660MW機(jī)組循環(huán)水泵改造

1、660mw機(jī)組循環(huán)水泵改造達(dá)到理想的效果馬立峰（沈陽鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)技術(shù)中心水泵設(shè)計部 110142）吳永海 王云華（河北邯峰發(fā)電廠，河北邯鄲 056200） 摘要：針對660mw機(jī)組循環(huán)水泵存在的問題，通過對主要影響因素的分析，制定循環(huán)水泵節(jié)能技術(shù)改造的措施并實(shí)施，對改造后的性能參數(shù)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析，為同類型循環(huán)水泵進(jìn)行節(jié)能技術(shù)改造提供了科學(xué)依據(jù)和寶貴經(jīng)驗(yàn)。更為可貴的是,該泵工作部由于部件不完整,沒有在制造廠進(jìn)行性能等試驗(yàn),在電廠安裝后,直接試車并一次取得理想的成功.關(guān)鍵詞：660mw機(jī)組；循環(huán)水泵；揚(yáng)程；流量；效率作者簡介：馬 立 峰：男，高級設(shè)計師，主要從事水泵的設(shè)計與研發(fā) 工作單位：沈陽鼓風(fēng)機(jī)

2、集團(tuán)技術(shù)中心水泵設(shè)計部單位地址：沈陽經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)開發(fā)大路16號a 聯(lián)系電話024-25801364吳 永 海: 男，高級工程師，主要從事汽輪機(jī)技術(shù)管理工作。 工作單位：邯峰發(fā)電廠策劃部 單位地址：河北省邯鄲市峰峰礦區(qū)義井鎮(zhèn) 聯(lián)系電話王 云 華: 男，工程師，主要從事汽輪機(jī)檢修技術(shù)工作。 一 概述邯峰電廠裝機(jī)容量一期為×660mw，安裝兩臺由德國siemens公司制造的汽輪發(fā)電機(jī)組。汽輪機(jī)為hmn系列，每臺汽輪機(jī)配置有二臺凝汽器，凝汽器為雙背壓，每臺汽輪機(jī)配置3臺50%容量的循環(huán)水泵向循環(huán)冷卻水系統(tǒng)供水。夏季時運(yùn)行3臺泵，其它季節(jié)

3、運(yùn)行2臺泵。每臺汽輪機(jī)配置一座雙曲線自然通風(fēng)冷卻塔，兩臺機(jī)組的6臺循環(huán)水泵安裝在同一座泵房。循環(huán)冷卻水從冷卻塔流至循環(huán)水泵的泵坑內(nèi)，經(jīng)循環(huán)水泵升壓后送入凝汽器，循環(huán)冷卻水在凝汽器內(nèi)進(jìn)行熱交換以后進(jìn)入凝汽器的退水管，然后循環(huán)水被送到冷卻水塔進(jìn)行冷卻，循環(huán)使用。改造循環(huán)水泵的工作部（包括葉輪、導(dǎo)葉體、吸入喇叭口）。循環(huán)水泵的工作部完成加工后，沒有條件進(jìn)行試驗(yàn),直接運(yùn)送到電廠進(jìn)行安裝、運(yùn)行。經(jīng)過電廠試驗(yàn)，電研所測試，改造取得了理想的成功?？趶?.8米的大泵，安裝在原有的筒體中，大幅度的增加流量，且不經(jīng)過制造廠的試驗(yàn)，直接在用戶現(xiàn)場一次試車成功并達(dá)到理想的效果。二 循環(huán)水泵的結(jié)構(gòu)及主要技術(shù)數(shù)據(jù) 該循環(huán)

4、水泵的結(jié)構(gòu)形式為轉(zhuǎn)子可抽出式立式斜流泵，泵本體由3個主要部分組成，即外殼體、內(nèi)殼體和轉(zhuǎn)子結(jié)合部。泵內(nèi)設(shè)置3套水潤滑導(dǎo)軸承，泵組軸向力由電動機(jī)的推力軸承承擔(dān)。原設(shè)計的技術(shù)數(shù)據(jù)（銘牌數(shù)據(jù)）：水泵型號：1800htcx；流量：28080 m3/h；揚(yáng)程：26m；轉(zhuǎn)速：370轉(zhuǎn)/分；軸功率：2286w；效率：87%；三 改造前,循環(huán)水泵存在的主要問題：由于循環(huán)水泵設(shè)計揚(yáng)程要求偏高、制造工藝等因素，致使循環(huán)水泵的運(yùn)行工況嚴(yán)重偏離循環(huán)水系統(tǒng)的實(shí)際工況點(diǎn)，造成了廠用電的極大浪費(fèi)。2006年冬季，采取單泵運(yùn)行，經(jīng)過熱力分析與計算，水泵的效率特別低，只有70左右。由于水泵的流量不足，造成機(jī)組在夏季運(yùn)行時真空偏低

5、，影響機(jī)組運(yùn)行的安全性以及機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。檢修時，還發(fā)現(xiàn)水泵的葉輪存在汽蝕現(xiàn)象。根據(jù)邯峰電廠循環(huán)水泵的實(shí)際情況，提出改造水泵工作部的實(shí)施方案。改造前，著重研究了邯峰電廠循環(huán)水系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，針對循環(huán)水系統(tǒng)固有的性能指標(biāo)配制循環(huán)水泵的性能。根據(jù)需要的循環(huán)水泵的性能指標(biāo)，選擇性能優(yōu)異的水力模型，根據(jù)現(xiàn)在的安裝條件，進(jìn)行了改造。循環(huán)水泵經(jīng)過改造后，不僅效率高，汽蝕性能好，流量揚(yáng)程曲線也能很好的匹配邯峰電廠循環(huán)水系統(tǒng)管路的曲線。1、改造前試驗(yàn)及水泵實(shí)際情況分析：為了查清循環(huán)水泵存在問題，為實(shí)施循環(huán)水泵的節(jié)能改造和優(yōu)化運(yùn)行方式提供科學(xué)依據(jù)，2006年對邯峰發(fā)電廠一期工程的#2機(jī)組的循環(huán)水泵進(jìn)行了實(shí)際運(yùn)

6、行性能診斷試驗(yàn)。測試數(shù)據(jù)見表1、表2： 單臺循環(huán)水泵運(yùn)行（#2a泵）改造前試驗(yàn)測試結(jié)果 表1測量項(xiàng)目名稱符號說明單位數(shù)據(jù)泵入口水位標(biāo)高z1測量m-3.92泵出口水位標(biāo)高z2測量m-1.05泵入口壓力p1測量（表壓）mpa0.0262泵出口壓力p2測量（表壓）mpa0.190泵出口流量q測量m3/h33596.67電動機(jī)功率n1測量kw2711.86泵出口管內(nèi)徑id測量m1.80電動機(jī)效率e設(shè)計94.48傳動效率m設(shè)計98.0電動機(jī)電流i測量a315.00計算結(jié)果出口水的密度查表 根據(jù)p2，t2kg/m3999.74泵出口流速v2v2q/(3.14×（id/2)2)/3600m/s3.

7、67泵揚(yáng)程hh=(p2-p1)/g+(c22-c12)/2g+(z2-z1)m19.68泵有效功率ncnc=pgqhkw1799.68泵軸功率n2n2n1×e×mkw2510.92泵效率ppnc/n271.67泵組效率nc/n166.36 兩臺循環(huán)水泵并聯(lián)運(yùn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)及計算結(jié)果 表2測量項(xiàng)目符號數(shù)據(jù)來源及計算公式單位#2a、2c泵并聯(lián)#2b、2c泵并聯(lián)泵編號#2a#2c#2b#2c泵入口中心標(biāo)高z1測量m-6.10 -6.10 -6.10 -6.10 泵出口中心標(biāo)高z2測量m-2.30 -2.30 -2.30 -2.30 泵入口壓力p1測量mpa0.05 0.05 0.05

8、 0.05 泵出口壓力p2測量mpa0.23 0.22 0.22 0.22 泵出口流量q測量m3/h24061.70 24061.70 23375.90 23375.90 電動機(jī)功率n1測量kw2863.33 2848.53 2976.13 2851.22 泵出口管內(nèi)徑id測量m1.80 1.80 1.80 1.80 電動機(jī)效率e設(shè)計94.48 94.48 94.48 94.48 傳動效率m設(shè)計電動機(jī)電流i測量a325.00 324.00 341.00 323.00 出口水的密度查表 根據(jù)p2，t2kg/m3996.29 996.28 996.28 996.28 泵出口流速v2計算v2q/(3

9、.14×（id/2)2)/3600m/s2.63 2.63 2.55 2.55 泵揚(yáng)程h計算h=(p2-p1)/g+(c22-c12)/2g+(z2-z1)m27.71 26.68 26.66 26.66 泵有效功率nc計算 nc=pgqhkw1808.23 1741.39 1690.50 1690.50 泵軸功率n2計算 n2n1×e×mkw2705.27 2691.29 2811.85 2693.83 泵效率p計算 pnc/n266.84 64.70 60.12 62.75 泵組效率計算 nc/n163.15 61.13 56.80 59.29 注：由于測試條

10、件的限制，流量數(shù)據(jù)存在偏差。2、為了進(jìn)一步驗(yàn)證循環(huán)水泵的性能參數(shù)，根據(jù)實(shí)際的運(yùn)行數(shù)據(jù)（參見控制系統(tǒng)的適時運(yùn)行數(shù)據(jù)，見下圖），對循環(huán)水泵的運(yùn)行性能進(jìn)行了理論計算：為了計算簡便以及盡可能把排汽熱量取的較低些，排汽參數(shù)只取飽和狀態(tài)時的值。循環(huán)水的比熱取平均比熱為c = 4.18 kj/kg 。#1凝汽汽的排汽量從熱平衡圖上查得在額定負(fù)荷時m1 = 161kg/s，排汽壓力從上畫面查得p1 = 4.03kpa(abs)查表可得在此壓力下的飽和汽焓h1 = 2554.3 kj/kg查表可得在此壓力下的飽和水焓h1 = 121.9 kj/kg#2凝汽汽的排汽量從熱平衡圖上查得在額定負(fù)荷時m2 = 171k

11、g/s，排汽壓力從上畫面查得p2= 6.62kpa(abs)查表可得在此壓力下的飽和汽焓h2= 2570.48 kj/kg查表可得在此壓力下的飽和水焓h2 = 158.4 kj/kg從以上畫面查得凝汽器循環(huán)水進(jìn)口水溫為t1 = 17 。從以上畫面查得凝汽器循環(huán)水出口水溫為t2 = 37 。循環(huán)水泵出口壓力為0.18mpa，設(shè)為循環(huán)水泵的楊程h，即h = 18m從以上畫面上查得凝結(jié)水流量g1 = 423 kg/s，補(bǔ)水量為g2 = 8.4 kg/s。求循環(huán)水的流量g循若按熱平平衡圖的排汽量計算如下：#1凝汽器的排汽放熱量q1= h1 - h1 = 2554.3 121.9 = 2433.4 kj

12、/kg#2凝汽器的排汽放熱量q2= h2- h2 = 2570.48 158.44= 2412.04 kj/kg兩臺凝汽器的放熱量（汽化潛熱）q = q1 m1 + q2 m2 = 2433.4 × 161 + 2412.04 × 171 = 432782.08 kj/s因循環(huán)水的吸熱量q = g循c（t2 - t1）所以g循=q / c（t2 - t1）=432782.08 / 4.18×（37 - 17）=10353.6 kg/s = 10.35t/s即單臺循環(huán)水泵運(yùn)行時的流量為10.35t/s循環(huán)水泵的有效功率ne = r g循h(huán) / 1000 = 9.8&

13、#215;10.35×1000×18÷1000 = 1825 kw循環(huán)水泵電機(jī)電流按i=310a，v=6kv，電機(jī)的效率d=0.92, 傳動效率不計,cos= 0.86計算則電機(jī)的輸出功率約為nf =×ivcos×0.92×3 = 310×6×0.86×0.92×3 = 2548 kw循環(huán)水泵的效率為b= ne / nf = 1825÷2548 = 71.6%3、循環(huán)水泵存在問題及原因分析：通過實(shí)際運(yùn)行試驗(yàn)及理論計算可以得出，泵組的實(shí)際運(yùn)行效率較設(shè)計值偏低15 個百分點(diǎn)左右。從節(jié)約廠用

14、電，提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性以及機(jī)組運(yùn)行安全的角度考慮，改造循環(huán)水泵已是勢在必行。四 循環(huán)水泵節(jié)能降耗改造方案改造的總原則：改造后的循環(huán)水泵必須與既有的循環(huán)水系統(tǒng)相匹配，運(yùn)行效率高，汽蝕性能優(yōu)良。電機(jī)系統(tǒng)及水泵的管路系統(tǒng)不做任何改變；水泵出水口法蘭及其連接的管路，以及水泵筒體不做任何改動；新制作的工作部要匹配已有的水泵筒體。邯峰電廠的循環(huán)水泵改造的具體方案1）更換水泵的導(dǎo)葉體：采用高效模型，焊接結(jié)構(gòu)改為鑄造結(jié)構(gòu)，提高水泵效率；2）更換水泵的葉輪：采用高效葉輪模型，用不銹鋼鑄造。不僅保證高效率，還要保證良好的汽蝕性能。3）更換葉輪室（襯環(huán)）以及吸入喇叭口；4）水泵的泵軸及外筒體不在更換范圍；5）電機(jī)廠將

15、電機(jī)改造成雙速電機(jī)；改造后的達(dá)到的效果：水泵要能適應(yīng)電機(jī)的雙速運(yùn)行。夏季：運(yùn)行兩臺泵（原運(yùn)行3臺泵），單泵的流量q=28000m3/h,揚(yáng)程h=24.3m,效率>82%，泵軸的功率p<2300kw。冬季：運(yùn)行一臺泵（原運(yùn)行2臺泵），單泵的流量q=32000m3/h,揚(yáng)程h=20.25m,效率>82%，泵軸的功率p<2200kw。五 改造后的節(jié)能效果分析：2008年2月份，按照上述方案改造了2a、2b兩臺循環(huán)水泵，電機(jī)進(jìn)行了雙速改造，改造后，委托河北電力研究院進(jìn)行了實(shí)際運(yùn)行性能測試。試驗(yàn)共進(jìn)行了七個工況，分別為：2a單泵高速、#2a單泵低速、#2b單泵低速、雙泵低速并聯(lián)、

16、#2a泵低速#2b泵高速并聯(lián)、#2b單泵高速，雙泵高速并聯(lián)。電動機(jī)效率取94.48，傳動效率取98（應(yīng)該取100%，取98%時，人為的降低了水泵的效率.彈性聯(lián)軸器的傳動效率為0.990.995，剛性聯(lián)軸器的傳動效率應(yīng)接近100%）。測試結(jié)果如下表：#2a、2b循環(huán)水泵改造后試驗(yàn)數(shù)據(jù)及計算結(jié)果測量項(xiàng)目符號說明單位#2a高速#2a低速#2b低速#2a、2b低速#2a低、2b高速#2b高速#2a、2b高速水泵轉(zhuǎn)速370325325325325/370370370入口標(biāo)高z1測量m-1.55 -1.55 -1.45 -1.45 -1.48 -1.50 -1.51 出口標(biāo)高z2測量m-2.15 -2.1

17、5 -2.15 -2.15 -2.15 -2.15 -2.15 泵入口壓力p1測量（表壓）mpa0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 泵出口壓力p2測量（表壓）mpa0.19 0.17 0.17 0.22 0.23 0.19 0.26 泵出口流量q測量m3/h36511.2 29688.0 30091.1 50480.1 55621.0 36459.0 61264.0 電機(jī)輸入功率n1測量kw2370.41 1748.67 1741.54 3731.39 4426.58 2344.64 5184.00 泵出口管內(nèi)徑id測量m1.80 1.80 1.80 1.80

18、 1.80 1.80 1.80 電動機(jī)效率e設(shè)計94.48 94.48 94.48 94.48 94.48 94.48 94.48 傳動效率m設(shè)計98.00 98.00 98.00 98.00 98.00 98.00 98.00 電動機(jī)電流i測量a295.00 221.00 238.00 230/247234/308282316/313出口水的密度查表 根據(jù)p2，t2kg/m31000.02 1000.01 999.96 999.99 999.99 999.97 1000.00 泵出口流速v2v2q/(3.14×（id/2)2)/3600m/s3.99 3.24 3.28 5.51

19、6.07 3.98 6.69 泵揚(yáng)程hh=(p2-p1)/g+(c22-c12)/2g+(z2-z1)m18.28 16.75 16.65 21.85 23.11 18.23 25.38 泵有效功率ncnc=pgqhkw1816.63 1353.44 1363.63 3002.73 3498.47 1809.08 4232.80 泵軸功率n2n2n1×e×mkw2194.77 1619.10 1612.50 3454.91 4098.59 2170.92 4799.88 泵效率ppnc/n282.77 83.59 84.57 86.91 85.36 83.33 88.19泵

20、組效率nc/n176.64 77.40 78.30 80.47 79.03 77.16 81.65 如果剛性聯(lián)軸器的傳動效率按照100%計算，水泵在設(shè)計工況點(diǎn)的效率達(dá)到了90%。循環(huán)水泵改造后的性能指標(biāo)：額定轉(zhuǎn)速額定點(diǎn)額定轉(zhuǎn)速大流量點(diǎn)額定轉(zhuǎn)速大流量點(diǎn)低轉(zhuǎn)速額定點(diǎn)低轉(zhuǎn)速大流量點(diǎn)備 注水泵轉(zhuǎn)速nrpm370370370325/370325泵出口流量qm3/h3063236511.23645927810630091.1電動機(jī)效率e94.4894.4894.4894.4894.48傳動效率m98.0098.0098.0098.0098.00該數(shù)值應(yīng)該是100泵揚(yáng)程hm25.3818.2818.2323

21、.1116.65泵效率p88.1982.7783.3385.3684.57實(shí)際比表中的數(shù)值高測試結(jié)果表明：1、#2a、#2b雙泵高速并聯(lián)運(yùn)行時（該工況點(diǎn)為水泵的設(shè)計點(diǎn)）效率最高，泵的效率為88.19，泵組效率為81.65；2、雙泵低速并聯(lián)運(yùn)行，泵的效率為86.91。3、#2a單泵高速運(yùn)行（該工況為水泵的大流量點(diǎn)），泵效率為82.77，泵組效率為76.64。該工況點(diǎn)為水泵實(shí)際運(yùn)行最低的效率點(diǎn)。兩臺泵改造后，效率提高明顯。兩臺泵并聯(lián)運(yùn)行的效率達(dá)到了88.19，如果剛性聯(lián)軸器的傳動效率按照100%計算，水泵在設(shè)計工況點(diǎn)的效率達(dá)到了90%。 通過試驗(yàn)測試，循環(huán)水泵夏季的雙泵并聯(lián)運(yùn)行以及冬季的單泵運(yùn)行的效率均高于82%。這樣的運(yùn)行效果，這樣的效率指標(biāo)。邯峰電廠循環(huán)水泵的節(jié)能在華能系統(tǒng)是領(lǐng)先的，在國際上也是領(lǐng)先的。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：雙泵并聯(lián)運(yùn)行比單泵運(yùn)行效率高，高速運(yùn)行比低速運(yùn)行效率高。改造前后流量及電機(jī)電流比較：水泵的出水流量增加明顯，電機(jī)的電流也降低了。改造前，雙泵并聯(lián)運(yùn)行的最大出水流量為48121t/h，電流分別為325a和323a