某发电厂循环水泵节能改造分析

许 晨，刘振杰

(元宝山发电有限责任公司，内蒙古 赤峰 024070)



某发电厂循环水泵节能改造分析

许 晨，刘振杰

(元宝山发电有限责任公司，内蒙古 赤峰 024070)

介绍电厂循环水泵流量低的问题，提出对循环水泵水力部件和泵电机两部分进行的改造措施，结合计算分析对循环水泵运行方式进行选择，分析改造后五种运行方式在不同温度下的节能效果。

循环水泵；节能改造；双速；经济性

元宝山发电有限责任公司4号600 MW机组采用72LKXA-23型循环水泵,由于原泵流量较低、效率也不高,在高温时难以满足满负荷运行，同时在一年的不同季节中，由于对负荷的要求不同，导致经济性较差。为了解决循环水泵流量低的问题进行了循环水泵的改造，对循环水泵做了水力部件和泵电机两部分的改造工作。

1 原有循环水泵存在的问题

根据关于循环水泵效率低的能耗诊断实验结论，对4号机组冷端系统性能进行诊断分析见表1。结果为循环水泵扬程偏低，且循环水泵运行效率偏小，在两泵并联运行时，单泵的平均流量偏小约18%，效率平均偏小约17%；在单泵运行时，泵的流量平均偏小约7%，效率平均偏小约11.4%。相对于凝汽器的设计冷却水流量，4号机组凝汽器现有冷却水量欠缺约9 690 m3/h(占设计流量的16.6%)(2台循环水泵并联运行)。循环水泵效率低影响冷却水流量偏低约4 100 m3/h。

在2台循环水泵并联运行，按照现有的循环水系统阻力，现有的2台循环水泵的流量-扬程特性明显偏小。因此，对元宝山发电有限责任公司4号机组循环水泵系统进行改造。

表1 循环水泵性能诊断试验结果和要求指标的差异

项目循环水泵运行方式两泵并联单泵运行泵标号要求AB要求AB出口流量/(m3·h-1)306002428425784363603298734597扬程/m2323.923.9118.617.217.7效率/%87.569.6471.3688.575.7978.42

2 循环水泵及其运行方式的改造

2.1 水力部件的改造

对循环水泵的叶轮、导叶、吸入喇叭口等水力部件进行改造。改造设计中以力效率计算公式指导计算出口流道各断面面积和蜗壳起始段扩散角;为保证改后泵高效运行,采用较大的蜗壳通流面积和叶轮出口宽度,拓宽高效区,且准确控制高效区段的性能参数与实际管道特性相吻合[1]。

2.1.1 吸入喇叭口

吸入喇叭口上部法兰与下外接管相连接，更换后的吸入喇叭口水泵吸水喇叭口标高-8.12 m，吸水室底部标高-9.5 m，经过试验和现场调试，改造后的吸水喇叭口能够有效减少水流漩涡，在水量增大水流进入吸水喇叭口前能够混合均匀，不会引起振动[2]。

2.1.2 叶轮

叶轮由原来的开式、单吸整体结构，叶轮用键联接在轴上，并用一个哈夫锁环和四组螺栓、弹簧垫圈定位在轴上，改造为半开式、整体铸造结构，这是由于半开式叶轮较开式叶轮具有更高的效率和更小的水力损失。叶片外缘与叶轮室之间有狭窄的间隙。通过分析：泵的效率随着间隙的变小而增大，叶轮与蜗壳的间隙主要影响着半开式离心泵的容积效率，间隙越大，容积损失越大，泵的总效率越低[3]。并将叶片表面打磨抛光，以获得高的水力效率。改造后通过调整泵上部刚性联轴器中的调整盘就能调整水泵叶轮与蜗壳的间隙。在改造后的运行中，为设备安全高效提供了保障。

2.1.3 叶轮室及导叶体

在新的水力模型下，叶轮室和导叶体尺寸增加，导叶体下部与叶轮室连接，上部外圆柱面与下外接管上部内圆柱面相配合，改造后在此面上设有圆形密封圈槽，安装圆形密封圈使导叶体与下外接管贴合更加紧密，利于减振，减少设备损坏的风险。

2.1.4 润滑与密封

改造后的循环水泵内共装有3个导轴承，以承受径向力和保证回转轴的对中性。其位置及作用分别是：下导轴承，径向支撑下主轴，安装于导叶体内。中间导轴承，径向支撑下主轴，安装于中间护管内。上导轴承，径向支撑上主轴，安装于压板上。导轴承的润滑方式：水流自叶轮后进入下导轴承，通过各护管，流经中间导轴承、上导轴承后，从填料函体处排至泵外。上联轴器、下联轴器、挡圈间的结合面以及挡圈与轴的配合面均设置“O”形密封圈进行密封，以防止护管内的润滑水进入使轴产生锈蚀。叶轮密封环和导叶体密封环主要作用是保持合格的密封间隙,2处密封环的控制间隙直径方向最大为3.8 mm(原设计间隙值为1.6～1.9 mm)，填料密封为金属石棉填料。

2.2 循环水泵电机改造

对电机方案选择为变极调速，随着变极调速技术的日趋成熟，其经济性和安全性都能得到保障。元宝山发电有限责任公司处于东北电网，属于可以深度调峰的机组，其负荷最低可达280 MW，结合气温变化规律，4号机组选择了三相立式异步双速电动机。

2.3 运行方法的选择

通过凝汽器的变工况特性曲线,在热力参数不变的情况下,循环水流量增加,汽轮机排气压力下降,汽轮机功率增加,汽耗量减少。但是,随着循环水流量的增加,循环水泵电耗增加,厂用电率增大。这就使循环水量适应不同负荷成为必要，即获得最佳真空的循环水量才是最佳循环水量。

若循环水流量变化时,汽轮发电机组功率净增值最大时才是最有利的。对于双速电机驱动的循环水量循环水泵,只有改变循环水泵运行方式后,才能使机组处于最有利情况。故判别循环水泵的运行是否经济,可分2种情况讨论:一是对可调循环水泵N最大,该工况才最有利;二是对不可调循环水泵,可通过增减运行泵台数进行调节,当需要减少运行台数时,只要ΔΝ≥0,就是有利的最经济循环水系统运行方式的确定[4]。

为了更能体现经济调度,根据不同机组的电网调度方式和机组功率表精度,考虑循环水量变化引起机组背压变化，造成发电功率的变化能否符合上网供电的程度,可按下式确定循环水泵经济调度的准则:

kΔΝ-ΔNp>0

(1)

式中：ΔΝ为汽轮机的微增出力变化，kW；k为汽轮机功率相对变化值,kPa；ΔNp为泵功耗变化值，kW。

k值通常取0.5～1.0,上网供电者取大值，k取0.8。当kΔΝ-ΔNp的值最大时,称之为循环水泵最经济运行准则,其对应的真空为最佳真空,对应的循环水量为最佳循环水量[5]。

根据元宝山地区的环境温度变化，原有循环水泵运行方式为11月到次年3月共5个月时间采用单泵运行方式，此时环境温度低，背压低，机组效率高。3月到11月，循环水泵运行方式为双泵运行，在此种运行方式下，存在温度低时循环水量相对较大，厂用电较高；循环水温度高时，循环水量不足，引起汽轮机超汽量、超参数运行甚至不能带满负荷的情况。针对原有运行方式，对不同季节即随着入口循环水温度的变化带满负荷时，按照循环水泵经济调度的准则计算出采用不同循环水泵运行方式与以前运行方式进行比较，从而得出合理的节能运行方式。

原有运行方式为单泵运行，改造后为单泵低速运行(36 160 m3/h)。根据数据显示虽然改造后循环水量较改造前有所减少，但是由于冬季循环水温较低，通过试验对比可知改造前后真空已经达到理论极限，对负荷没有影响。所以在11月至次年3月运行时间段，节能量即为循环水泵功率的差值。

改造后，3月到11月在入口水温为9 ℃、17 ℃、22 ℃、26 ℃时，原有运行方式为双泵运行，按照循环水泵经济调度的准则，计算出改造后不同运行方式下kΔN-ΔNp各参数见表2-5，赤峰地区全年平均温度见表6。

表2 改造后入口水温9 ℃时kΔN-ΔNp值

项目原运行方式单泵高速双泵低速流量/(t·h-1)486103910049100功率变化值ΔN/kW0-330066泵功耗变化值ΔNp/kW0-1920-980kΔN-ΔNp/kW0-7201027

表3 改造后入口水温为17 ℃时kΔN-ΔNp值

项目原运行方式双泵低速一高一低流量/(t·h-1)486104910051900功率变化值ΔN/kW064480泵功耗变化值ΔNp/kW0-980-520kΔN-ΔNp/kW01027904

表4 改造后入口水温为22 ℃时kΔN-ΔNp值

项目原运行方式双泵低速一高一低流量/(t·h-1)486104910051900功率变化值ΔN/kW064726泵功耗变化值ΔNp/kW0-980-520kΔN-ΔNp/kW010241100

表5 改造后入口水温为26 ℃时kΔN-ΔNp值

项目原运行方式双泵高速一高一低流量/(t·h-1)486105660051900功率变化值ΔN/kW01650660泵功耗变化值ΔNp/kW0280-520kΔN-ΔNp/kW01040837

表6 赤峰地区全年平均温度 ℃

项目1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月平均温度-10.5-8.5091721.5262216.59-0.5-8平均高温-407182428322823166-2平均低温-17-17-7010152016102-7-14

根据以上计算，得出了循环水泵根据不同季节的环境温度下的最佳运行方式：11月到次年3月，采用单泵低速运行方式取代原有的单泵运行方式；4、5月和9、10月采用双泵低速运行取代原双泵运行方式；6月和8月采用一高一低运行取代原双泵运行方式；温度最高的7月采用双泵高速运行方式，不但能节能运行，还解决了原运行方式下不能带满负荷的缺点，既满足了夏季用电高峰的电量，又节约了厂用电。

3 改造效果

改造后，全年节电成本计算：元宝山发电有限责任公司4号机组年利用小时为5 500 h，11月到次年3月，节电量为5 500/12×5×(1 960-1 470)=1 122 917 kWh；4、5月和9、10月, 节电量为5 500/12×4×1 027=1 882 833 kWh；6、8月节电量为5 500/12×2×1 100=1 008 333 kWh；7月节电量为5 500/12×1 040=476 666 kWh；按上网电价为0.36元/kWh，全年节约费用为(1 122 917+1 882 833+1 008 333+476 666)×0.36=1 616 670元。

由此可见，经过电机的增容双速改造以及对循环水泵通流部分的优化，根据不同的环境温度采取不同的运行方式，既解决了原有循环水在夏季不能带满负荷的问题，对提高循环水泵经济调度，节省了厂用电，降低了成本。

4 结束语

通过改造后在不同环境温度运用不同的运行方式的计算，得出了最优运行方式。该项技术改造完成后,初步估算每台机组年节电至少460万kWh,折合人民币约160万元，不到一年可以回收全部投资, 为机组节能降耗运行提供了理论依据。参考文献：

[1] 李兴平，张超杰，宋 涛.循环水泵的改造及其应用双速电机驱动的经济性[J].中国电力，1996,29(9):28-31.

[2] 刘冬桂,吴 波,宋梦斌.斜流泵和轴流泵新型吸人喇叭口的设计与应用[J].水泵技术.2008(6):14-15.

[3] 陈松松,阮越广,阮晓东.半开式叶轮离心泵的效率优化与分析[J].机电工程，2011,28(7): 806-808.

[4] 罗志刚.火电厂循环水泵和给水泵系统经济运行研究[D].北京：华北电力大学,2005.

[5] 石 涛.600 MW机组冷端运行优化研究[D].杭州: 浙江大学, 2011.

本文责任编辑：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

许 晨(1981-)，男，工程师，主要从事电厂集控运行工作。

TM621.7

B

1001-9898(2006)05-0052-03