抽汽供热式机组热网循环水泵安全节能优化改进探讨

张铁海　王宏刚　冯云山　王小霞　王永标　王利军

摘 要：热网循环水泵是供热系统中最主要的设备之一，其选型是否合适，对供热系统的正常运行至关重要。一部分热电联产机组的热网循环水泵设计选型时扬程偏高，使得水泵出口阀处于严重节流状态，一方面由于严重的节流损失使其运行经济性大为下降，另一方面存在着泵的振动增加、电机易过负荷等安全风险，使其安全经济性大为下降。通过对存在该类问题的热网循环水泵进行安全节能优化改进实例探讨，进一步分析引起这一问题的原因、后果和可以采取的补救措施。

关键词：热网循环水泵；节流损失；安全；节能；优化改进

引言

一些热电联产的抽汽供热式机组，由于其热网系统在设计时存在供热面积不确定的因素，通常采取用最大的供热面积来进行热网的设备选型。在实际运行中存在热网设备容量偏大的问题，尤以热网循环水泵扬程偏高的问题最为突出。目前多数电厂解决该类问题的办法是节流水泵出口阀来改变热网管网特性曲线，导致热网循环水泵运行的安全经济性大为下降。以某热电厂热网循环水泵安全节能优化改进为实例，分析探讨引起这一问题的原因和危害，提出解决该类问题的优化改进方法。

1.概况及存在问题

1.1 概况。某热电厂为城市集中供热的主要热源点之一，电厂热力站（以下简称供热首站）内布置四台加热器，五台热网循环水泵，设计最大供热面积800万平方米，最大供水流量8000t/h，供回水温度130/70℃，其热网循环水泵主要特性如下：型号KQSN400-M4/900T，流量1943t/h，扬程1.78MPa，转速1480rpm，配用电动机功率1400KW。

1.2 实际运行中存在问题。一是热网循环水泵出口管路上电动闸阀仅能打开全开度的1/5左右，而此时电动机电流已达额定值。二是热网循环水泵多次发生电机烧损和泵轴承损坏的现象。即热网循环水泵提供的扬程很大一部分消耗在了水泵出口阀的节流损失上，造成能源的极大浪费。另出口阀长期节流水流冲刷阀芯加重，导致出口阀失去关断功能，成为极大的安全隐患。

2.原因分析：

造成上诉状况的根源在于循环水泵特性曲线与热网管路特性曲线无交点，如图1所示。左上部分G-H线为KQSN400-M4/900T的流量-扬程曲线（四台泵并列运行时的G-H曲线），下部的虚线为供热管网特性曲线，它与G-H曲线无交点，B、C点为理想的工作点。在虚线上方的实线为水泵出口阀门节流后的管路网特性曲线，它与G-H曲线的交点A既为水泵的实际工作点，对应流量为8000m3/h，扬程1.69MPa（169mH2O），图中△H为节流损失。产生这一情况与以下原因有关：

2.1泵选型时扬程选取偏高

1）运行中通过试验测试热网管路实际阻力为115 mH2O（流量8000 m3/h）。

2）泵的设计扬程178 mH2O远高于管网实际阻力。由图1、可知：理想的水泵工作点扬程H=△P=115 mH2O。即：泵的实际扬程178 mH2O远远偏离泵理想工作点扬程115 mH2O。

2.2实际运行中热网循环水量达不到设计值，管路阻力随流量降低而减小。电厂实际运行中供水流量保持在5000 t/h，对应热网管路阻力50 mH2O左右，也即热网循环水泵只须提供50 mH2O的扬程即可。电厂配置扬程均为178 mH2O的五台热网循环水泵，远远超出实际运行的需要。

3.安全节能优化改进内容

3.1 KQSN400-M4/900T型泵叶轮切削。综合热网系统热负荷实际值、设计值以及安全裕量等因素，确定热网循环水泵改后参数为：流量2200t/h，扬程115mH2O。根据模型试验及优化设计计算，采用特殊的车削方式车削叶轮外径13.08%。

3.2 KQSN400-M4/900T型泵原叶轮、蜗壳通流部分改造。为了弥补叶轮车削后泵效率下降和进一步提高泵流量、效率、汽蚀性能及泵的稳定性，进行如下改进：

1）叶轮叶片进出口叶型优化；2）叶轮轴面流道型线的优化；3）叶轮整体流道优化；4）在国内首次采用镶焊的特殊加工工艺，将双隔舌加长438mm，隔舌端头采用鱼头形叶型，扩大喉口面积13.6%，提高泵的流量和效率；

3.3 提高检修装配工艺

1）叶轮做静平衡、高速动平衡试验和探伤检查；2）严格按厂家工艺要求进行组装，并保证合理的密封间隙；3）为了避免低流量时转子串动，提高泵的稳定性，组装时必须将轴头侧推力轴承外圈压死；

4.优化改进结果及分析

4.1优化改进前后性能测试及效果对比分析。在改前和改后对热网循環水泵分别进行了不同工况下的性能测试，测试结果见图2，由图2对比分析得出：

〖KH*2〗〖JZ〗〖XC张铁海2.TIF；%60%60〗〖TS（〗〖JZ〗〖HT7.H〗〖TS）〗

1）单泵运行时，电流下降了50A左右；双泵运行时电流之和下降了62A左右，平均每小时节电480Kwh以上，整个供热期6个月，可节电207万Kwh，按上网电价0.31元/Kwh计算，年效益64.17万元；

2）#5热网循环水泵改后泵的效率提高了3-8%，最高运行效率从72.93%提高到了79.15%，居国内先进水平；

4.2 改后热网循环水泵运行平稳振动小，解决了泵轴承易损坏的问题。

4.3 改后#5热网循环水泵出口阀全开后，电机电流128A低于额定值160A，解决了电机易过负荷的问题。

5.结论

本次热网循环水泵安全节能优化改进在所有部件及管道均不变动的前提下，通过叶轮切削及叶轮、蜗壳通流部分改造，解决了运行中泵设计扬程高，电机易过负荷的问题，泵的安全稳定性得到提高，优化改进所取得的节能效果显著。（作者单位：包头第一热电厂）

参考文献

[1] 李善化等，集中供热管道水力计算，《集中供热设计手册》1996年

[2] 武学素，供热的调节方法，《热电联产》1988年7月

[3] 华北电力节能检测中心等，水泵的性能检测，《电力节能检测实施细则》2007年7月