高效節能型循環泵的應用
2018-10-11 16:30:13
循環水系統設計中最重要部分就是自然通風冷卻塔、循環泵的合理選擇配置，在循環水系統建設中它們的投資費用最多、施工最復雜，對電廠總投資影響(influence)最大。直接影響電力工程(Engineering)建設的單位造價與電廠投資回收年限。
供水系統(system)優化設計是系統方案選擇(xuanze)的基礎，其中對方案設計影響(influence)最大的是循環泵電動機的年費用。在保證汽輪機運行安全滿負荷發電的前提下，如何降低電動機的年費用，值得每一位工程(Engineering)設計人員思考。
本文將直面上述問題進行研究。從降低電動機年費用(expense)出發，研究循環泵與電動機的工作效率，在滿足汽輪機各種運行工況(包括純凝工況、最大抽氣工況、及額定抽氣工況)前提下，降低循環泵配用電動機無功功率（指物體在單位時間內所做的功的多少），提高電動機效率。
近年來隨著國家新一輪經濟建設高潮的到來，全國各地相繼建設有一大批135MW國產超高壓、中間再熱機組。我們先后設計了16臺135MW機組，對135MW機組循環水系統中循環泵選擇，本著對電廠長期經濟安全運行為宗旨，推廣使用高效節能型循環泵。
1、高效節能型循環泵簡介
1.1 高效節能型循環泵概述：
國內大部分100M
W、125MW，135MW機組的循環供水系統(system)中，大多數采用一臺機組配二臺循環泵的常規布置，這種配置模式符合《火力發電廠技術規程、標準》，也符合電力系統行業《水工技術規定》，在電廠設計中廣泛使用。
對電廠工程建設項目進行經濟分析(Analyse)發現，火力發電廠采用一機二泵常規模式布置循環水系統年運行費用比較高，設計上存在一些不足主要表現在：
循環泵設計點參數偏離系統運行值，水泵效率不高。
對已投產運行的循環泵調查發現，電廠普遍存在循環泵的運行效率除部分時間外大部分時間循環泵的運行效率不高，大多數時間水泵效率只有60%左右，很顯然它不屬于水泵的高效范圍。
水泵運行方式對循環系統的流量變化不太敏感
對于單一工況運行的汽輪機，汽輪機凝汽器冷卻水量隨著每年季節的變化大幅度波動;對于變工況運行的汽輪機，伴隨著汽輪機抽汽量的增加，系統冷卻水量大幅度最大化減少。上海凱泉泵業集團有限公司性能的技術參數有流量、吸程、 揚程、軸功率、水功率、效率等；根據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。火力發電廠采用一機二泵常規模式設置存在著全年大部分時間運行一臺水泵供水量不足，二臺水泵供水量過大的現象，水泵運行調節困難，不利于汽輪機形成最有利的真空度，白白的浪費電能，為了從根本上解決循環泵的配置與系統流量變化的不一的問題(Emerson)，提高循環泵的運行效率，生產、開發高效節能型水泵事在必然。
1.2 高效節能型循環泵特點
本文從循環泵高效、節能出發，介紹一種新型G系列循環泵的特點，并以G48Sh新型循環泵在135MW機組設計中的運用為例給予重點說明。
G48Sh新型循環泵的設計參數與電廠循環水系統實際阻力參數相吻和，水泵運行效率較高。對投產運行的100多臺G48Sh循環泵進行抽樣試驗、檢測發現，G48Sh水泵實際運行效率為84-88%，比135MW機組常規模式布置一機配二臺同型號水泵48Sh-22的實際效率提高了25%。
G48Sh新型循環泵配用電動機采用雙極數、雙轉速運行。根據每年季節不同汽輪機凝汽器冷卻水量大幅度改變，電動機通過調整電動機極數與轉速使電動機輸出功率發生改變，從而使循環泵的供水量、水壓發生改變。增加了系統的調節靈活性，最大限度地節約廠用電負荷。
例如，夏季一臺G48Sh高效節能型水泵采用高轉速運行，在水泵功率（指物體在單位時間內所做的功的多少）相當的情況下比二臺48Sh-22水泵供水量多3000噸/小時;冬季一臺G48Sh 高效節能型水泵采用低轉速運行，在系統(system)供水量相當情況下水泵配用電動機功率由1080KW降至680KW，功率降幅達30%以上，相當于每臺水泵每年可節省電量230萬度。凱泉泵業由此可見，若離心泵葉輪不斷旋轉，則可連續吸水、壓水，水便可源源不斷地從低處揚到高處或遠方。綜上所述，離心泵是由于在葉輪的高速旋轉所產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，由于山區比平原大氣壓力低，因此同一臺水泵在山區，特別是在高山區安裝時，其安裝高度應降低，否則也不能吸上水來。
G48Sh高效節能型循環泵的引入優化了循環水系統水力條件，加寬了水泵高效區段的變化范圍，可保證循環泵在兩個不同轉速下實際的運行效率不低于85%，提高了水泵的效率。凱泉泵業由此可見，若離心泵葉輪不斷旋轉，則可連續吸水、壓水，水便可源源不斷地從低處揚到高處或遠方。綜上所述，離心泵是由于在葉輪的高速旋轉所產生的離心力的作用下，將水提向高處的。
G48Sh高效節能型循環泵的引入，改變了一臺汽輪機配二臺循環泵(簡稱一機二泵)等容量配置模式的常規設計主導思想，提出不等容量大、小水泵配置的設計概念。大水泵有高轉速、低轉速，小水泵也有高轉速、低轉速，由此組合出多種水泵運行工況，并且互相備用。基本滿足汽輪機的變工況運行要求。高效節能型循環泵采用臥式泵殼，運行、檢修非常方便。
1.3 高效節能型循環泵的配置
我們先后設計了18臺135MW機組國產超高壓、中間再熱機組。這些電廠有一個共同的特性，基本上是企業自發自用，企業除了有穩定的電力需求外還有一定的供熱負荷，企業的供熱負荷波動較大。使得電廠循環水系統(system)的循環水量大幅度改變。在沒有供熱負荷時，供熱機組基本上在純凝汽工況運行，這種情況往往出現在每年的夏季。隨著冬季的來臨，生產供熱負荷與生活采暖負荷增加，使機組供熱負荷大幅度提高，極端情況下，機組會超額定抽汽工況運行。這些企業多數位于我國的華北、東北與西北地區，采暖時間較長，每年固定采暖期有 4-6個月，個別年限采暖期更長。機組如此長時間抽汽供熱運行，使得電廠循環水流量長時間在較低的情況下運行，考慮電廠長期經濟運行要求，循環泵的供水流量和揚程的高效范圍(fàn wéi)要求很長。
以135MW供熱機組為例：夏季機組汽輪機VWO工況時，汽輪機凝汽器凝汽量為324.17t/h，1臺機組的循環水量為19640t/h;汽輪機額定抽汽工況時，汽輪機凝汽器凝汽量為223.36t/h，1臺機組的循環水量為12274 t/h;汽輪機在最大抽汽工況時，汽輪機凝汽器凝汽量142.66t/h，機組的循環水量為4700 t/h。循環水系統的流量從4700t/H--19000T/H變化，按照常規等容量水泵布置為滿足機組最小熱負荷的冷卻水要求配置循環泵流量為 9800T/H-11700T/H，供水揚程約18.0-21.5米，二臺水泵并聯運行。
在額定抽汽工況下,一臺水泵運行,由于循環水量減少、系統的水阻下降,水泵的流量12274T/H,揚程將下降至15.0-16.0米，在汽輪機在最大抽汽工況時,為滿足循環水系統要求運行一臺水泵，由于供水量大幅度減少，使水泵揚程大幅度提高,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間減少，降低了冷卻塔的冷卻效果。當然淋水填料熱交換的效果降低在冬季不會引取太多的注意(attention)，但是水泵運行肯定會移出水泵的高效范圍，水泵的效率降低，電動機無功功率增加白白得浪費電能。由于循環泵的電動機功率710KW，長時間運行不利于電廠節能。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、高揚程要求也要滿足小流量低揚程要求，出現大、小水泵和高低轉速運行方式。這種配置模式強調大水泵高流量、高轉速按照系統的最大流量選擇(xuanze)，供水流量與揚程滿足系統的要求。小水泵的高流量、高轉速按照系統流量的60%的選擇，作為大水泵的備用水泵;大水泵的小流量、低轉速選擇按照小水泵的高流量、高轉速選擇，作為小水泵的高速備用水泵;小水泵的低流量、低轉速完全按照系統最小流量、與系統要求的供水揚程選擇，此時無其它備用水泵。這種通過機組抽汽工況的改變，自動調整水泵的大、小及水泵的高、低轉速運行，使水泵供水量基本符合系統的循環水量的要求。
2 高效節能型循環泵的使用情況(Condition)
電廠2臺125MW機組配備4臺48SH-22同型號循環泵運行。上海凱泉泵業集團有限公司性能的技術參數有流量、吸程、 揚程、軸功率、水功率、效率等；根據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。在一年大部分時間里供水系統確實存在單臺水泵運行供水流量不足，2臺水泵并聯運行廠用電又增加過大，水泵效率低下影響機組的經濟運行。1998年10月將4#水泵(48SH-22)更換成G48SH高效節能水泵，高效節能水泵投產運行后，電廠委托廣東電力試驗研究所進行了高效節能水泵性能測試，試驗結果表明：高效節能水泵在高、低轉速時的實際運行效率分別高達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，同時新水泵運行調節靈活。
電廠2臺125MW機組采用二次循環供水系統，系統配置4臺48SH-22型同型號循環泵，水泵運行方式采用夏季三臺水泵運行，其他季節二臺運行。因為發現單臺水泵運行時的流量不足、效率低，1998年6月將循環泵改成高效G48SH水泵。高效G48SH水泵投運后，電廠委托廣東電力試驗研究所對新水泵效率進行檢測試驗, 試驗結果表明：新泵在高轉速時的流量達16537t/h，實際運行效率高達87.78%、電動機功率1002KW;低轉速時的流量達13080t/h，實際運行效率為86.12%、電動機功率646KW，水泵運行工況與機組運行工況基本吻合。原水泵實際運行點流量14400t/
H、效率59.62%、電動機功率1089KW;最高效率70%時流量為11540t/h，水泵運行工況與機組運行工況不符。由此可見新泵供水量比舊泵大2137 t/
H、效率高、電動機的功率（指物體在單位時間內所做的功的多少）低87.7KW;新泵低速運行時單臺水泵每小時節省443KW。
1998年12月由原電力工業部科學技術司組織鑒定,頒發科學技術成果鑒定證書在全國予以推廣。
3、結論
當然任何新技術的推廣都需要一個認識過程, 高效節能型循環泵的最大特性是節能、工作效率高。但是它是否適合所有地區、所有135MW機組的運行工況還需要更多的實際應用證明(zhèng míng)，更需要因地制宜的選擇。推廣高效節能型循環泵不僅涉及到電廠循環泵的配置、水泵備用與水泵運行費用問題，而且關系到水泵與汽輪機運行的聯鎖控制問題等等，尤其在長江邊取水泵房必須謹慎選擇，高效節能型循環泵的幾何尺寸較等容量水泵大的多，對江邊取水泵房而言，設備及設備運行費用不及取水泵房結構費用與施工費用，特別是水源枯水位與最高水位相差較大的時候。