高效節(jié)能型循環(huán)泵的應(yīng)用
2018-10-11 16:30:13
循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最重要部分就是自然通風(fēng)冷卻塔、循環(huán)泵的合理選擇配置，在循環(huán)水系統(tǒng)建設(shè)中它們的投資費(fèi)用最多、施工最復(fù)雜，對(duì)電廠總投資影響(influence)最大。直接影響電力工程(Engineering)建設(shè)的單位造價(jià)與電廠投資回收年限。
供水系統(tǒng)(system)優(yōu)化設(shè)計(jì)是系統(tǒng)方案選擇(xuanze)的基礎(chǔ)，其中對(duì)方案設(shè)計(jì)影響(influence)最大的是循環(huán)泵電動(dòng)機(jī)的年費(fèi)用。在保證汽輪機(jī)運(yùn)行安全滿負(fù)荷發(fā)電的前提下，如何降低電動(dòng)機(jī)的年費(fèi)用，值得每一位工程(Engineering)設(shè)計(jì)人員思考。
本文將直面上述問題進(jìn)行研究。從降低電動(dòng)機(jī)年費(fèi)用(expense)出發(fā)，研究循環(huán)泵與電動(dòng)機(jī)的工作效率，在滿足汽輪機(jī)各種運(yùn)行工況(包括純凝工況、最大抽氣工況、及額定抽氣工況)前提下，降低循環(huán)泵配用電動(dòng)機(jī)無功功率（指物體在單位時(shí)間內(nèi)所做的功的多少），提高電動(dòng)機(jī)效率。
近年來隨著國家新一輪經(jīng)濟(jì)建設(shè)高潮的到來，全國各地相繼建設(shè)有一大批135MW國產(chǎn)超高壓、中間再熱機(jī)組。我們先后設(shè)計(jì)了16臺(tái)135MW機(jī)組，對(duì)135MW機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)中循環(huán)泵選擇，本著對(duì)電廠長期經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行為宗旨，推廣使用高效節(jié)能型循環(huán)泵。
1、高效節(jié)能型循環(huán)泵簡(jiǎn)介
1.1 高效節(jié)能型循環(huán)泵概述：
國內(nèi)大部分100M
W、125MW，135MW機(jī)組的循環(huán)供水系統(tǒng)(system)中，大多數(shù)采用一臺(tái)機(jī)組配二臺(tái)循環(huán)泵的常規(guī)布置，這種配置模式符合《火力發(fā)電廠技術(shù)規(guī)程、標(biāo)準(zhǔn)》，也符合電力系統(tǒng)行業(yè)《水工技術(shù)規(guī)定》，在電廠設(shè)計(jì)中廣泛使用。
對(duì)電廠工程建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析(Analyse)發(fā)現(xiàn)，火力發(fā)電廠采用一機(jī)二泵常規(guī)模式布置循環(huán)水系統(tǒng)年運(yùn)行費(fèi)用比較高，設(shè)計(jì)上存在一些不足主要表現(xiàn)在：
循環(huán)泵設(shè)計(jì)點(diǎn)參數(shù)偏離系統(tǒng)運(yùn)行值，水泵效率不高。
對(duì)已投產(chǎn)運(yùn)行的循環(huán)泵調(diào)查發(fā)現(xiàn)，電廠普遍存在循環(huán)泵的運(yùn)行效率除部分時(shí)間外大部分時(shí)間循環(huán)泵的運(yùn)行效率不高，大多數(shù)時(shí)間水泵效率只有60%左右，很顯然它不屬于水泵的高效范圍。
水泵運(yùn)行方式對(duì)循環(huán)系統(tǒng)的流量變化不太敏感
對(duì)于單一工況運(yùn)行的汽輪機(jī)，汽輪機(jī)凝汽器冷卻水量隨著每年季節(jié)的變化大幅度波動(dòng);對(duì)于變工況運(yùn)行的汽輪機(jī)，伴隨著汽輪機(jī)抽汽量的增加，系統(tǒng)冷卻水量大幅度最大化減少。上海凱泉泵業(yè)集團(tuán)有限公司性能的技術(shù)參數(shù)有流量、吸程、 揚(yáng)程、軸功率、水功率、效率等；根據(jù)不同的工作原理可分為 容積水泵、葉片泵等類型。 容積泵是利用其工作室容積的變化來傳遞能量； 葉片泵是利用回轉(zhuǎn)葉片與水的相互作用來傳遞能量，有 離心泵、 軸流泵和 混流泵等類型?；鹆Πl(fā)電廠采用一機(jī)二泵常規(guī)模式設(shè)置存在著全年大部分時(shí)間運(yùn)行一臺(tái)水泵供水量不足，二臺(tái)水泵供水量過大的現(xiàn)象，水泵運(yùn)行調(diào)節(jié)困難，不利于汽輪機(jī)形成最有利的真空度，白白的浪費(fèi)電能，為了從根本上解決循環(huán)泵的配置與系統(tǒng)流量變化的不一的問題(Emerson)，提高循環(huán)泵的運(yùn)行效率，生產(chǎn)、開發(fā)高效節(jié)能型水泵事在必然。
1.2 高效節(jié)能型循環(huán)泵特點(diǎn)
本文從循環(huán)泵高效、節(jié)能出發(fā)，介紹一種新型G系列循環(huán)泵的特點(diǎn)，并以G48Sh新型循環(huán)泵在135MW機(jī)組設(shè)計(jì)中的運(yùn)用為例給予重點(diǎn)說明。
G48Sh新型循環(huán)泵的設(shè)計(jì)參數(shù)與電廠循環(huán)水系統(tǒng)實(shí)際阻力參數(shù)相吻和，水泵運(yùn)行效率較高。對(duì)投產(chǎn)運(yùn)行的100多臺(tái)G48Sh循環(huán)泵進(jìn)行抽樣試驗(yàn)、檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，G48Sh水泵實(shí)際運(yùn)行效率為84-88%，比135MW機(jī)組常規(guī)模式布置一機(jī)配二臺(tái)同型號(hào)水泵48Sh-22的實(shí)際效率提高了25%。
G48Sh新型循環(huán)泵配用電動(dòng)機(jī)采用雙極數(shù)、雙轉(zhuǎn)速運(yùn)行。根據(jù)每年季節(jié)不同汽輪機(jī)凝汽器冷卻水量大幅度改變，電動(dòng)機(jī)通過調(diào)整電動(dòng)機(jī)極數(shù)與轉(zhuǎn)速使電動(dòng)機(jī)輸出功率發(fā)生改變，從而使循環(huán)泵的供水量、水壓發(fā)生改變。增加了系統(tǒng)的調(diào)節(jié)靈活性，最大限度地節(jié)約廠用電負(fù)荷。
例如，夏季一臺(tái)G48Sh高效節(jié)能型水泵采用高轉(zhuǎn)速運(yùn)行，在水泵功率（指物體在單位時(shí)間內(nèi)所做的功的多少）相當(dāng)?shù)那闆r下比二臺(tái)48Sh-22水泵供水量多3000噸/小時(shí);冬季一臺(tái)G48Sh 高效節(jié)能型水泵采用低轉(zhuǎn)速運(yùn)行，在系統(tǒng)(system)供水量相當(dāng)情況下水泵配用電動(dòng)機(jī)功率由1080KW降至680KW，功率降幅達(dá)30%以上，相當(dāng)于每臺(tái)水泵每年可節(jié)省電量230萬度。凱泉泵業(yè)由此可見，若離心泵葉輪不斷旋轉(zhuǎn)，則可連續(xù)吸水、壓水，水便可源源不斷地從低處揚(yáng)到高處或遠(yuǎn)方。綜上所述，離心泵是由于在葉輪的高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力的作用下，將水提向高處的。上海凱泉如安裝過高，則不吸水；此外，由于山區(qū)比平原大氣壓力低，因此同一臺(tái)水泵在山區(qū)，特別是在高山區(qū)安裝時(shí)，其安裝高度應(yīng)降低，否則也不能吸上水來。
G48Sh高效節(jié)能型循環(huán)泵的引入優(yōu)化了循環(huán)水系統(tǒng)水力條件，加寬了水泵高效區(qū)段的變化范圍，可保證循環(huán)泵在兩個(gè)不同轉(zhuǎn)速下實(shí)際的運(yùn)行效率不低于85%，提高了水泵的效率。凱泉泵業(yè)由此可見，若離心泵葉輪不斷旋轉(zhuǎn)，則可連續(xù)吸水、壓水，水便可源源不斷地從低處揚(yáng)到高處或遠(yuǎn)方。綜上所述，離心泵是由于在葉輪的高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力的作用下，將水提向高處的。
G48Sh高效節(jié)能型循環(huán)泵的引入，改變了一臺(tái)汽輪機(jī)配二臺(tái)循環(huán)泵(簡(jiǎn)稱一機(jī)二泵)等容量配置模式的常規(guī)設(shè)計(jì)主導(dǎo)思想，提出不等容量大、小水泵配置的設(shè)計(jì)概念。大水泵有高轉(zhuǎn)速、低轉(zhuǎn)速，小水泵也有高轉(zhuǎn)速、低轉(zhuǎn)速，由此組合出多種水泵運(yùn)行工況，并且互相備用。基本滿足汽輪機(jī)的變工況運(yùn)行要求。高效節(jié)能型循環(huán)泵采用臥式泵殼，運(yùn)行、檢修非常方便。
1.3 高效節(jié)能型循環(huán)泵的配置
我們先后設(shè)計(jì)了18臺(tái)135MW機(jī)組國產(chǎn)超高壓、中間再熱機(jī)組。這些電廠有一個(gè)共同的特性，基本上是企業(yè)自發(fā)自用，企業(yè)除了有穩(wěn)定的電力需求外還有一定的供熱負(fù)荷，企業(yè)的供熱負(fù)荷波動(dòng)較大。使得電廠循環(huán)水系統(tǒng)(system)的循環(huán)水量大幅度改變。在沒有供熱負(fù)荷時(shí)，供熱機(jī)組基本上在純凝汽工況運(yùn)行，這種情況往往出現(xiàn)在每年的夏季。隨著冬季的來臨，生產(chǎn)供熱負(fù)荷與生活采暖負(fù)荷增加，使機(jī)組供熱負(fù)荷大幅度提高，極端情況下，機(jī)組會(huì)超額定抽汽工況運(yùn)行。這些企業(yè)多數(shù)位于我國的華北、東北與西北地區(qū)，采暖時(shí)間較長，每年固定采暖期有 4-6個(gè)月，個(gè)別年限采暖期更長。機(jī)組如此長時(shí)間抽汽供熱運(yùn)行，使得電廠循環(huán)水流量長時(shí)間在較低的情況下運(yùn)行，考慮電廠長期經(jīng)濟(jì)運(yùn)行要求，循環(huán)泵的供水流量和揚(yáng)程的高效范圍(fàn wéi)要求很長。
以135MW供熱機(jī)組為例：夏季機(jī)組汽輪機(jī)VWO工況時(shí)，汽輪機(jī)凝汽器凝汽量為324.17t/h，1臺(tái)機(jī)組的循環(huán)水量為19640t/h;汽輪機(jī)額定抽汽工況時(shí)，汽輪機(jī)凝汽器凝汽量為223.36t/h，1臺(tái)機(jī)組的循環(huán)水量為12274 t/h;汽輪機(jī)在最大抽汽工況時(shí)，汽輪機(jī)凝汽器凝汽量142.66t/h，機(jī)組的循環(huán)水量為4700 t/h。循環(huán)水系統(tǒng)的流量從4700t/H--19000T/H變化，按照常規(guī)等容量水泵布置為滿足機(jī)組最小熱負(fù)荷的冷卻水要求配置循環(huán)泵流量為 9800T/H-11700T/H，供水揚(yáng)程約18.0-21.5米，二臺(tái)水泵并聯(lián)運(yùn)行。
在額定抽汽工況下,一臺(tái)水泵運(yùn)行,由于循環(huán)水量減少、系統(tǒng)的水阻下降,水泵的流量12274T/H,揚(yáng)程將下降至15.0-16.0米，在汽輪機(jī)在最大抽汽工況時(shí),為滿足循環(huán)水系統(tǒng)要求運(yùn)行一臺(tái)水泵，由于供水量大幅度減少，使水泵揚(yáng)程大幅度提高,直接造成冷卻塔涌水,加大淋水裝置配水槽的流速，水流在淋水填料上熱交換的時(shí)間減少，降低了冷卻塔的冷卻效果。當(dāng)然淋水填料熱交換的效果降低在冬季不會(huì)引取太多的注意(attention)，但是水泵運(yùn)行肯定會(huì)移出水泵的高效范圍，水泵的效率降低，電動(dòng)機(jī)無功功率增加白白得浪費(fèi)電能。由于循環(huán)泵的電動(dòng)機(jī)功率710KW，長時(shí)間運(yùn)行不利于電廠節(jié)能。在這種情況下要求一種新的水泵配置模式，既要滿足大流量、高揚(yáng)程要求也要滿足小流量低揚(yáng)程要求，出現(xiàn)大、小水泵和高低轉(zhuǎn)速運(yùn)行方式。這種配置模式強(qiáng)調(diào)大水泵高流量、高轉(zhuǎn)速按照系統(tǒng)的最大流量選擇(xuanze)，供水流量與揚(yáng)程滿足系統(tǒng)的要求。小水泵的高流量、高轉(zhuǎn)速按照系統(tǒng)流量的60%的選擇，作為大水泵的備用水泵;大水泵的小流量、低轉(zhuǎn)速選擇按照小水泵的高流量、高轉(zhuǎn)速選擇，作為小水泵的高速備用水泵;小水泵的低流量、低轉(zhuǎn)速完全按照系統(tǒng)最小流量、與系統(tǒng)要求的供水揚(yáng)程選擇，此時(shí)無其它備用水泵。這種通過機(jī)組抽汽工況的改變，自動(dòng)調(diào)整水泵的大、小及水泵的高、低轉(zhuǎn)速運(yùn)行，使水泵供水量基本符合系統(tǒng)的循環(huán)水量的要求。
2 高效節(jié)能型循環(huán)泵的使用情況(Condition)
電廠2臺(tái)125MW機(jī)組配備4臺(tái)48SH-22同型號(hào)循環(huán)泵運(yùn)行。上海凱泉泵業(yè)集團(tuán)有限公司性能的技術(shù)參數(shù)有流量、吸程、 揚(yáng)程、軸功率、水功率、效率等；根據(jù)不同的工作原理可分為 容積水泵、葉片泵等類型。 容積泵是利用其工作室容積的變化來傳遞能量； 葉片泵是利用回轉(zhuǎn)葉片與水的相互作用來傳遞能量，有 離心泵、 軸流泵和 混流泵等類型。在一年大部分時(shí)間里供水系統(tǒng)確實(shí)存在單臺(tái)水泵運(yùn)行供水流量不足，2臺(tái)水泵并聯(lián)運(yùn)行廠用電又增加過大，水泵效率低下影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。1998年10月將4#水泵(48SH-22)更換成G48SH高效節(jié)能水泵，高效節(jié)能水泵投產(chǎn)運(yùn)行后，電廠委托廣東電力試驗(yàn)研究所進(jìn)行了高效節(jié)能水泵性能測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果表明：高效節(jié)能水泵在高、低轉(zhuǎn)速時(shí)的實(shí)際運(yùn)行效率分別高達(dá)87.78%與 86.11%，比未改造的其他水泵48SH-22效率分別提高28.26%和26.5%，耗電量明顯最大化減少，同時(shí)新水泵運(yùn)行調(diào)節(jié)靈活。
電廠2臺(tái)125MW機(jī)組采用二次循環(huán)供水系統(tǒng)，系統(tǒng)配置4臺(tái)48SH-22型同型號(hào)循環(huán)泵，水泵運(yùn)行方式采用夏季三臺(tái)水泵運(yùn)行，其他季節(jié)二臺(tái)運(yùn)行。因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)單臺(tái)水泵運(yùn)行時(shí)的流量不足、效率低，1998年6月將循環(huán)泵改成高效G48SH水泵。高效G48SH水泵投運(yùn)后，電廠委托廣東電力試驗(yàn)研究所對(duì)新水泵效率進(jìn)行檢測(cè)試驗(yàn), 試驗(yàn)結(jié)果表明：新泵在高轉(zhuǎn)速時(shí)的流量達(dá)16537t/h，實(shí)際運(yùn)行效率高達(dá)87.78%、電動(dòng)機(jī)功率1002KW;低轉(zhuǎn)速時(shí)的流量達(dá)13080t/h，實(shí)際運(yùn)行效率為86.12%、電動(dòng)機(jī)功率646KW，水泵運(yùn)行工況與機(jī)組運(yùn)行工況基本吻合。原水泵實(shí)際運(yùn)行點(diǎn)流量14400t/
H、效率59.62%、電動(dòng)機(jī)功率1089KW;最高效率70%時(shí)流量為11540t/h，水泵運(yùn)行工況與機(jī)組運(yùn)行工況不符。由此可見新泵供水量比舊泵大2137 t/
H、效率高、電動(dòng)機(jī)的功率（指物體在單位時(shí)間內(nèi)所做的功的多少）低87.7KW;新泵低速運(yùn)行時(shí)單臺(tái)水泵每小時(shí)節(jié)省443KW。
1998年12月由原電力工業(yè)部科學(xué)技術(shù)司組織鑒定,頒發(fā)科學(xué)技術(shù)成果鑒定證書在全國予以推廣。
3、結(jié)論
當(dāng)然任何新技術(shù)的推廣都需要一個(gè)認(rèn)識(shí)過程, 高效節(jié)能型循環(huán)泵的最大特性是節(jié)能、工作效率高。但是它是否適合所有地區(qū)、所有135MW機(jī)組的運(yùn)行工況還需要更多的實(shí)際應(yīng)用證明(zhèng míng)，更需要因地制宜的選擇。推廣高效節(jié)能型循環(huán)泵不僅涉及到電廠循環(huán)泵的配置、水泵備用與水泵運(yùn)行費(fèi)用問題，而且關(guān)系到水泵與汽輪機(jī)運(yùn)行的聯(lián)鎖控制問題等等，尤其在長江邊取水泵房必須謹(jǐn)慎選擇，高效節(jié)能型循環(huán)泵的幾何尺寸較等容量水泵大的多，對(duì)江邊取水泵房而言，設(shè)備及設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用不及取水泵房結(jié)構(gòu)費(fèi)用與施工費(fèi)用，特別是水源枯水位與最高水位相差較大的時(shí)候。