不同类型超临界机组锅炉给水泵对比分析

张 浩 荆 野 夏国生 张玉奎 延方泉 李娟娟

（1.沈阳鼓风机集团股份有限公司，辽宁 沈阳 100869；2.阳江核电公司，广东 阳江 529500）

锅炉给水泵是火力发电机组当中将锅炉给水由除氧器输送到锅炉的主要关键设备，该设备的运行情况直接对电厂的正常发电产生影响。目前，对于600MW以上火力发电机组来讲，锅炉给水泵的核心部件通常采用国外产品，而非核心部件由国内的一些大的泵制造商生产。虽然国内有极少数的泵制造商可以实现全部国产化，但用户对该产品的全部国产化认可程度不高，这主要是由于国内产品在可靠性和性能方面与国外产品相比还有一定的差距。

因此，锅炉给水泵的可靠性、性能等方面的研究显得尤为重要。本文通过对几种目前正在应用的锅炉给水泵结构类型进行分析、对比，找出不同类型结构的优缺点，从而为用户及锅炉给水泵的国产化设计提供参考[1]。

一、三种类型给水泵在结构型式上的差异

目前中国国内主要有四大泵生产厂可以提供600MW超临界火力发电机组用锅炉给水泵，按照泵的结构类型划分可以区分为以下三种不同型式（见表1）。

表1 锅炉给水泵结构对比表

二、三种类型锅炉给水泵优缺点的对比

（一）动平衡特性对比

在动平衡的保持方面以MDG/HDB型式为最佳。MDG/HDB型锅炉给水泵转子组装动平衡后无需拆卸，可以直接安装，因此最大限度地保障了转子的最佳动平衡状态。相对而言，CHTD和HPT型锅炉给水泵转子在完成动平衡实验后需要拆卸后重新安装，而重新安装可能会对原来的平衡状态造成一定程度的破坏。因此，毫无疑问MDG/HDB型锅炉给水泵（具体结构如图1所示）的动平衡保持方面具有优越性。

图1 MDG/HDB锅炉给水泵芯包结构型式

（二）轴向力平衡系统对比

1.CHTD平衡盘结构

CHTD型锅炉给水泵采用如图2所示的平衡盘结构[2]，该结构具有S1、S2、SE三个需要精确控制的尺寸间隙，对安装操作的技术要求也很高。即便如此，在使用当中仍然会经常发生研磨等故障。

图2 CHTD型锅炉给水泵平衡盘

2.HPT平衡鼓结构

HPT型锅炉给水泵采用如图3所示的平衡鼓结构，该结构只有S1一个需要精确控制的尺寸间隙，但由于平衡鼓两侧的压力差非常大，因此平衡水的泄漏流量大，会造成水力效率的下降。

图3 HPT型锅炉给水泵平衡鼓

3.MDG/HDB平衡套结构

MDG/HDB型锅炉给水泵采用如图4所示的平衡套结构，该结构只有S1一个需要精确控制的尺寸间隙，并且结构简单。平衡套一端的水来源于中间级，因此压力不是很高，这样平衡水量的泄漏相对较少，不会给水力效率带来明显的影响。

图4 MDG/HDB型锅炉给水泵平衡套

（三）轴向力对比

通过对图5、图6的三种类型的锅炉给水泵轴向力分布的对比可以看出，MDG/HDB型锅炉给水泵所产生的轴向力大部分都可以通过自身平衡。叶轮完全同向布置的CHTD、HPT型锅炉给水泵，所产生的轴向力完全呈逐级累加递增的分布状态。

由此可知MDG/HDB型锅炉给水泵残余的轴向力要小于CHTD、HPT型锅炉给水泵。

图5 MDG/HDB泵轴向力示意图

图6 CHTD、HPT泵轴向力示意图

（四）汽蚀性能对比

首级叶轮双吸结构可以减小泵的必需汽蚀余量，并且可以在一个较大的流量范围内提供一个稳定的运行特性。

汽蚀比转速的计算公式为：

其中：n为泵转速，Q为流量，NPSHr为必需汽蚀余量。

相同参数下，对于CHTD、HPT首级采用单吸叶轮，根据公式（1）计算，得：

对于MDG/HDB首级采用双吸叶轮，根据公式（1）计算，得：

即在相同流量、转速的条件下MDG/HDB型锅炉给水泵具有较低的汽蚀比较速，这说明首级采用双吸叶轮具有更良好的抗汽蚀能力。

根据不同项目的锅炉给水泵技术规格书，对参数相近、结构型式不同的锅炉给水泵的相关数据进行总结（详见表2），据此可知，MDG/HDB型锅炉给水泵具有较低的汽蚀比转速。

表2 不同结构型式的锅炉给水泵的数据表

（五）抵抗热变形能力对比

由于液体介质的密度与温度有关，泵处于备用状态时会形成上、下壳体温度存在一定的差异。而温度的差异会导致泵的零部件受热不均而形成热变形，热变形严重时泵不能投入运行，因此锅炉给水泵都设有上、下壳体温差监控装置。超出该泵的额定温度差范围以外时，泵不能投入运行。三种类型泵的技术规格参数为：MDG/HDB泵壳体温差控制温度40℃，CHTD泵壳体温差控制温度25℃，HPT泵壳体温差控制温度15℃。由此可知，MDG/HDB型锅炉给水泵具有更好的抵抗热变形的能力。

（六）芯包安装、更换型式对比

在泵芯包的安装方面，MDG/HDB和CHTD类型属于非集装式芯包，HPT类型属于集装式芯包。集装式的芯包部分包括两端的轴承体部件和机械密封部件，在安装及更换芯包以前，这部分就已经被安装到了芯包上面。而非集装式的芯包本身不包括两端的轴承体部件和机械密封部件，这部分需要在安装及更换芯包以后再进行安装。

因此，集装式芯包的安装具有快捷的特点，能够满足一些电厂要求24小时以内更换芯包的要求。在快速更换及安装芯包要求这方面，HPT型锅炉给水泵具有较大优势。

（七）最小流量对比

锅炉给水泵具有每分钟数千转的运行特点，因此运行过程中叶轮与传送液体之间摩擦而产生大量的热，当泵的流量低于所需要的最小流量要求时，摩擦所产生的热不能及时被带走，泵内介质的温度会迅速升高，而温度升高会导致泵容易发生汽蚀。因此，锅炉给水泵都有关于最小流量的控制回路，当实际运行流量小于最小流量要求时，该回路打开，泵出口流出的液体会通过回路流回泵入口，从而保障泵具有足够的流量。而最小流量决定了最小流量回路系统的管路及阀门的规格，会影响到系统的造价成本。从几种不同泵类型的技术规格书中提取关于最小流量的具体数值，汇总成表（见表3）。

据此可知，CHTD和HPT型泵所需的最小流量较小，而MDG/HDB型泵所需的最小流量较大。

表3 不同类型锅炉给水泵最小流量汇总表

三、结论

通过MDG/HDB、CHTD、HPT三种不同类型锅炉给水泵的对比可以看出，MDG/HDB型锅炉给水泵具有动平衡转子直接组装、小轴向力、水平衡系统安全稳定、高的抵抗热变形的能力。因此，MDG/HDB型锅炉给水泵在安全稳定运行方面具有一定的优势。而在快速安装、更换芯包方面，HPT型锅炉给水泵具有一定的优势。