西门子SCC5-4000F机组凝结水泵改级技术应用

摘要：萧山发电厂5号机组配置二台立式凝结水泵，泵体采用筒袋式结构，叶轮7级。综合分析运行数据，发现凝结水泵设计余量偏大，出现“大马拉小车”的现象，造成很大的能源浪费。通过可行性分析，实施了凝结水泵7级改6级的技术改造措施，经实际运行证明，改造后在保证凝结水流量正常情况下.凝结水泵扬程、流量工作点更为合理，实现了节能降耗的目标。

关键词：凝结水泵;末级叶片;改级;节能降耗

0 引言

萧山发电厂5号机组为SCC5-4000F燃气-蒸汽联合循环发电机组，由SGT5-4000F（6）型燃气轮机、三压再热双缸凝汽式汽轮机、THDF108/53型水氢氢冷却发电机和三压再热无补燃卧式自然循环余热锅炉组成。每台机组配备2台100%容量的凝结水泵，正常情况下1台运行，1台备用。凝结水主要用于给水泵、余热锅炉低压汽包供水，其次为辅助系统提供冷却水。

设计额定工况下凝结水泵出口压力3.09MPa，实际运行压力根据负荷的变化维持在3.05～3.41MPa;设计额定流量657t/h，实际额定负荷下流量410t/h左右，旁路系统运行期间极限流量为520t/h。萧山发电厂给水泵采用液力耦合器调速，给水泵的入口最小汽蚀余量为19m，中压旁路系统的最小减温水压力值为1.5MPa，现有凝结水泵在最大设计工况下的性能曲线，能远远满足现运行时的各种需求。为降低凝结水泵电耗，在B修期间对#52凝结水泵进行了技术改造，将NLT300-400×7型改为NLT300-400×6型。改造中将凝结水泵第7级叶轮、次级导叶、次级导叶导轴承去除。

1改造前凝结水泵运行工况

1.1凝结水泵技术参数

萧山发电厂号机组采用上海凯士比泵有限公司生产的NLT300-400×7型立式凝结水泵，泵体采用筒袋式结构，叶轮7级。其主要性能参数如表1。

1.2凝结水泵运行工况

以#52凝结水泵为例，记录其改造前的运行工况统计如表3。

参照表3运行数据，当机组带额定负荷，凝结水流量较大的时候，凝结水母管压力达到3.06MPa，能远远满足各用户的需求。当机组处于调峰状态，负荷较低时，因凝结水流量降低，凝结水泵供水余量更大。

2凝结水泵抽级改造实施过程

抽取叶轮的位置对凝结水泵的效率及整体轴系的平衡会产生影响。一般来说，考虑尽量降低抽取叶轮后产生的不平衡质量对泵组振动的影响，应尽量抽取靠近两侧的叶轮，考虑对凝结水泵工作效率的影响及导流壳之间的连接问题和叶轮抽取后空间等问题，决定抽取次末级叶轮及导流壳，同时末级叶轮及导流壳下调至次末级位置。采用带有导瓦的短节弥补短缺的空间。为防止较长距离没有导轴承固定限位导致转子局部摆度过太，造成改造后的末级导轴承和导轴承磨损严重。因此，连接短节必须具有同心度合格的导轴承。

此次改造委托某电力设备有限公司返厂实施改造。主要工作如下：

（1）去除原水泵第7级叶轮、次级导叶、次级导叶导轴承以及密封环，其余零件保持不变。

（2）用轴套及接管顶替取消叶轮及次级导叶。

（3）转子动平衡试验。

（4）泵体装复。

3凝结水泵抽级改造后经济效益

由凝结水泵工作原理可知，水泵的总压头是各级叶片产生的压头之和，去掉一级叶轮，将会降低水泵出口压力，即总扬程。在流量一定的情况下，降低总扬程，相应的轴功率也会降低;去掉一级叶轮，还能降低一部分水泵的机械损失。去除了一级叶轮或多级叶轮，使水泵的大轴承载的重力负荷减小，其在转动过程中轴与轴承之间的摩擦会相应减小，这样就会减小一部分轴与轴承之间的摩擦损失。叶轮在旋转时，涡壳内的工质在粘滞力和附着力的作用下，在叶轮的前后轮处随叶轮旋转，沿着叶轮的径向，工质离心力会不断增大，而在叶轮沿径向的不同部位会产生一定的压力差，从而在叶轮两侧产生环状涡流，而产生涡流的这部分能量也是泵的主要损失之一，所以少了一级叶轮，也会减少涡流损失。

表4数据为三种流量工况下凝结水泵改级前后出口压力、电流的对比。根据表4数据计算得出：

（1）当机组启动、低负荷或停机过程中，240t/h流量工况为当前凝结水泵最小再循环流量，改级后每小时节省电量54.07kW。

（2）当机组额定负荷运行时，凝结水流量414t/h，改级后每小时节省电量66.03kW。

（3）当机组需要大流量补水情况下，570t/h流量工况为大流量工况，改级后每小时节省电量62.79kW。

凝结水泵改级以后，正常运行过程中，由于凝结水泵的出口压力下降，凝结水泵能耗下降，且机组冷态启动前的8小时上水过程，热态启动前2小时准备过程，停机以后3小时破真空、停轴封过程，均因凝结水泵的能耗下降，节能效益明显。

根据近3年启动次数统计，每台机组年冷态启动平均8次，温态、热态启动153次，年利用小时按1000小时进行计算。因实际过程凝结水泵运行流量均有所波动，为便于计算，凝结水泵在冷态启动上水过程按240t/h流量工况计算，正常运行按414t/h流量工况计算，停机后过程按240t/h流量工况计算，改造后#52凝结水泵年节能效益如下：

按1000利用小时计算节约资金=[8（次）×8（小时）×54.07（kW）+153（次）×（2+3）（小时）×54.07（kW）+1000（小时）×66.03（kW）]×0.599元=6.63万元。

4凝结水泵抽级改造后风险分析及防控措施

凝结水系统的主要用户有：余热锅炉给水、疏水扩容器減温水、中压旁路减温水、低压旁路减温水、凝汽器真空密封水、疏水立管减温水、低压轴封减温水、低压后缸喷水、水幕保护等。

（1）汽包水位波动大

#52凝结水泵技改后，影响瞬时的补水能力，汽包水位在启动期间的波动较以往变大。为提高瞬时补水能力，根据厂家规范，将凝结水最小流量控制从240t/h减少到150t/h。

由于低压汽包补水来自凝结水母管，低压汽包水位波动影响最大，建议运行人员在机组启动到50MW负荷以上时，将低压汽包水位控制设定从启动水位的-200mm设定提高到-150mm。后续对低压给水的调节品质进行优化，机务人员应做好液压系统运行维护工作，热工人员做好低压主汽压力、汽包压力等校验核对工作。

（2）容易联启备泵

#52凝结水泵技改后，由于#51、52凝结水泵运行时的出口压力不一致，为防止#52凝结水泵闷泵运行而损坏，当凝结水泵切换时，二台凝结水泵并联运行时间不易超过60s，禁止长时间并列运行。机组运行期间，切换凝结水泵时，特别是#51切换至#52凝结水泵运行，应注意凝结水母管压力的波动。

（3）极端情况下给水泵汽蚀余量

由于给水泵的入口最小汽蚀余量为19m， #52凝结水泵运行时，要加强给水泵进口压力的监视。避免出现凝结水泵出口母管压力低于1.9MPa，备用凝结水泵没有联启的工况。为防范给水泵进水压力过低而汽蚀，同时应加强给水泵进口滤网压差的监视，防止由于滤网压差高导致给水流量低或进口压力低。当给水泵启动或给水流量较低时，需要保持给水泵一定的再循环流量，把泵内摩擦产生的热量带走。

（4）中低旁和轴封系统减温水影响

#52凝结水泵运行情况下，要加强中旁减温水流量和低旁减温水压力的监视。当中旁减温水实际流量接近最小跳闸值时，检查中旁减温水调节阀开度，并手动开大减温水调节阀，必要时撤出中压旁路自动，根据再热蒸汽压力适当关小中压旁路阀。低压轴封温度控制器的温度设定值时150℃，当低压轴封蒸汽温度大于180℃或者小于120℃，延時10分钟撤出压力控制器自动，并关闭低压轴封进汽调节阀，必要时撤出低压轴封减温水自动，手动控制低压轴封蒸汽温度150℃。此外还存在凝结水泵正常运行时，就地开大自密封时，OM界面凝结水泵密封水压力量程顶表的情况。

5结束语

萧山发电厂通过凝结水泵减少叶轮级数的节能改造过程是经过充分的理论分析后实施的。改造经过实践检验取得了良好的成效，每年可以节省大量厂用电，创造良好的经济效益，为类似机组凝结水泵节能改造提供了良好的借鉴。

参考文献

[1]卢广法. 西门子F级燃气-蒸汽联合循环发电机组培训教材[M].  杭州：浙江大学出版社，2014.

[2]卢广法. 西门子F级燃气轮机技术问答[M] .  杭州：浙江大学出版社，2015.

[3]刘辉明.黄刚清. 300 MW汽轮发电机组凝结水泵节能改造[J] .江西电力，2010（5）.

作者简介：王国清，1987年6月出生，男，汉族，工程师、技师/运行值长，主要从事西门子SGT5-4000F（6）型燃气轮机发电机组的运行与管理工作。