孫偉鵬，馮庭有

（華能海門電廠，廣東 汕頭 515071）

1036 MW機組前置泵葉輪車削后的節(jié)能效果分析

孫偉鵬，馮庭有

（華能海門電廠，廣東 汕頭 515071）

通過對前置泵葉輪車削機理的研究，結(jié)合以往的車削經(jīng)驗，確定葉輪的最佳車削量，并對葉輪車削后的節(jié)能效果進行分析。通過運行試驗，驗證了車削后前置泵的安全性和可靠性，提升了機組運行的經(jīng)濟性。對大型電廠輔機的選型及深度節(jié)能具有參考價值。

超超臨界；機組；前置泵；葉輪；車削；節(jié)能；效果；研究

1 概 述

華能海門電廠一期建設(shè)規(guī)模為4×1036 MW機組，1號、2號機組鍋爐給水系統(tǒng)配置有2臺50%容量的汽動變速給水泵，1號、2號機采用1臺30%BMCR容量的變速電動給水泵作為啟動給水泵。3號、4號機組鍋爐給水系統(tǒng)配置有2臺50%容量的汽動變速給水泵，不設(shè)電動啟動給水泵。汽泵前置泵型號均為500×350 KSM的日本荏原博泵。

隨著節(jié)能減排的深入進行，挖掘設(shè)備的節(jié)能潛力，可進一步提高機組運行經(jīng)濟性。鍋爐給水前置泵在廠用電比率中占有一定比重，如何使其經(jīng)濟安全運行，值得深入研究分析。

2 車削機理

圖1 離心泵的特性曲線

對于工頻泵，僅有1條流量－揚程曲線，見圖1所示。為了擴大泵的工作范圍，可采用車削葉輪外徑的方法，使其工作范圍由1條線變成一個面（如圖1中ABCD），其中的1、2線是車削葉輪前、后的特性曲線，3、4線是車削外徑的切割線（虛線）。

車削葉輪前后的參數(shù)變化關(guān)系，可近似地由車削定律來表達，見公式（1）：

即葉輪車削前后流量、揚程、軸功率之比等于車削前后的外徑一次方、二次方、三次方之比。據(jù)有關(guān)資料，車削換算公式是用相似理論導出的，但車削前、后的葉輪并不相似，因此運用車削公式會引起誤差。為了修正誤差，常按公式（2）確定實際車削量ΔD實：

式（2）中，ΔD計為按式（1）計算而得的車削量；K為實驗求得的車削系數(shù)。

3 葉輪車削調(diào)節(jié)優(yōu)化

3.1 比轉(zhuǎn)數(shù)

比轉(zhuǎn)數(shù)是從相似理論中引出的一個形似準則數(shù)，因此，相似的泵在相似的工況下比轉(zhuǎn)數(shù)相等。然而，同1臺泵在不同工況下的比轉(zhuǎn)數(shù)并不相等，通常用最佳工況點（最高效率點）的比轉(zhuǎn)數(shù)來代表1臺泵的比轉(zhuǎn)數(shù)，一般以ns表示：

式（3）中，qv—— 體積流量，m3／s；

H ——揚程，m；

n—— 轉(zhuǎn)速，r／min

3.2 車削限度

水泵車削限度與其比轉(zhuǎn)數(shù)有著密切關(guān)系，車削量隨其比轉(zhuǎn)數(shù)增加而遞減，當比轉(zhuǎn)數(shù)ns＞350時，因?qū)π视绊戇^大，一般不允許再車削，詳見表1、表2。

表1 葉輪車削限度與泵比轉(zhuǎn)速關(guān)系

表2 葉輪車削限度與效率關(guān)系

3.3 車削系數(shù)與比轉(zhuǎn)數(shù)的關(guān)系

因為車削系數(shù)是用實驗方法所得，各廠家之間可能存有差異。根據(jù)國外文獻，水泵的車削系數(shù)值小于l，見圖2，當比轉(zhuǎn)數(shù)ns為40～70時，值約為0.8～0.9；隨著比轉(zhuǎn)數(shù)ns的增加，其值愈來愈小，當ns變?yōu)?50時，該值近似為零。

圖2 離心泵車削系數(shù)經(jīng)驗圖

3.4 優(yōu)化設(shè)計思路

前置泵安全揚程裕度大，長時間偏離高效運行區(qū)，為此，根據(jù)實際情況，經(jīng)過充分論證，適度降低前置泵的設(shè)計揚程，實現(xiàn)經(jīng)濟、高效運行。車削前，需對各主要參數(shù)進行優(yōu)化。

（1）適當?shù)能囅髁浚_保額定工況下前置泵出力處于高效運行區(qū)。

（2）降減低負荷時的不穩(wěn)定性，提高轉(zhuǎn)子的剛度，采用車削修磨的方法，減小葉片出口角，降低低負荷時的回流。修磨時，消除流道的不對稱性，提高流動穩(wěn)定性。

（3）對原葉輪蝸殼的通流部分進行改造，以彌補因葉輪被車削而導致的效率下降。

（4）車削后，泵的轉(zhuǎn)子需進行高速動平衡校對實驗，嚴格按標準要求進行組裝。

4 實際葉輪車削量計算

通過實際計算可知，鍋爐給水前置泵額定比轉(zhuǎn)速ns＝105。通過表1可知：理論最大車削量為16.25%。但仍需考慮某些工況進行修正。

（1）考慮實際揚程及運行特殊工況，其車銷量最終不大于10%。

圖3 升負荷過程前置泵實際、設(shè)計揚程對比曲線

由圖3可知，升負荷前置泵設(shè)計值與實際出力偏差較大，前置泵流量大于700 t／h（負荷大于400 MW）以上，前置泵出力偏差20～26 m的揚程，平均偏差值為23.64 m，呈現(xiàn)出高負荷偏差大的趨勢。且降負荷較升負荷明顯，偏差22～26 m，這是由于降負荷時，除氧器的壓力迅速下降而引起的，特別在快速降負荷工況下，其出力下降更為明顯。故前置泵葉輪車削時，必須考慮實際出力問題及特殊工況（FCB、RB等），車銷量應不大于10%。

（2）水泵葉輪在車削前，應全面權(quán)衡利弊，慎之又慎，而后再確定實際車削量?？紤]各方因素，葉輪的車削量宜小不宜大，且水泵的葉輪直徑將隨使用時間的延長，會磨損而變小。最終確定修正車銷量不大于0.6×10%＝6%。

為確保汽動給水泵主泵不發(fā)生汽蝕現(xiàn)象，運行方面需制訂防止汽蝕的防范措施。通過與從廠家設(shè)計人員溝通，最終確定了給水前置泵葉輪所允許的車削量，將葉輪直徑由原設(shè)計值600 mm車削至592 mm。

5 實際效果分析

5.1 出力分析

機組大修時，對前置泵葉輪進行了車削，以鍋爐給水前置泵A為例，其改造前、后的出力，見圖4所示。

圖4 葉輪車削前、后的揚程與電流對比曲線

（1）改造后，前置泵揚程平均值降低4.7 m，隨著機組負荷（或流量）增加，改造前、后的揚程偏差值基本穩(wěn)定。電流平均下降5.7A，節(jié)能效果較為明顯。

（2）對汽泵轉(zhuǎn)速及汽耗率的影響

根據(jù)轉(zhuǎn)速與葉輪直徑三次方成正比，實際葉輪直徑從600 mm車削至592 mm時，轉(zhuǎn)速會下降至原來的0.85倍，見圖5所示。在相同蒸汽參數(shù)、相同出力情況下，給水流量在1100 t／h以下，葉輪切割后的汽泵汽耗稍有增加，但影響很?。唤o水流量在1100 t／h以上，葉輪切割后的相同流量汽泵效率有了提高，轉(zhuǎn)速有所下降，汽耗明顯降低，運行更經(jīng)濟，提升了汽泵效率。

圖5 葉輪車削前、后對汽泵轉(zhuǎn)速及汽耗率的影響曲線

5.2 效益分析

隨著前置泵給水流量的增加，葉輪車削后的前置泵節(jié)能效果更明顯，最大電流差接近7A，即高負荷時更節(jié)能，反映于圖6動態(tài)曲線中。

圖6 葉輪車削前、后的節(jié)能效果動態(tài)曲線

以均負荷800 MW、均電流下降6A計算，以4臺機組8臺前置泵為例，年節(jié)約電量為436.96萬度，以機組使用期限30年計，累計節(jié)約1.31億元?？晒?jié)約標煤16.39萬噸。

6 結(jié) 語

（1）實際離心泵車削計算中，對最優(yōu)葉輪車削量應進行充分考慮，以確保泵的可靠穩(wěn)定運行。

（2）實踐證明，在葉輪直徑允許減少的范圍內(nèi)，泵效率下降很小，但揚程變化卻比較大。

（3）前置泵車削后，能夠滿足汽動給水泵的要求，并對汽泵汽耗有一定影響。

（4）葉輪車削后的前置泵，隨著出力增大節(jié)能效果更明顯。

［1］劉建義.離心泵葉輪車削量與泵比轉(zhuǎn)數(shù)和泵效率下降關(guān)系的探討.［J］.通用機械.2006.10：22－25.

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［3］吳仁榮，林志強.關(guān)于雙吸離心泵切割規(guī)律的研究.［J］.機電設(shè)備.2010.5：31－35.

［4］高紅斌，張汝琦，孫楠，楊了.相似定律在離心泵設(shè)計中的簡易應用［J］.機械工程與自動化.2010.5：18－21.

Analysis on the Energy Saving in Turning the Impeller of Water－Booster Pump for 1036 MW Power Unit

SUN Wei－peng，F(xiàn)ENG Ting－you
（Huaneng Haimen Power Plant，Shantou，Guangdong 515071，China）

The optimum amount of wheel turning has been determined based on the study on the turning mechanism of water－booster pump impeller and combined with actual turning experience.The safety ＆reliability of impeller turning have been specified and the economy of the operation of power unit has been increased based on the operational experiment.It is quite helpful to the selection of the auxiliary equipment and energy saving in large power plant.

ultra supercritical；power unit；booster pump；impeller；turning；energy saving；effect；study

TK268.＋3

A

1672－0210（2011）04－0042－03

2011－04－25

2011－08－16

孫偉鵬（1970－），男，大學本科，工程師，現(xiàn)從事大型火電機組運行方面的管理工作。