600MW 机组循环水泵增容改造及经济性研究

甘淑芳

（江西赣能股份有限公司丰城二期发电厂，江西丰城 331100）

0 引言

在国家出台了一系列具有强制性节能措施的大背景下，节能降耗已成为各火力发电厂生产中的重要任务。为此，各发电集团及火电厂均设法通过各种途径来提高机组运行的经济水平，600 MW 机组凝汽器真空值是影响机组经济性和安全性的重要指标，因此保证凝汽器最佳真空是发电厂节能的一项重要内容。据估算，凝汽器真空度每提高1%，则机组的煤耗下降1%。凝汽器真空值受到凝汽器的传热性能、真空系统严密性、循环水温度及循环水流量以及真空泵等因素影响。由于循环水泵的功率在厂用电率中占较大比例，故提高循环水泵的出力和效率、优化循环水量匹配是提高机组真空、降低机组煤耗的有效途径。

本文以丰城二期发电厂四台循环水泵增容改造为背景，详细介绍了循环水泵最佳改造方法，并根据改造后的实测数据，计算出对机组真空及经济性的影响。

1 循环水系统设备概述及改造背景

1.1 设备概述

丰城二期发电厂的循环水系统为开式循环，由四台循环水泵通过取水头经取水涵管从赣江取水，供两台机使用。循环水系统采用母管式，一台机采用一根DN3200的母管供水，两根母管用联络门联接。采用一机双泵的形式。循环水泵电机功率为3 500 kW，电压等级为6 kV。凝汽器为上海动力设备有限公司生产的N-40000 型，其形式为双背压、双壳体、单流程、表面式、横向布置，它由低压侧的凝汽器A和高压侧的凝汽器B组成。水泵性能参数：

1）一台660 MW 机组配二台水泵，并联运行时为循环水泵设计运行工况点，每台泵设计运行工况保证点为：Q=9.8 m3/s，H=26.2 m，η≥85%。

2）一台660 MW机组配一台水泵运行时为循环水泵工况点，每台泵设计运行工况保证点为：Q=13.0 m3/s，H=21.4 m，η≥88%。

1.2 改造背景

电厂在循环水泵设计选型的时候，夏季工况的时候赣江设计水位是按21.15 m设计计算的，而冬季是按20.22 m 设计计算的。最后计算出来夏季水泵需要的总扬程为24.70 m，冬季为20.9 m。所以最后选定循环水泵扬程为21.2～25.5 m。但随着江水水位的逐年下降，现在实际的江水位出现了较大的变化，夏季水位基本维持在17～18 m左右运行，而在2009年的11月份赣江水位一度到达历史最低水位15.9 m。比当时循泵设计的时候赣江水位低4 m多，导致循环水泵严重偏离了设计工况运行，将2009年6月3日与2009年10月11日两天6 号机运行数据进行对比，如表1所示。

表1 6号机组运行参数总表

从上面的数据可以看出，在机组平均负荷相差不大的情况下，河水温度基本相同，由于赣江水位不同，凝汽器真空相差达到了0.95 kPa，折算成对煤耗影响也达到了3克以上。

与水泵厂家的技术专家进行沟通后，经过计算后认为：根据记录运行参数，水泵目前实际运行的扬程在25～29 m，轴功率约3 160 kW；在扬程29 m 时，已经超出目前水泵的最小流量点的范围，水泵长时间在小流量运行，不仅造成机组的真空不理想，影响机组的经济运行，而且循泵在不可靠区域运行，可能产生振动、汽蚀等，严重影响机组的安全运行。而与省内同类型电厂黄金埠电厂相比，在凝汽器端差、真空严密性基本相同，平均负荷相差也不大的情况下，凝汽器真空比黄金埠电厂小，相差最大的达到了1.89%，如果折算成对煤耗影响就达到了5 克以上。

2 改造方案的论证与实施

高效系列化节能的泵，是泵节能的根本措施，从设计方面考虑提高泵效率的方法有多种，但主要的措施是采用三元流动叶轮，可使在同等流量、压力条件下的泵效率提高。在泵的改造过程中，应用高效叶轮代替旧的低效叶轮或叶片可以取得理想的效果。根据循环水泵目前运行性能状况，决定在不改变循环水供水管道，不改变循环泵及电机外形安装尺寸的基础上，达到循环泵的增容优化改造的目标。

经过调研和多方论证，最终形成了一系列可行的方案并由水泵厂家对循环泵实施改造。泵出口管道可以保持不变，泵的筒体也不变，只是改变泵的叶轮，将原来由3 片式叶轮改为4 片式叶轮，叶轮的出口直径由Φ1 670 变为Φ1 680，进口由Φ1 350变为Φ1 300。改变的部件也不多,配套的电机功率也基本在3 500～3 600 kW，但泵由SEZ2000-1670/1350 型变成了SEZ2000-1680/1300 型，循泵的设计水位变成16.3 m，泵的流量在赣江水位达到16.3 m的时候增加明显，可以适应目前赣江水位的情况，满足机组运行的要求。

2.1 泵运行性能曲线分析

根据水泵厂家提供旧泵与新泵运行性能曲线可以看出;

第一，新泵运行的最大扬程达到了34.5 m，已经远远超出了旧泵最大28 m的扬程，新泵的运行效率也到了最佳；

第二，新泵流量增加明显。在扬程一样的情况下，新泵流量比旧泵的流量明显增加。水泵出口扬程越大，新泵流量增加比旧泵更明显，也就是说在水位越低的情况下，新泵的流量比旧泵的流量有更大的增加。

2.2 新泵并列运行分析

其中：Hc——泵运行状态下的总扬程；

K——静扬程；

B——与泵和管道有关的一个常数；

Q——流量。

由于循环水管路长，且循环水管道运行后内壁出现如贝壳类的微生物，引起管道实际运行的水阻比设计大，即B 增大，使设计的管道特性曲线变陡，而当赣江水位上升，引起静扬程K 减少，使特性曲线下移。

假设目前旧泵运行的流量为4 m3/s，那么可以计算出现在的管道的阻力，也就是可以得出相应的实际管路特性，根据这个实际运行的管路曲线，就可以得出实际运行的新泵的流量数据，如表2所示。

表2 新泵的流量数据

从上面的数据也可以知道，在这种情况下，改造后的泵流量由改造前的4 m3/s变成了现在的7.725 m3/s，泵的流量增加达到了93%。

由于目前运行的总扬程Hc 和静扬程K 是一定的，随着Q 的增大，也就是说B 减小，管道特性曲线就会变得更平缓，新泵的流量也会随之增大。

2.3 新泵改造后对电机功率和电流影响分析

新泵设计赣江水位是按照16.3 m 设计，如果赣江出现洪水的时候，泵的电机也不会出现超功率及超电流的情况，因为从上面的功率特性曲线可以看出，电机最大功率是3 280 kW,赣江水位上升，泵的扬程减少，电机运行的功率会随之减小，泵运行的流量会增加。最大功率3 280 kW 距离电机额定功率3 500 kW 还有一定的裕量，电机在赣江各种水位下也不会出现超电流运行；且从上面改造新旧两台泵参数对比也可以看出，改造后电机功率增加大约为120 kW,增加的这部份功率折算成电机电流约为14 A，而我们现在电机运行最大的电流也就是390 A 以下，相对于额定电流428 A 来讲也有足够的裕量。

为配合循泵改造，防止在迎峰度夏期间出现电机运行温度过高的情况，我们同时对电机的冷却系统也做改造，因此也可避免一些预想不到的因素造成电机超温的情况发生。

3 改造后泵的流量与未改造的泵的流量相比

2010年11月30日，完成了对6 号机11、12 号循环水泵的节能改造，为了更好地验证循环水泵改造后的效果，在12月7日，对循环水泵流量进行了现场实测。下面就实测的改造后的11、12 号循环水泵流量与未改造的10 号循环水泵流量对比数据如表3 所示。

表3 11号、12号循环水泵流量与10号循环水泵流量对比数据

表4 12号循环水泵改造后与没有改造的10号循环水泵机组运行情况数据对比

从表3 的数据可以看出，改造后单泵的流量都比改造前流量增加超过10%，最大的11 号循环水泵达到了15.5%，远远超过了项目立项时的估算值，且改造后循环水泵电机的电流全部在额定电流以下运行，达到了仅改造泵达到增容的目标。

4 改造后对机组真空及经济性的影响

两台机组同时在AGC 投入的情况下，改造后循环水泵与没有改造的循环水泵供水的机组，背压及其它数据的运行情况对比如表4。

从表4 的数据可以看出：

1）从第1 组数据可以看出，当两台机组负荷都为370 MW 时，两台机组的背压基本一致，因为此时机组负荷低，相对热负荷也低，循环水量多少对机组真空的影响不明显，两台机组影响背压的其它条件（包括凝汽器端差、机组真空严密性）也基本一致；

2）负荷从低到高，两台机背压相差也从低到高，到660 MW 的时候两台机组的真空相差达到了1 kPa；也就是随着热负荷的增加，5 号机组因未改造而引起的循环水量不足的问题就显现出来了；

3）根据凝汽器向上的放射特性曲线，随着循环水温度的增加，循环水量对机组真空的影响也增大，如果到了夏季工况，循环水量对真空的影响将会超过1 kPa。

2009年电厂全年机组背压是5.11 kPa，根据上汽厂提供的真空对机组热耗的影响修正曲线,背压在4.9～8.29 kPa 区间时，当背压升高1 kPa，可以引起热耗变化为1.34%，引起煤耗的变化1.34%。两台机四台循环水泵全部改造后，在循环水温为18.9 ℃情况下（接近机组设计的年平均循环水温度20℃），年平均负荷70%，真空提高了0.6 kPa，降低了机组煤耗：

按年发电量60 亿计算，标煤价760 元/吨计算，可以降低年发电成本：

而4 台泵的改造费用和配套电机冷却系统改造费用、泵现场施工费用等全部费用为434 万元，改造一年内不仅可收回成本，且大大提高了机组运行的安全性。

5 结束语

从已完成的循环水泵改造效果来看，其经济效益大大超出了项目立项时的预期。在不改变循环水供水管道、不改变循环泵及电机外形安装尺寸的基础上，通过加大叶轮直径，增大叶片入口角和开口数、叶片出口角，对循环水泵进行改造，提高了泵的效率、增大了泵的出口流量，更适应目前赣江水位的情况，提高机组运行安全性的同时大大降低机组煤耗，提高了机组运行的经济性。

[1]郭聪明，刘俊.汽封改进在火电站节能中的应用[J].华北电力技术，2011，37（2）.

[2]魏新利，付卫东，张军等.泵与风机节能技术[M].北京：化学工业出版社，2010.

[3]丁俊齐，刘福郭，徐海东.循环水泵在线优化运行[J].汽轮机技术，2004，46(5).