660MW機組循環(huán)水泵改造

1、660mw機組循環(huán)水泵改造達到理想的效果馬立峰（沈陽鼓風機集團技術中心水泵設計部 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)能技術改造的措施并實施，對改造后的性能參數(shù)進行經濟性分析，為同類型循環(huán)水泵進行節(jié)能技術改造提供了科學依據和寶貴經驗。更為可貴的是,該泵工作部由于部件不完整,沒有在制造廠進行性能等試驗,在電廠安裝后,直接試車并一次取得理想的成功.關鍵詞：660mw機組；循環(huán)水泵；揚程；流量；效率作者簡介：馬 立 峰：男，高級設計師，主要從事水泵的設計與研發(fā) 工作單位：沈陽鼓風機

2、集團技術中心水泵設計部單位地址：沈陽經濟技術開發(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，主要從事汽輪機技術管理工作。 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，主要從事汽輪機檢修技術工作。 一 概述邯峰電廠裝機容量一期為×660mw，安裝兩臺由德國siemens公司制造的汽輪發(fā)電機組。汽輪機為hmn系列，每臺汽輪機配置有二臺凝汽器，凝汽器為雙背壓，每臺汽輪機配置3臺50%容量的循環(huán)水泵向循環(huán)冷卻水系統(tǒng)供水。夏季時運行3臺泵，其它季節(jié)

3、運行2臺泵。每臺汽輪機配置一座雙曲線自然通風冷卻塔，兩臺機組的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，經循環(huán)水泵升壓后送入凝汽器，循環(huán)冷卻水在凝汽器內進行熱交換以后進入凝汽器的退水管，然后循環(huán)水被送到冷卻水塔進行冷卻，循環(huán)使用。改造循環(huán)水泵的工作部（包括葉輪、導葉體、吸入喇叭口）。循環(huán)水泵的工作部完成加工后，沒有條件進行試驗,直接運送到電廠進行安裝、運行。經過電廠試驗，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，且不經過制造廠的試驗，直接在用戶現(xiàn)場一次試車成功并達到理想的效果。二 循環(huán)水泵的結構及主要技術數(shù)據 該循環(huán)

4、水泵的結構形式為轉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、內殼體和轉子結合部。泵內設置3套水潤滑導軸承，泵組軸向力由電動機的推力軸承承擔。原設計的技術數(shù)據（銘牌數(shù)據）：水泵型號：1800htcx；流量：28080 m3/h；揚程：26m；轉速：370轉/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)水泵設計揚程要求偏高、制造工藝等因素，致使循環(huán)水泵的運行工況嚴重偏離循環(huán)水系統(tǒng)的實際工況點，造成了廠用電的極大浪費。2006年冬季，采取單泵運行，經過熱力分析與計算，水泵的效率特別低，只有70左右。由于水泵的流量不足，造成機組在夏季運行時真空偏低

5、，影響機組運行的安全性以及機組的經濟性。檢修時，還發(fā)現(xiàn)水泵的葉輪存在汽蝕現(xiàn)象。根據邯峰電廠循環(huán)水泵的實際情況，提出改造水泵工作部的實施方案。改造前，著重研究了邯峰電廠循環(huán)水系統(tǒng)的各項性能指標，針對循環(huán)水系統(tǒng)固有的性能指標配制循環(huán)水泵的性能。根據需要的循環(huán)水泵的性能指標，選擇性能優(yōu)異的水力模型，根據現(xiàn)在的安裝條件，進行了改造。循環(huán)水泵經過改造后，不僅效率高，汽蝕性能好，流量揚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、改造前試驗及水泵實際情況分析：為了查清循環(huán)水泵存在問題，為實施循環(huán)水泵的節(jié)能改造和優(yōu)化運行方式提供科學依據，2006年對邯峰發(fā)電廠一期工程的#2機組的循環(huán)水泵進行了實際運

6、行性能診斷試驗。測試數(shù)據見表1、表2： 單臺循環(huán)水泵運行（#2a泵）改造前試驗測試結果 表1測量項目名稱符號說明單位數(shù)據泵入口水位標高z1測量m-3.92泵出口水位標高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電動機功率n1測量kw2711.86泵出口管內徑id測量m1.80電動機效率e設計94.48傳動效率m設計98.0電動機電流i測量a315.00計算結果出口水的密度查表 根據p2，t2kg/m3999.74泵出口流速v2v2q/(3.14×（id/2)2)/3600m/s3.

7、67泵揚程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)運行試驗數(shù)據及計算結果 表2測量項目符號數(shù)據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泵入口中心標高z1測量m-6.10 -6.10 -6.10 -6.10 泵出口中心標高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 電動機功率n1測量kw2863.33 2848.53 2976.13 2851.22 泵出口管內徑id測量m1.80 1.80 1.80 1.80 電動機效率e設計94.48 94.48 94.48 94.48 傳動效率m設計電動機電流i測量a325.00 324.00 341.00 323.00 出口水的密度查表 根據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)據存在偏差。2、為了進一步驗證循環(huán)水泵的性能參數(shù)，根據實際的運行數(shù)據（參見控制系統(tǒng)的適時運行數(shù)據，見下圖），對循環(huán)水泵的運行性能進行了理論計算：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，設為循環(huán)水泵的楊程h，即h = 18m從以上畫面上查得凝結水流量g1 = 423 kg/s，補水量為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)水泵電機電流按i=310a，v=6kv，電機的效率d=0.92, 傳動效率不計,cos= 0.86計算則電機的輸出功率約為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：通過實際運行試驗及理論計算可以得出，泵組的實際運行效率較設計值偏低15 個百分點左右。從節(jié)約廠用

14、電，提高機組的經濟性以及機組運行安全的角度考慮，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，運行效率高，汽蝕性能優(yōu)良。電機系統(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）更換水泵的導葉體：采用高效模型，焊接結構改為鑄造結構，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）電機廠將

15、電機改造成雙速電機；改造后的達到的效果：水泵要能適應電機的雙速運行。夏季：運行兩臺泵（原運行3臺泵），單泵的流量q=28000m3/h,揚程h=24.3m,效率>82%，泵軸的功率p<2300kw。冬季：運行一臺泵（原運行2臺泵），單泵的流量q=32000m3/h,揚程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，電機進行了雙速改造，改造后，委托河北電力研究院進行了實際運行性能測試。試驗共進行了七個工況，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)。電動機效率取94.48，傳動效率取98（應該取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)軸器的傳動效率應接近100%）。測試結果如下表：#2a、2b循環(huán)水泵改造后試驗數(shù)據及計算結果測量項目符號說明單位#2a高速#2a低速#2b低速#2a、2b低速#2a低、2b高速#2b高速#2a、2b高速水泵轉速370325325325325/370370370入口標高z1測量m-1.55 -1.55 -1.45 -1.45 -1.48 -1.50 -1.51 出口標高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 泵出口管內徑id測量m1.80 1.80 1.80 1.80

18、 1.80 1.80 1.80 電動機效率e設計94.48 94.48 94.48 94.48 94.48 94.48 94.48 傳動效率m設計98.00 98.00 98.00 98.00 98.00 98.00 98.00 電動機電流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，水泵在設計工況點的效率達到了90%。循環(huán)水泵改造后的性能指標：額定轉速額定點額定轉速大流量點額定轉速大流量點低轉速額定點低轉速大流量點備 注水泵轉速nrpm370370370325/370325泵出口流量qm3/h3063236511.23645927810630091.1電動機效率e94.4894.4894.4894.4894.48傳動效率m98.0098.0098.0098.0098.00該數(shù)值應該是100泵揚程hm25.3818.2818.2323

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