循环水泵双速改造的节能效果分析

麻建中，顾扬彪，孙永平

（1.浙江浙能兰溪发电有限责任公司，浙江兰溪321100；2.浙江省电力公司电力科学研究院，杭州310014）

循环水泵双速改造的节能效果分析

麻建中1，顾扬彪1，孙永平2

（1.浙江浙能兰溪发电有限责任公司，浙江兰溪321100；2.浙江省电力公司电力科学研究院，杭州310014）

对某600 MW超临界机组实施循泵双速改造的的效果进行了理论分析与试验验证，发现由于闭式循环水系统的冷却塔静扬程保持不变，所以循泵从高速切换至低速运行后，其出水流量、扬程和功率的变化规律并不完全符合泵转速变化的相似定律。在考虑循泵出水流量减小对凝汽器真空的负面影响因素后，提出了机组在冬季运行工况的循泵优化调整方法。

闭式循环水系统；循泵；双速改造；分析

某发电厂安装了4台超临界600 MW火电机组，循环水系统采用配置冷却塔的闭式循环，每台机组配备2台立式循环水泵（简称循泵），2台机组的4台循泵之间有联络阀，组成母管制循环水系统。设计有3种循泵切换运行方式：“一机一泵”、“两机三泵”和“一机两泵”。

循泵为汽机侧耗电量最大的辅机设备，每台循泵的电动机额定功率为3 800 kW。据统计，循泵全年用电量约占总厂用电量的1/5。为了实现机组节能降耗的目的，对2号机组进行2台循泵电动机的双速改造。完成改造后，循泵可实现多种切换运行方式。尤其在冬季循环水温度较低时，循泵采用低速运行状态可明显降低耗功量，节约厂用电。

1 改造效果的理论分析

在600 MW超临界机组上进行循泵双速改造的主要工作是：将电动机定子绕组全部更换，各线圈重新组合后，旋转磁场的极对数从原单一的16极增加至18极。异步电动机的转速n与电源频率f、转差率s、电动机极对数P等参数之间的关系式为：

由式（1）可知，改造后的循泵具备370 r/min高速和330 r/min低速两档运行转速。

式中：n为转速；Q为流量；H为扬程；P为循泵功率；下标“1”和“2”分别代表改造前、后的状态（循泵转速从370 r/min降到330 r/min）。

由这组计算公式算得：循泵出水流量下降约11%，扬程下降约21%，循泵轴功率将下降约30%，对应的电动机功率下降1 140 kW左右。

应用相似定律进行循泵双速改造前后运行参数推算必须注意的一个前提条件是：循泵从高速切换至低速运行后，循泵扬程应出现与转速（或者是流量）下降比例呈平方变化关系的降幅。采用闭式循环的冷却水系统，每台机组配置1只自然通风冷却塔，查阅冷却塔设计数据可知，配水槽与取水水面的高度差约为15.1 m。因此，循环水管路阻力特性计算公式为：

式中：H为扬程；Q为流量。

由于凝汽器出口的循环水回水必须送回到冷却塔配水槽，其静扬程保持15.1 m不变，所以循泵从高速切换至低速运行后，只是动扬程会随着循环水流量的下降而下降，循泵总扬程的变化幅度是不大的。由此可知，受闭式水系统冷却塔配水槽标高不变的影响，循泵双速改造后的扬程无法实现大幅度的变化，所以无法直接应用相似定律来推算循泵双速改造的参数变化幅度。

2 运行工作点的推算

参照循泵制造厂给出的循泵双速改造后工作点参数，循泵高速运行设计参数为：扬程21.1 m，流量13.22 m3/s，轴功率3 182 kW；循泵低速运行设计参数为：扬程19.8 m，流量10.84 m3/s，轴功率2 436 kW。

对这两组设计数据进行比较后可知：循泵切换至低速运行状态后，扬程下降约6%，出水流量下降约18%，电动机功率下降约745 kW。这一计算结果与通过泵相似定律的推算数据相比，循泵扬程变化不大，而出水流量却更少。由于扬程、流量变化的综合影响，循泵电动机耗功有所下降，但降幅不明显。由此表明循泵切换至低速运行后，受闭式水系统扬程需求变化很小这一限制因素，循泵的节能运行效果将受到一定的影响。

3 改造后的性能测试

3.1 稳定性测试

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循泵双速改造后，同样需实现各台循泵之间不同运行组合方式。由于循泵高、低速的运行特性有所不同，当循泵不同组合状态并联运行时，就有可能出现系统不稳定的情况。

因此，在完成循泵双速改造后，立即进行了循泵高、低速多种组合的稳定性测试。在表1中列出了“两机两低”和“两机两高一低”这两种运行方式的测试结果。从表中数据来看，高、低速循泵均能稳定运行，未出现循泵振动等问题。

表1 循泵高、低速组合运行的稳定性测试结果

3.2 不同组合的特性试验

为了掌握循泵双速改造后的实际运行性能，进行了各种循泵组合方式的特性试验。为保持循环水管路阻力特性不变，各试验工况下的凝汽器进/出口蝶阀一直在全开状态。有关试验结果汇总列出在表2中。

由表2可知，循泵从高速切换至低速运行后，循泵扬程降低约1.6 m，出水流量下降约15%，电动机功率下降约1 070 kW。这一试验结果与通过泵相似定律推算数据相比，除了循泵低速节电效果有所降低，同时还出现了循泵出口循环水流量明显减少的现象。当流经凝汽器的循环水流量过度减少后，必将造成凝汽器运行压力升高，这将对机组热耗率、出力产生不可忽略的影响。

表2 不同循泵组合运行特性试验结果

4 实际应用效果

为了避免因循泵低速运行出现流量下降而对凝汽器真空产生不利的影响，决定在整个冬季运行阶段，对一期1，2号机组采取投入1台高速循泵、1台低速循泵的“两机一高一低”运行方式。运行统计数据如表3所示。

表3 循泵双速改造后冬季工况的运行数据

从表2数据可知，在2台机组循泵“一高一低”的情况下，1，2号机真空都在设计值之上。这种运行方式即能节约循泵厂用电，同时又能保持较好的凝汽器运行真空，从而达到机组节能降耗的运行目的。

5 结论

（1）通过较为简单的循泵电机定子绕组接线改造，即可实现循泵的双速运行功能，大大增加了循泵切换运行的灵活性，节省机组厂用电。因此，循泵双速改造是花费不大、节能效益明显的项目。

（2）在循泵双速改造效果评价方面，传统的方法是采用相似定律来推算循泵改造前后的工作参数。而采用循泵制造厂家提供的性能特性曲线进行推算的结果表明：受闭式水系统冷却塔配水槽高度不变的限制，循泵低速运行工作点会出现往流量偏小方向的移动，这将影响循泵双速改造的节能降耗效果。而实际进行的循泵特性试验则证实了这一分析结论。

（3）考虑到采用冷却塔的闭式水系统在循泵低速运行状态会出现循环水流量下降的情况，为了避免对凝汽器真空造成不利的影响，建议在冬季运行工况采取“两机一高一低”运行方式。实际机组运行数据表明，凝汽器运行真空没有明显变化，但循泵耗功有了明显降低。

（4）建议机组长期运行过程中，根据循环水温、机组负荷等运行变化条件，在充分考虑循泵切换对厂用电和凝汽器真空影响程度的基础上，选取合理的循泵运行切换时机，从而达到最佳的循泵节能运行效果。

[1]杨诗成，王喜魁．泵与风机[M]．北京：中国电力出版社，2007．

[2]董益华，楼可炜，孙永平，等．循环水泵双速改造后的冷端优化试验研究[J]．浙江电力，2011，30（9）∶42－46．

（本文编辑：陆莹）

Analysis on Energy Saving Effect of Double Speed Transformation of Circulating Pump

MA Jian-zhong1，GU Yang-biao1，SUN Yong-ping2
（1.Zhejiang Zheneng Lanxi Power Generation Co.，Ltd.，Lanxi Zhejiang 321100，China；2.Z（P）EPC Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

This article theoretically analyzes and verifies by test the effect of double speed transformation of the circulating pump of 600 MW supercritical units.It is discovered that when the circulating pump is switched from high speed to low speed，the change rule of outlet flow，range of lift and power of the circulating pump is not in full compliance with similarity rule of its rotation speed change due to the unchanged net lift of the cooling tower of closed cooling water system.In consideration of negative impact of reduced outlet flow of the circulating pump on condenser vacuum，the paper proposes an optimization and adjustment method for operating condition of units in winter.

closed circulating water system；CWP；double speed transformation；analysis

TK264.1

：B

：1007-1881（2013）05-0046-03

2012-11-30

麻建中（1972-），男，浙江松阳人，工程师，从事火力发电厂设备管理工作。