电站循环水泵效率求取试验方法对比分析研究

王加勇，邓德兵，杨 茉，邱淑霞

(1.苏州热工研究院有限公司，江苏 苏州 215004；2.上海理工大学能源与动力工程学院，上海 200093)

火电厂中循环水泵是厂用电的主要消耗源，占厂用电量的10%～25%。循环水泵是为汽轮发电机组凝汽器、闭式冷却器等系统设备提供冷却水的重要辅机，维持凝汽器真空，提供最大限度的冷却效果[1-3]以满足机组运行要求。

循泵改造后节能效果评判，及其循泵改造前工程可研，都需要了解循环水泵性能[4-6]。循泵流量对循泵效率有很大影响，准确测量循环水泵出口流量至关重要。凝汽器循环水流量的测量，是测定循环水泵性能以及实现循环水泵优化的重要环节[7]。在测定凝汽器的循环水流量时，通常采用超声波流量计或者根据凝汽器的热平衡推算循环水流量。采用超声波流量计测量循环水流量，由于循环水管通常埋在地下，测量时需要根据直管段的情况选择测量点，并在该处将土层挖开，形成测量井，测量时运行人员进入井下进行测量，从而造成测量工作极为不便。再者，循环水外侧有防腐层，很难打磨整洁，流量测量带来较大误差。而采用凝汽器热平衡方法测量凝汽器的循环水流量，可以利用汽轮机的常规测点及表计，根据运行温度、压力表记读数很方便地通过计算得到,但受系统隔离影响较大，尤其是对汽水严密性差的机组带来更大误差。本文结合大量现场第一手资料和丰富的工程实践经验，采用循泵扬程—流量曲线拟合反推法对循环水流量进行计算，进而确认循泵效率，并以某330 MW火力发电厂循环水泵效率为例，对其实际应用测量结果进行分析比较。试验结果证明其科学合理性，后续循泵效率试验可以借鉴参考。

表2 三种测量方法试验结果

1 循泵设计规范

循环水泵设计技术规范如表1所示。

表1 循环水泵设计技术规范

2 循环水泵性能参数计算

2.1 泵扬程

(1)

式中P2——泵出口压力，Pa；P1——泵进口压力，Pa；ρ——泵进、出口水的平均密度，kg/m3；z2——泵出口测量截面标高，m；z1——泵进口测量截面标高，m；V2——泵出口管道流速，m/s；V1——泵进口管道流速，m/s。

2.2 泵轴功率

pa=pmot×ηmot

(2)

式中pa——泵的轴功率，kW；pmot——电动机功率，kW；ηmot——电动机效率，%。

2.3 泵效率

(3)

式中H——泵扬程，m；Q——泵出口流量，m3/s。

由式(1)～式(3)可知，泵效率试验误差主要取决于循环水流量的准确测量。泵的扬程可以通过循泵出口压力，加上大气压力，水位差进行修正计算得到；轴功率可以通过读取高精度功率表进行。

3 循环水泵出口流量计算

在试验前，采用机械工业第十三计量测试中心站检定的0.1级超声波流量计作为基础，对三种测量方法进行了分析对比。采用超声波流量计将测量直管段土层挖开，测量时试验人员进入测量竖井进行测量。采用热平衡方法测量循环水流量，对机组进行充分隔离，汽水系统严密性较好。扬程—流量拟合曲线反推法试验过程中保持水源水位稳定。超声波流量计、热平衡法、扬程——流量修正曲线反推法三种测量方法计算结果见表2。

热平衡方法测量的循环水流量比采用超声波流量计测量的循环水流量偏小。扬程—流量拟合曲线反推法测量的循环水流量比采用超声波流量计测量的循环水流量偏大。热平衡法，由于热力系统内漏，通过热平衡计算的凝汽器热负荷低于真实的凝汽器热负荷，导致通过热平衡计算得到的循环水流量低于超声波流量计测量的流量。扬程—流量曲线是循环水泵在出厂时，在最佳运行工况实验台上进行的试验，循泵在安装调试过程中，循泵性能势必会有所下降，由扬程查出的流量是循泵应达到的流量，较实际流量偏大，对于新建或者新投产循泵，扬程—流量拟合曲线反推法更具优势。

表3 循环水泵性能试验结果

试验标准GB/T 3216—2005《回转动力泵水力性能验收试验 1级和2级》，执行1级试验结果容许度，试验结果的最大容许误差为2.9%；执行2级试验结果容许度，试验结果的最大容许误差为6.1%。这三种方法均满足GB/T 3216—2005《回转动力泵水力性能验收试验 1级和2级》的试验标准，证明该方法的可行性。

4 试例验证

某机组循泵改造，由于循环水测量直管段不满足试验条件，汽水内漏较多。传统方法试验结果无法令制造厂信服，故采用扬程—流量拟合曲线反推法试验结果，得到三方认可[7]。

循环水泵性能试验结果见表3。

由表3可以看出，A循环水泵单泵低频运行、凝汽器出口蝶阀全开时，循环水流量为29 568 m3/h、扬程为10.25 m，效率为72.79%、电动机功率为1 218.62 kW。A循环水泵单泵高频运行、凝汽器出口蝶阀全开时，循环水流量为33 416 m3/h、扬程为12.29 m、效率为66.03%、电动机功率为1 805.33 kW；A循环水泵与6号循环水泵低频并联运行、凝汽器出口蝶阀全开时，5号循环水泵流量为21 844 m3/h、扬程为15.94 m、效率为77.33%、电动机功率为1 317.95 kW；A循环水泵与6号循环水泵高频并联运行、凝汽器出口蝶阀全开时，5号循环水泵流量为25 176 m3/h、扬程为19.28 m、效率为76.57%、电动机功率为1 839.17 kW。

B循环水泵单泵低频运行、凝汽器出口蝶阀全开时，循环水流量为29 880 m3/h、扬程为9.66 m、效率为75.31%、电动机功率为1 121.94 kW。

B循环水泵单泵高频运行、凝汽器出口蝶阀全开时，循环水流量为33 069 m3/h、扬程为12.65 m、效率为82.55%、电动机功率为1 470.61 kW；B循环水泵与5号循环水泵低频并联运行、凝汽器出口蝶阀全开时，6号循环水泵流量为22 004 m3/h、扬程为15.79 m、效率为82.32%、电动机功率为1 235.79 kW；B循环水泵与5号循环水泵高频并联运行、凝汽器出口蝶阀全开时，6号循环水泵流量为25 574 m3/h、扬程为18.71 m、效率为83.11%、电动机功率为1 670.54 kW。

参考试验标准GB/T 3216—2005《回转动力泵水力性能验收试验 1级和2级》，执行1级试验结果容许度，试验结果的最大容许误差为2.9%，A、B循环水泵效率最大为79.47%、86.00%，低于考核值87.60%；执行2级试验结果容许度，试验结果的最大容许误差为6.1%，A、B循环水泵效率最大为82.67%、89.22%，A循泵低于考核值87.60%，B循环水泵性能达到考核值。

由表3可知，利用扬程—流量拟合曲线反推法求得循环水泵效率，考虑试验误差仍然低于设计值。采用制造厂出厂扬程—流量曲线，A循泵较循泵效率设计值仍然偏低，可见循泵效率偏低，试验结果得到三方认可。

5 结语

(1)循泵出口流量对循环效率至关重要，本文通过分析三种循环水流量测量方法实际运行操作性。热平衡方法测量值较超声波流量计测量值偏小。扬程—流量拟合曲线反推法测量值较超声波流量计测量值偏大。热平衡法严格控制汽水严密性。扬程—流量曲线反推法严格控制冷却水水位，对于新建或者新投产循泵，扬程—流量拟合曲线反推法更具优势。

(2)通过扬程—流量拟合曲线反推法求得循环水泵效率，采用制造厂出厂扬程—流量曲线，A循泵较循泵效率设计值仍然偏低，试验结果得到三方认可，充分证明了本方法的实用性。

(3)本文采用制造厂出厂扬程—流量曲线进行效率计算，尤其对机组汽水严密性较差，循环水直管段不具备试验条件机组更有意义。