660MW机组循环水泵改造.doc

660MW机组循环水泵改造达到理想的效果马立峰（沈阳鼓风机集团技术中心水泵设计部 110142）吴永海 王云华（河北邯峰发电厂，河北邯郸 056200） 摘要：针对660MW机组循环水泵存在的问题，通过对主要影响因素的分析，制定循环水泵节能技术改造的措施并实施，对改造后的性能参数进行经济性分析，为同类型循环水泵进行节能技术改造提供了科学依据和宝贵经验。更为可贵的是,该泵工作部由于部件不完整,没有在制造厂进行性能等试验,在电厂安装后,直接试车并一次取得理想的成功.关键词：660MW机组；循环水泵；扬程；流量；效率作者简介：马 立 峰：男，高级设计师，主要从事水泵的设计与研发 工作单位：沈阳鼓风机集团技术中心水泵设计部单位地址：沈阳经济技术开发区开发大路16号A 联系电话：13940091003 024-25801364吴 永 海: 男，高级工程师，主要从事汽轮机技术管理工作。 工作单位：邯峰发电厂策划部 单位地址：河北省邯郸市峰峰矿区义井镇 联系电话：0310-5215152 王 云 华: 男，工程师，主要从事汽轮机检修技术工作。 一 概述邯峰电厂装机容量一期为×660MW，安装两台由德国SIEMENS公司制造的汽轮发电机组。汽轮机为HMN系列，每台汽轮机配置有二台凝汽器，凝汽器为双背压，每台汽轮机配置3台50%容量的循环水泵向循环冷却水系统供水。夏季时运行3台泵，其它季节运行2台泵。每台汽轮机配置一座双曲线自然通风冷却塔，两台机组的6台循环水泵安装在同一座泵房。循环冷却水从冷却塔流至循环水泵的泵坑内，经循环水泵升压后送入凝汽器，循环冷却水在凝汽器内进行热交换以后进入凝汽器的退水管，然后循环水被送到冷却水塔进行冷却，循环使用。改造循环水泵的工作部（包括叶轮、导叶体、吸入喇叭口）。循环水泵的工作部完成加工后，没有条件进行试验,直接运送到电厂进行安装、运行。经过电厂试验，电研所测试，改造取得了理想的成功。口径1.8米的大泵，安装在原有的筒体中，大幅度的增加流量，且不经过制造厂的试验，直接在用户现场一次试车成功并达到理想的效果。二 循环水泵的结构及主要技术数据 该循环水泵的结构形式为转子可抽出式立式斜流泵，泵本体由3个主要部分组成，即外壳体、内壳体和转子结合部。泵内设置3套水润滑导轴承，泵组轴向力由电动机的推力轴承承担。原设计的技术数据（铭牌数据）：水泵型号：1800HTCX；流量：28080 m3/h；扬程：26m；转速：370转/分；轴功率：2286W；效率：87%；三 改造前,循环水泵存在的主要问题：由于循环水泵设计扬程要求偏高、制造工艺等因素，致使循环水泵的运行工况严重偏离循环水系统的实际工况点，造成了厂用电的极大浪费。2006年冬季，采取单泵运行，经过热力分析与计算，水泵的效率特别低，只有70左右。由于水泵的流量不足，造成机组在夏季运行时真空偏低，影响机组运行的安全性以及机组的经济性。检修时，还发现水泵的叶轮存在汽蚀现象。根据邯峰电厂循环水泵的实际情况，提出改造水泵工作部的实施方案。改造前，着重研究了邯峰电厂循环水系统的各项性能指标，针对循环水系统固有的性能指标配制循环水泵的性能。根据需要的循环水泵的性能指标，选择性能优异的水力模型，根据现在的安装条件，进行了改造。循环水泵经过改造后，不仅效率高，汽蚀性能好，流量扬程曲线也能很好的匹配邯峰电厂循环水系统管路的曲线。1、改造前试验及水泵实际情况分析：为了查清循环水泵存在问题，为实施循环水泵的节能改造和优化运行方式提供科学依据，2006年对邯峰发电厂一期工程的#2机组的循环水泵进行了实际运行性能诊断试验。测试数据见表1、表2： 单台循环水泵运行（#2A泵）改造前试验测试结果 表1测量项目名称符号说明单位数据泵入口水位标高z1测量m-3.92泵出口水位标高z2测量m-1.05泵入口压力P1测量（表压）MPa0.0262泵出口压力P2测量（表压）MPa0.190泵出口流量Q测量m3/h33596.67电动机功率N1测量kW2711.86泵出口管内径ID测量m1.80电动机效率e设计94.48传动效率m设计98.0电动机电流I测量A315.00计算结果出口水的密度查表 根据P2，T2kg/m3999.74泵出口流速V2V2Q/(3.14×（ID/2)2)/3600m/s3.67泵扬程HH=(P2-P1)/g+(c22-c12)/2g+(z2-z1)m19.68泵有效功率NcNc=pgQHkW1799.68泵轴功率N2N2N1×e×mkW2510.92泵效率ppNc/N271.67泵组效率Nc/N166.36 两台循环水泵并联运行试验数据及计算结果 表2测量项目符号数据来源及计算公式单位#2A、2C泵并联#2B、2C泵并联泵编号#2A#2C#2B#2C泵入口中心标高z1测量m-6.10 -6.10 -6.10 -6.10 泵出口中心标高z2测量m-2.30 -2.30 -2.30 -2.30 泵入口压力P1测量MPa0.05 0.05 0.05 0.05 泵出口压力P2测量MPa0.23 0.22 0.22 0.22 泵出口流量Q测量m3/h24061.70 24061.70 23375.90 23375.90 电动机功率N1测量kW2863.33 2848.53 2976.13 2851.22 泵出口管内径ID测量m1.80 1.80 1.80 1.80 电动机效率e设计94.48 94.48 94.48 94.48 传动效率m设计电动机电流I测量A325.00 324.00 341.00 323.00 出口水的密度查表 根据P2，T2kg/m3996.29 996.28 996.28 996.28 泵出口流速V2计算V2Q/(3.14×（ID/2)2)/3600m/s2.63 2.63 2.55 2.55 泵扬程H计算H=(P2-P1)/g+(c22-c12)/2g+(z2-z1)m27.71 26.68 26.66 26.66 泵有效功率Nc计算 Nc=pgQHkW1808.23 1741.39 1690.50 1690.50 泵轴功率N2计算 N2N1×e×mkW2705.27 2691.29 2811.85 2693.83 泵效率p计算 pNc/N266.84 64.70 60.12 62.75 泵组效率计算 Nc/N163.15 61.13 56.80 59.29 注：由于测试条件的限制，流量数据存在偏差。2、为了进一步验证循环水泵的性能参数，根据实际的运行数据（参见控制系统的适时运行数据，见下图），对循环水泵的运行性能进行了理论计算：为了计算简便以及尽可能把排汽热量取的较低些，排汽参数只取饱和状态时的值。循环水的比热取平均比热为c = 4.18 kj/kg 。#1凝汽汽的排汽量从热平衡图上查得在额定负荷时M1 = 161kg/s，排汽压力从上画面查得P1 = 4.03kpa(abs)查表可得在此压力下的饱和汽焓h1 = 2554.3 kj/kg查表可得在此压力下的饱和水焓h1 = 121.9 kj/kg#2凝汽汽的排汽量从热平衡图上查得在额定负荷时M2 = 171kg/s，排汽压力从上画面查得P2= 6.62kpa(abs)查表可得在此压力下的饱和汽焓h2= 2570.48 kj/kg查表可得在此压力下的饱和水焓h2 = 158.4 kj/kg从以上画面查得凝汽器循环水进口水温为t1 = 17 。从以上画面查得凝汽器循环水出口水温为t2 = 37 。循环水泵出口压力为0.18Mpa，设为循环水泵的杨程H，即H = 18M从以上画面上查得凝结水流量G1 = 423 kg/s，补水量为G2 = 8.4 kg/s。求循环水的流量G循若按热平平衡图的排汽量计算如下：#1凝汽器的排汽放热量q1= h1 - h1 = 2554.3 121.9 = 2433.4 kj/kg#2凝汽器的排汽放热量q2= h2- h2 = 2570.48 158.44= 2412.04 kj/kg两台凝汽器的放热量（汽化潜热）q = q1 M1 + q2 M2 = 2433.4 × 161 + 2412.04 × 171 = 432782.08 kj/s因循环水的吸热量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即单台循环水泵运行时的流量为10.35t/s循环水泵的有效功率Ne = r G循H / 1000 = 9.8×10.35×1000×18÷1000 = 1825 KW循环水泵电机电流按I=310A，V=6kv，电机的效率d=0.92, 传动效率不计,cos= 0.86计算则电机的输出功率约为Nf =×IVcos×0.92×3 = 310×6×0.86×0.92×3 = 2548 KW循环水泵的效率为b= Ne / Nf = 1825÷2548 = 71.6%3、循环水泵存在问题及原因分析：通过实际运行试验及理论计算可以得出，泵组的实际运行效率较设计值偏低15 个百分点左右。从节约厂用电，提高机组的经济性以及机组运行安全的角度考虑，改造循环水泵已是势在必行。四 循环水泵节能降耗改造方案改造的总原则：改造后的循环水泵必须与既有的循环水系统相匹配，运行效率高，汽蚀性能优良。电机系统及水泵的管路系统不做任何改变；水泵出水口法兰及其连接的管路，以及水泵筒体不做任何改动；新制作的工作部要匹配已有的水泵筒体。邯峰电厂的循环水泵改造的具体方案1）更换水泵的导叶体：采用高效模型，焊接结构改为铸造结构，提高水泵效率；2）更换水泵的叶轮：采用高效叶轮模型，用不锈钢铸造。不仅保证高效率，还要保证良好的汽蚀性能。3）更换叶轮室（衬环）以及吸入喇叭口；4）水泵的泵轴及外筒体不在更换范围；5）电机厂将电机改造成双速电机；改造后的达到的效果：水泵要能适应电机的双速运行。夏季：运行两台泵（原运行3台泵），单泵的流量Q=28000m3/h,扬程H=24.3m,效率>82%，泵轴的功率P<2300kW。冬季：运行一台泵（原运行2台泵），单泵的流量Q=32000m3/h,扬程H=20.25m,效率>82%，泵轴的功率P<2200kW。五 改造后的节能效果分析：2008年2月份，按照上述方案改造了2A、2B两台循环水泵，电机进行了双速改造，改造后，委托河北电力研究院进行了实际运行性能测试。试验共进行了七个工况，分别为：2A单泵高速、#2A单泵低速、#2B单泵低速、双泵低速并联、#2A泵低速#2B泵高速并联、#2B单泵高速，双泵高速并联。电动机效率取94.48，传动效率取98（应该取100%，取98%时，人为的降低了水泵的效率.弹性联轴器的传动效率为0.990.995，刚性联轴器的传动效率应接近100%）。测试结果如下表：#2A、2B循环水泵改造后试验数据及计算结果测量项目符号说明单位#2A高速#2A低速#2B低速#2A、2B低速#2A低、2B高速#2B高速#2A、2B高速水泵转速370325325325325/370370370入口标高z1测量m-1.55 -1.55 -1.45 -1.45 -1.48 -1.50 -1.51 出口标高z2测量m-2.15 -2.15 -2.15 -2.15 -2.15 -2.15 -2.15 泵入口压力P1测量（表压）MPa0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 泵出口压力P2测量（表压）MPa0.19 0.17 0.17 0.22 0.23 0.19 0.26 泵出口流量Q测量m3/h36511.2 29688.0 30091.1 50480.1 55621.0 36459.0 61264.0 电机输入功率N1测量kW2370.41 1748.67 1741.54 3731.39 4426.58 2344.64 5184.00 泵出口管内径ID测量m1.80 1.80 1.80 1.80 1.80 1.80 1.80 电动机效率e设计94.48 94.48 94.48 94.48 94.48 94.48 94.48 传动效率m设计98.00 98.00 98.00 98.00 98.00 98.00 98.00 电动机电流I测量A295.00 221.00 238.00 230/247234/308282316/313出口水的密度查表 根据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 6.07 3.98 6.69 泵扬程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 泵轴功率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泵组效率Nc/N176.64 77.40 78.30 80.47 79.03 77.16 81.65 如果刚性联轴器的传动效率按照100%计算，水泵在设计工况点的效率达到了90%。循环水泵改造后的性能指标：额定转速额定点额定转速大流量点额定转速大流量点低转速额定点低转速大流量点备 注水泵转速nrpm370370370325/370325泵出口流量Qm3/h3063236511.23645927810630091.1电动机效率e94.4894.4894.4894.4894.48传动效率m98.0098.0098.0098.0098.00该数值应该是100泵扬程Hm25.3818.2818.2323.1116.65泵效率p88.1982.7783.3385.3684.57实际比表中的数值高测试结果表明：1、#2A、#2B双泵高速并联运行时（该工况点为水泵的设计点）效率最高，泵的效率为88.19，泵组效率为81.65；2、双泵低速并联运行，泵的效率为86.91。3、#2A单泵高速运行（该工况为水泵的大流量点），泵效率为82.77，泵组效率为76.64。该工况点为水泵实际运行最低的效率点。两台泵改造后，效率提高明显。两台泵并联运行的效率达到了88.19，如果刚性联轴器的传动效率按照100%计算，水泵在设计工况点的效率达到了90%。 通过试验测试，循环水泵夏季的双泵并联运行以及冬季的单泵运行的效率均高于82%。这样的运行效果，这样的效率指标。邯峰电厂循环水泵的节能在华能系统是领先的，在国际上也是领先的。通过试验发现：双泵并联运行比单泵运行效率高，高速运行比低速运行效率高。改造前后流量及电机电流比较：水泵的出水流量增加明显，电机的电流也降低了。改造前，双泵并联运行的最大出水流量为48121t/h，电流分别为325A和323A；改造后，双泵并联运行最大出水流量为61264t/h，电机电流分别为316A和313A。单泵运行下的出水流量，改造前为33596t/h，改造后两台泵分别为36511t/h和36459t/h。改造后的节电效果评价：改造前，按照双泵并联运行4个月，单泵运行8个月计算，一年用电量为：5839×24×1202711×24×2403243.17万kWh。改造后，双泵高速运行3个月，双泵低速运行3个月，单泵低速运行6个月，一年用电量为：4426×24×903731×24×901741×24×1802514.02万kWh一年下来，可节约用电量3243.172514.02729.15万kWh电价按照0.30元/kwh计算，一年可节约费用729.15×0.30218.75万元上述节电量仅是粗略计算，如果要达到改造后的最佳经济性，需按照环境温度和机组最佳真空来优化循环水泵的运行方式，并对一年的运行数据进行统计。相信，优化运行方式后，循环水泵的节能效果会更好。六、结论和建议：通过试验效果分析，及运行实践证明，邯峰电厂2机两台循环水泵的改造是极其成功的，达到了理想的效果。彻底解决了循环水泵效率偏低的问题，改造后，节能效果及经济效益显著，需要很好的推广应用。建议在设备改造前，彻底查清设备存在的问题的实质及根本原因；选择具有技术实力的合作单位，要求设计单位能够根据现场情况，灵活设计，制造出符合现场安装条件的设备。参考文献：泵与风机 重庆大学 郭立君 主编 泵与风机节能技术 华北电力大学 吴民强 主编热力发电厂 重庆大学 郑体宽 主编