降低13.4%的同時，還要保證提高泵2%的效率，理論上是不可能實現(xiàn)的，因此最終確定采用更換水力部件的方案進行改造。

4.2? 提高泵效率

通過對國內(nèi)及國外給水泵在國內(nèi)煉油廠使用情況的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)近似參數(shù)鍋爐給水泵效率一般可達到79%，而我廠鍋爐給水泵的效率只有77%，至少存在2%的提高空間。改造時，擬對泵的流場進行CFD計算分析，進而對泵的水力模型進行優(yōu)化，確保得到高效水力模型。同時，制造時采用精密鑄造的方式，以保證水力部件鑄造型線的準確性。

4.3? 優(yōu)化改進泵平衡機構

鍋爐給水泵在運行期間多次出現(xiàn)過平衡盤、止推軸承磨損的機械故障，經(jīng)分析是由于其平衡機構平衡能力不足導致的。因此在節(jié)能改造的同時時，對平衡機構進行優(yōu)化改進，采用雙平衡機構（平衡盤與平衡鼓的結合）代替現(xiàn)有的平衡盤結構。同時，由于泵揚程降低215m，水力軸向力有所降低，運行的穩(wěn)定性得到進一步提高。

5? 改造方案及主要內(nèi)容

5.1? 水力模型開發(fā)及優(yōu)化

泵的水力模型設計方法，目前常用的有傳統(tǒng)的相似換算法和速度系數(shù)法以及近年來發(fā)展較為迅速的CFD分析迭代法。

改造前泵的比轉(zhuǎn)速ns為72.2，改造后泵的比轉(zhuǎn)速ns為80.5。

由于泵廠家有相似比轉(zhuǎn)速的模型泵（ns=79），因此，本次改造泵的水力模型設計采用相似換算法與CFD分析迭代法相結合的方法。

模型建立過程簡述如下：（1）水利設計、三維建模、網(wǎng)絡劃分;（2）流場分析計算、優(yōu)化;（3）模型（1-n個）;（4）3D打印快速成型;（5）試驗篩選（試驗驗證返回）;（6）計算參數(shù)修整迭代;（7）模型固化。通過CFD優(yōu)化分析，改善了泵內(nèi)介質(zhì)流動狀態(tài)，提高了泵的效率。

5.2? 水力部件精密鑄造

水力部件的成型精度直接決定了泵的水力性能及效率，該泵的比轉(zhuǎn)速ns為80.5，級數(shù)為10級，屬于中比轉(zhuǎn)速泵，效率相對較低，因此為確保泵的效率，對葉輪、導葉采用精密鑄造，以確保流道及葉片型線的精度。

5.3? 平衡機構優(yōu)化改進

對于多級泵，常用平衡軸向力的方法有如下3種，對比如下：（1）平衡鼓機構+推力軸承：平衡力范圍98%，泄漏大、影響泵效較大，間隙增大情況下，平衡效果不降，不適合變工況;（2）平衡盤機構+推力軸承：平衡力范圍100%，泄漏大、影響泵效較小，間隙增大情況下，自調(diào)間隙、自平衡，適合變工況;（3）雙平衡機構+推力軸承：平衡力范圍97.5%，泄漏中度、影響泵效小，自調(diào)間隙、調(diào)節(jié)范圍廣，適合變工況。通過平衡結構的對比分析，為了徹底解決平衡機構問題，改造方案采用適用范圍廣、調(diào)節(jié)范圍廣、可靠性高的雙平衡機構。

6? 改造結果

6.1? 泵的性能

通過改造后的試驗驗證，鍋爐給水泵的揚程為1387m，效率為79.2%，滿足設計要求。

6.2? 運行的平穩(wěn)性

通過對平衡機構的優(yōu)化改進，泵在現(xiàn)場運行至今未出現(xiàn)過軸承及平衡機構的磨損機械故障，泵組振動值、軸承溫度值均在正常運行范圍內(nèi)。

6.3? 改造后的經(jīng)濟性評價

在給水泵節(jié)能改造之后，取得了良好的經(jīng)濟效果。在鍋爐負荷達到100%狀態(tài)時，給水泵的整體節(jié)能量與先前相比下降了15%左右，基本達到了預期的目標。在給水泵運作方式全面優(yōu)化之后，項目當中的節(jié)能量就與原電動機當中所消耗的電量保持一致，從根源上提升了節(jié)能的效率。

此外，汽動給水泵的節(jié)能優(yōu)化改造全面實現(xiàn)了電廠的余熱利用，熱力系統(tǒng)設計合理完善，減少了熱能損失，提高機組的整體熱效率，大大降低發(fā)電廠的廠用電率，提高電廠的經(jīng)濟效益，符合國家的節(jié)能減排的要求。汽動給水泵的技術研制及其應用有廣闊的發(fā)展空間，汽動給水泵的研制及其應用將推動企業(yè)的發(fā)展和效益的全面提高。

7? 結語

通過此次鍋爐給水泵項目的改造，提高了泵組的運行穩(wěn)定性，解決了潛在的機械故障隱患。同時通過此項目的開展，認識到對于大功率的機械設備，合理參數(shù)的選擇尤為重要;要想得到高效、可靠的水力模型，需要傳統(tǒng)的設計方法與CFD分析計算相結合。

參考文獻：

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[2] 楊軍虎，侯華.火電廠鍋爐給水泵優(yōu)化運行的數(shù)學模型[J].甘肅工業(yè)大學學報，2004：52-55.