某330MW机组循环水泵优化及应用研究

秦大川， 李 炜

（华电电力科学研究院，浙江 杭州 310030）

0 引言

循环水泵是火力发电厂冷端系统的关键设备，其运行情况对凝汽器真空、机组厂用电率及热经济性都具有重要影响。在汽轮机排汽量和环境条件一定的情况下，凝汽器真空仅由循环水流量决定[1]；此外，对于火力发电机组而言，循环水泵的电耗量约占厂总发电量的1%～1.5%[2]，约占总厂用电量的15%～20%。而随着《煤电节能减排升级与改造行动计划》的提出[3]，为降低火力发电机组标煤耗，提高机组经济性，减少污染物的排放，对循环水泵进行优化研究具有重要意义。

针对如何有效地提高循环水泵的运行效率，增大循环水流量，降低凝汽器真空，提高机组的经济性，国内外的学者开展了大量的研究工作[4-12]。本文将以某330MW机组为例，对机组的循环水泵存在的问题进行分析，并提出改造方案，改造完成后，对循环水泵的应用效果进行了试验研究。

1 循环水泵改造

1.1 水泵概况

某330MW机组的循环水泵为1600HTCX4型循环水泵，两泵可并联投入使用。配套电机功率为2500kW，循环水泵及电机的设计参数见表1。

1.2 水泵存在的问题

该循环水泵于1999年投运，目前已运行近18年，结垢及腐蚀问题都影响了水泵的效率。实验研究表明，该机组的循环水泵双泵全开循环水流量为34020t/h，仅为设计值的89%；此外，双泵全开时扬程仅为20.47m，泵的平均效率为65%，均低于设计值水平，泵的平均效率降低也造成了其电耗的增加。同时，该机组已于2014年增容至330MW，但未对循环水泵系统进行同步改造，循环水流量不足的问题进一步凸显。

表1 循环水泵及电机设计参数Tab.1 The design parameters of the pump and electric machinery

图1 原循环水泵叶片数值分析Fig.1 The numerical analysis of the blade for the pump

针对水泵存在的问题，采用三维立体制图，并对水体进行离散化，生成三维网格，应用先进的CFD计算流体动力学分析技术，对改造前循环水泵叶片的压力场及速度场进行分析，如图1所示。从图1（a）中可见，压力从叶片进口到出口呈梯度增加模式，但沿流线方向并不均匀增加，压力梯度分布杂乱，导致同一流面内压力分布不均，引起液流不顺，产生涡流，造成能量损失。从图1（b）中可见，整体上液流从进口到出口流动，但速度分布的不均匀性较高。

1.3 改造方案

为增加循环水流量，提高循环水泵的效率，结合改造前循环水泵叶片的压力场及速度场的计算分析结果，必须对循环水泵结构进行优化改造，重点是对循环水泵的叶片结构进行优化。

在循环水泵配套电机不改的情况下，重新优化设计循环水泵叶片结构、导流体等通流部件。具体的优化改造方案如下：

（1）叶片设计以相似换算法为基础，经初步换算得到叶片的轴面尺寸后，根据壳体和轴面的尺寸对叶片进口颈部直径和轮毂的直径进行必要的修正，修正时兼顾提高循环水泵出力和抗汽蚀能力。

（2）增大叶片的进口过流面积，新叶片保证高效型线的特点，且与壳体的匹配得当。

（3）根据优化后的通流部分，重新优化设计主轴、轴套、套管、轴封等配套部件，保证循环水泵运行的可靠性及稳定性。

（4）对水泵进行除锈及防腐处理。

优化后叶片的压力场及速度场的计算分析结果如图2所示。从图2中可见，改造后叶片的压力从进口到出口呈均匀有序地梯度增加模式，同一流面内压力分布均匀，不易产生涡流，减小了涡流引起的能量损失；此外，速度场的均匀性相比于改造前较好。

2 工程应用及效果分析

该330MW机组的循环水泵改造于2017年6月完成，系统于6月25日投运。稳定运行后于2017年7月11日对其进行了性能试验，性能试验参数与改造前的对比情况见表2。

图2 优化后循环水泵叶片数值分析Fig.2 The numerical analysis of the blade for the pump after the optimization

表2 试验参数对比Tab.2 Comparison of the experimental parameters

由表2可知，在单泵运行状态下，相比于改造前，泵的平均效率提高19.66%，电机功率减少80.9kW；在双泵运行状态下，相比于改造前，泵的平均效率提高20.94%，电机功率减少107kW。

按照循环水泵每年运行5500h（其中单泵运行2500h，双泵运行3000h）、负荷率70%计算，每年可节约循环水泵电耗36.63万kW·h。按照试验时当地售电单价0.48元/（kW·h）计算，则节电效益为17.58万元/a。

此外，由于循环水流量的增加，机组的凝汽器冷却能力上升，可进一步降低凝汽器真空，提高机组的经济性。

3 结论

本文介绍了一种循环水泵改造方案，并对该方案在国内某330MW机组投入运行后的经济性进行了分析，得出以下结论：

（1）该方案可有效改善循环水泵叶片的压力场和速度场分布情况，减少了涡流的产生及其导致的能力损失；

（2）该方案实施后，可有效提高循环水泵效率，降低水泵电耗。每年可节约循环水泵电耗36.63万kW·h，节电效益为17.58万元/a。

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