高效节能型循环泵的应用
2018-10-11 16:30:13
循环水系统设计中最重要部分就是自然通风冷却塔、循环泵的合理选择配置，在循环水系统建设中它们的投资费用最多、施工最复杂，对电厂总投资影响(influence)最大。直接影响电力工程(Engineering)建设的单位造价与电厂投资回收年限。
供水系统(system)优化设计是系统方案选择(xuanze)的基础，其中对方案设计影响(influence)最大的是循环泵电动机的年费用。在保证汽轮机运行安全满负荷发电的前提下，如何降低电动机的年费用，值得每一位工程(Engineering)设计人员思考。
本文将直面上述问题进行研究。从降低电动机年费用(expense)出发，研究循环泵与电动机的工作效率，在满足汽轮机各种运行工况(包括纯凝工况、最大抽气工况、及额定抽气工况)前提下，降低循环泵配用电动机无功功率（指物体在单位时间内所做的功的多少），提高电动机效率。
近年来随着国家新一轮经济建设高潮的到来，全国各地相继建设有一大批135MW国产超高压、中间再热机组。我们先后设计了16台135MW机组，对135MW机组循环水系统中循环泵选择，本着对电厂长期经济安全运行为宗旨，推广使用高效节能型循环泵。
1、高效节能型循环泵简介
1.1 高效节能型循环泵概述：
国内大部分100M
W、125MW，135MW机组的循环供水系统(system)中，大多数采用一台机组配二台循环泵的常规布置，这种配置模式符合《火力发电厂技术规程、标准》，也符合电力系统行业《水工技术规定》，在电厂设计中广泛使用。
对电厂工程建设项目进行经济分析(Analyse)发现，火力发电厂采用一机二泵常规模式布置循环水系统年运行费用比较高，设计上存在一些不足主要表现在：
循环泵设计点参数偏离系统运行值，水泵效率不高。
对已投产运行的循环泵调查发现，电厂普遍存在循环泵的运行效率除部分时间外大部分时间循环泵的运行效率不高，大多数时间水泵效率只有60%左右，很显然它不属于水泵的高效范围。
水泵运行方式对循环系统的流量变化不太敏感
对于单一工况运行的汽轮机，汽轮机凝汽器冷却水量随着每年季节的变化大幅度波动;对于变工况运行的汽轮机，伴随着汽轮机抽汽量的增加，系统冷却水量大幅度最大化减少。上海凯泉泵业集团有限公司性能的技术参数有流量、吸程、 扬程、轴功率、水功率、效率等；根据不同的工作原理可分为 容积水泵、叶片泵等类型。 容积泵是利用其工作室容积的变化来传递能量； 叶片泵是利用回转叶片与水的相互作用来传递能量，有 离心泵、 轴流泵和 混流泵等类型。火力发电厂采用一机二泵常规模式设置存在着全年大部分时间运行一台水泵供水量不足，二台水泵供水量过大的现象，水泵运行调节困难，不利于汽轮机形成最有利的真空度，白白的浪费电能，为了从根本上解决循环泵的配置与系统流量变化的不一的问题(Emerson)，提高循环泵的运行效率，生产、开发高效节能型水泵事在必然。
1.2 高效节能型循环泵特点
本文从循环泵高效、节能出发，介绍一种新型G系列循环泵的特点，并以G48Sh新型循环泵在135MW机组设计中的运用为例给予重点说明。
G48Sh新型循环泵的设计参数与电厂循环水系统实际阻力参数相吻和，水泵运行效率较高。对投产运行的100多台G48Sh循环泵进行抽样试验、检测发现，G48Sh水泵实际运行效率为84-88%，比135MW机组常规模式布置一机配二台同型号水泵48Sh-22的实际效率提高了25%。
G48Sh新型循环泵配用电动机采用双极数、双转速运行。根据每年季节不同汽轮机凝汽器冷却水量大幅度改变，电动机通过调整电动机极数与转速使电动机输出功率发生改变，从而使循环泵的供水量、水压发生改变。增加了系统的调节灵活性，最大限度地节约厂用电负荷。
例如，夏季一台G48Sh高效节能型水泵采用高转速运行，在水泵功率（指物体在单位时间内所做的功的多少）相当的情况下比二台48Sh-22水泵供水量多3000吨/小时;冬季一台G48Sh 高效节能型水泵采用低转速运行，在系统(system)供水量相当情况下水泵配用电动机功率由1080KW降至680KW，功率降幅达30%以上，相当于每台水泵每年可节省电量230万度。凯泉泵业由此可见，若离心泵叶轮不断旋转，则可连续吸水、压水，水便可源源不断地从低处扬到高处或远方。综上所述，离心泵是由于在叶轮的高速旋转所产生的离心力的作用下，将水提向高处的。上海凯泉如安装过高，则不吸水；此外，由于山区比平原大气压力低，因此同一台水泵在山区，特别是在高山区安装时，其安装高度应降低，否则也不能吸上水来。
G48Sh高效节能型循环泵的引入优化了循环水系统水力条件，加宽了水泵高效区段的变化范围，可保证循环泵在两个不同转速下实际的运行效率不低于85%，提高了水泵的效率。凯泉泵业由此可见，若离心泵叶轮不断旋转，则可连续吸水、压水，水便可源源不断地从低处扬到高处或远方。综上所述，离心泵是由于在叶轮的高速旋转所产生的离心力的作用下，将水提向高处的。
G48Sh高效节能型循环泵的引入，改变了一台汽轮机配二台循环泵(简称一机二泵)等容量配置模式的常规设计主导思想，提出不等容量大、小水泵配置的设计概念。大水泵有高转速、低转速，小水泵也有高转速、低转速，由此组合出多种水泵运行工况，并且互相备用。基本满足汽轮机的变工况运行要求。高效节能型循环泵采用卧式泵壳，运行、检修非常方便。
1.3 高效节能型循环泵的配置
我们先后设计了18台135MW机组国产超高压、中间再热机组。这些电厂有一个共同的特性，基本上是企业自发自用，企业除了有稳定的电力需求外还有一定的供热负荷，企业的供热负荷波动较大。使得电厂循环水系统(system)的循环水量大幅度改变。在没有供热负荷时，供热机组基本上在纯凝汽工况运行，这种情况往往出现在每年的夏季。随着冬季的来临，生产供热负荷与生活采暖负荷增加，使机组供热负荷大幅度提高，极端情况下，机组会超额定抽汽工况运行。这些企业多数位于我国的华北、东北与西北地区，采暖时间较长，每年固定采暖期有 4-6个月，个别年限采暖期更长。机组如此长时间抽汽供热运行，使得电厂循环水流量长时间在较低的情况下运行，考虑电厂长期经济运行要求，循环泵的供水流量和扬程的高效范围(fàn wéi)要求很长。
以135MW供热机组为例：夏季机组汽轮机VWO工况时，汽轮机凝汽器凝汽量为324.17t/h，1台机组的循环水量为19640t/h;汽轮机额定抽汽工况时，汽轮机凝汽器凝汽量为223.36t/h，1台机组的循环水量为12274 t/h;汽轮机在最大抽汽工况时，汽轮机凝汽器凝汽量142.66t/h，机组的循环水量为4700 t/h。循环水系统的流量从4700t/H--19000T/H变化，按照常规等容量水泵布置为满足机组最小热负荷的冷却水要求配置循环泵流量为 9800T/H-11700T/H，供水扬程约18.0-21.5米，二台水泵并联运行。
在额定抽汽工况下,一台水泵运行,由于循环水量减少、系统的水阻下降,水泵的流量12274T/H,扬程将下降至15.0-16.0米，在汽轮机在最大抽汽工况时,为满足循环水系统要求运行一台水泵，由于供水量大幅度减少，使水泵扬程大幅度提高,直接造成冷却塔涌水,加大淋水装置配水槽的流速，水流在淋水填料上热交换的时间减少，降低了冷却塔的冷却效果。当然淋水填料热交换的效果降低在冬季不会引取太多的注意(attention)，但是水泵运行肯定会移出水泵的高效范围，水泵的效率降低，电动机无功功率增加白白得浪费电能。由于循环泵的电动机功率710KW，长时间运行不利于电厂节能。在这种情况下要求一种新的水泵配置模式，既要满足大流量、高扬程要求也要满足小流量低扬程要求，出现大、小水泵和高低转速运行方式。这种配置模式强调大水泵高流量、高转速按照系统的最大流量选择(xuanze)，供水流量与扬程满足系统的要求。小水泵的高流量、高转速按照系统流量的60%的选择，作为大水泵的备用水泵;大水泵的小流量、低转速选择按照小水泵的高流量、高转速选择，作为小水泵的高速备用水泵;小水泵的低流量、低转速完全按照系统最小流量、与系统要求的供水扬程选择，此时无其它备用水泵。这种通过机组抽汽工况的改变，自动调整水泵的大、小及水泵的高、低转速运行，使水泵供水量基本符合系统的循环水量的要求。
2 高效节能型循环泵的使用情况(Condition)
电厂2台125MW机组配备4台48SH-22同型号循环泵运行。上海凯泉泵业集团有限公司性能的技术参数有流量、吸程、 扬程、轴功率、水功率、效率等；根据不同的工作原理可分为 容积水泵、叶片泵等类型。 容积泵是利用其工作室容积的变化来传递能量； 叶片泵是利用回转叶片与水的相互作用来传递能量，有 离心泵、 轴流泵和 混流泵等类型。在一年大部分时间里供水系统确实存在单台水泵运行供水流量不足，2台水泵并联运行厂用电又增加过大，水泵效率低下影响机组的经济运行。1998年10月将4#水泵(48SH-22)更换成G48SH高效节能水泵，高效节能水泵投产运行后，电厂委托广东电力试验研究所进行了高效节能水泵性能测试，试验结果表明：高效节能水泵在高、低转速时的实际运行效率分别高达87.78%与 86.11%，比未改造的其他水泵48SH-22效率分别提高28.26%和26.5%，耗电量明显最大化减少，同时新水泵运行调节灵活。
电厂2台125MW机组采用二次循环供水系统，系统配置4台48SH-22型同型号循环泵，水泵运行方式采用夏季三台水泵运行，其他季节二台运行。因为发现单台水泵运行时的流量不足、效率低，1998年6月将循环泵改成高效G48SH水泵。高效G48SH水泵投运后，电厂委托广东电力试验研究所对新水泵效率进行检测试验, 试验结果表明：新泵在高转速时的流量达16537t/h，实际运行效率高达87.78%、电动机功率1002KW;低转速时的流量达13080t/h，实际运行效率为86.12%、电动机功率646KW，水泵运行工况与机组运行工况基本吻合。原水泵实际运行点流量14400t/
H、效率59.62%、电动机功率1089KW;最高效率70%时流量为11540t/h，水泵运行工况与机组运行工况不符。由此可见新泵供水量比旧泵大2137 t/
H、效率高、电动机的功率（指物体在单位时间内所做的功的多少）低87.7KW;新泵低速运行时单台水泵每小时节省443KW。
1998年12月由原电力工业部科学技术司组织鉴定,颁发科学技术成果鉴定证书在全国予以推广。
3、结论
当然任何新技术的推广都需要一个认识过程, 高效节能型循环泵的最大特性是节能、工作效率高。但是它是否适合所有地区、所有135MW机组的运行工况还需要更多的实际应用证明(zhèng míng)，更需要因地制宜的选择。推广高效节能型循环泵不仅涉及到电厂循环泵的配置、水泵备用与水泵运行费用问题，而且关系到水泵与汽轮机运行的联锁控制问题等等，尤其在长江边取水泵房必须谨慎选择，高效节能型循环泵的几何尺寸较等容量水泵大的多，对江边取水泵房而言，设备及设备运行费用不及取水泵房结构费用与施工费用，特别是水源枯水位与最高水位相差较大的时候。