甘淑芳

（江西贛能股份有限公司豐城二期發(fā)電廠，江西豐城 331100）

0 引言

在國(guó)家出臺(tái)了一系列具有強(qiáng)制性節(jié)能措施的大背景下，節(jié)能降耗已成為各火力發(fā)電廠生產(chǎn)中的重要任務(wù)。為此，各發(fā)電集團(tuán)及火電廠均設(shè)法通過(guò)各種途徑來(lái)提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)水平，600 MW 機(jī)組凝汽器真空值是影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)性和安全性的重要指標(biāo)，因此保證凝汽器最佳真空是發(fā)電廠節(jié)能的一項(xiàng)重要內(nèi)容。據(jù)估算，凝汽器真空度每提高1%，則機(jī)組的煤耗下降1%。凝汽器真空值受到凝汽器的傳熱性能、真空系統(tǒng)嚴(yán)密性、循環(huán)水溫度及循環(huán)水流量以及真空泵等因素影響。由于循環(huán)水泵的功率在廠用電率中占較大比例，故提高循環(huán)水泵的出力和效率、優(yōu)化循環(huán)水量匹配是提高機(jī)組真空、降低機(jī)組煤耗的有效途徑。

本文以豐城二期發(fā)電廠四臺(tái)循環(huán)水泵增容改造為背景，詳細(xì)介紹了循環(huán)水泵最佳改造方法，并根據(jù)改造后的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算出對(duì)機(jī)組真空及經(jīng)濟(jì)性的影響。

1 循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)備概述及改造背景

1.1 設(shè)備概述

豐城二期發(fā)電廠的循環(huán)水系統(tǒng)為開(kāi)式循環(huán)，由四臺(tái)循環(huán)水泵通過(guò)取水頭經(jīng)取水涵管從贛江取水，供兩臺(tái)機(jī)使用。循環(huán)水系統(tǒng)采用母管式，一臺(tái)機(jī)采用一根DN3200的母管供水，兩根母管用聯(lián)絡(luò)門聯(lián)接。采用一機(jī)雙泵的形式。循環(huán)水泵電機(jī)功率為3 500 kW，電壓等級(jí)為6 kV。凝汽器為上海動(dòng)力設(shè)備有限公司生產(chǎn)的N-40000 型，其形式為雙背壓、雙殼體、單流程、表面式、橫向布置，它由低壓側(cè)的凝汽器A和高壓側(cè)的凝汽器B組成。水泵性能參數(shù)：

1）一臺(tái)660 MW 機(jī)組配二臺(tái)水泵，并聯(lián)運(yùn)行時(shí)為循環(huán)水泵設(shè)計(jì)運(yùn)行工況點(diǎn)，每臺(tái)泵設(shè)計(jì)運(yùn)行工況保證點(diǎn)為：Q=9.8 m3/s，H=26.2 m，η≥85%。

2）一臺(tái)660 MW機(jī)組配一臺(tái)水泵運(yùn)行時(shí)為循環(huán)水泵工況點(diǎn)，每臺(tái)泵設(shè)計(jì)運(yùn)行工況保證點(diǎn)為：Q=13.0 m3/s，H=21.4 m，η≥88%。

1.2 改造背景

電廠在循環(huán)水泵設(shè)計(jì)選型的時(shí)候，夏季工況的時(shí)候贛江設(shè)計(jì)水位是按21.15 m設(shè)計(jì)計(jì)算的，而冬季是按20.22 m 設(shè)計(jì)計(jì)算的。最后計(jì)算出來(lái)夏季水泵需要的總揚(yáng)程為24.70 m，冬季為20.9 m。所以最后選定循環(huán)水泵揚(yáng)程為21.2～25.5 m。但隨著江水水位的逐年下降，現(xiàn)在實(shí)際的江水位出現(xiàn)了較大的變化，夏季水位基本維持在17～18 m左右運(yùn)行，而在2009年的11月份贛江水位一度到達(dá)歷史最低水位15.9 m。比當(dāng)時(shí)循泵設(shè)計(jì)的時(shí)候贛江水位低4 m多，導(dǎo)致循環(huán)水泵嚴(yán)重偏離了設(shè)計(jì)工況運(yùn)行，將2009年6月3日與2009年10月11日兩天6 號(hào)機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，如表1所示。

表1 6號(hào)機(jī)組運(yùn)行參數(shù)總表

從上面的數(shù)據(jù)可以看出，在機(jī)組平均負(fù)荷相差不大的情況下，河水溫度基本相同，由于贛江水位不同，凝汽器真空相差達(dá)到了0.95 kPa，折算成對(duì)煤耗影響也達(dá)到了3克以上。

與水泵廠家的技術(shù)專家進(jìn)行溝通后，經(jīng)過(guò)計(jì)算后認(rèn)為：根據(jù)記錄運(yùn)行參數(shù)，水泵目前實(shí)際運(yùn)行的揚(yáng)程在25～29 m，軸功率約3 160 kW；在揚(yáng)程29 m 時(shí)，已經(jīng)超出目前水泵的最小流量點(diǎn)的范圍，水泵長(zhǎng)時(shí)間在小流量運(yùn)行，不僅造成機(jī)組的真空不理想，影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，而且循泵在不可靠區(qū)域運(yùn)行，可能產(chǎn)生振動(dòng)、汽蝕等，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全運(yùn)行。而與省內(nèi)同類型電廠黃金埠電廠相比，在凝汽器端差、真空嚴(yán)密性基本相同，平均負(fù)荷相差也不大的情況下，凝汽器真空比黃金埠電廠小，相差最大的達(dá)到了1.89%，如果折算成對(duì)煤耗影響就達(dá)到了5 克以上。

2 改造方案的論證與實(shí)施

高效系列化節(jié)能的泵，是泵節(jié)能的根本措施，從設(shè)計(jì)方面考慮提高泵效率的方法有多種，但主要的措施是采用三元流動(dòng)葉輪，可使在同等流量、壓力條件下的泵效率提高。在泵的改造過(guò)程中，應(yīng)用高效葉輪代替舊的低效葉輪或葉片可以取得理想的效果。根據(jù)循環(huán)水泵目前運(yùn)行性能狀況，決定在不改變循環(huán)水供水管道，不改變循環(huán)泵及電機(jī)外形安裝尺寸的基礎(chǔ)上，達(dá)到循環(huán)泵的增容優(yōu)化改造的目標(biāo)。

經(jīng)過(guò)調(diào)研和多方論證，最終形成了一系列可行的方案并由水泵廠家對(duì)循環(huán)泵實(shí)施改造。泵出口管道可以保持不變，泵的筒體也不變，只是改變泵的葉輪，將原來(lái)由3 片式葉輪改為4 片式葉輪，葉輪的出口直徑由Φ1 670 變?yōu)棣? 680，進(jìn)口由Φ1 350變?yōu)棣? 300。改變的部件也不多,配套的電機(jī)功率也基本在3 500～3 600 kW，但泵由SEZ2000-1670/1350 型變成了SEZ2000-1680/1300 型，循泵的設(shè)計(jì)水位變成16.3 m，泵的流量在贛江水位達(dá)到16.3 m的時(shí)候增加明顯，可以適應(yīng)目前贛江水位的情況，滿足機(jī)組運(yùn)行的要求。

2.1 泵運(yùn)行性能曲線分析

根據(jù)水泵廠家提供舊泵與新泵運(yùn)行性能曲線可以看出;

第一，新泵運(yùn)行的最大揚(yáng)程達(dá)到了34.5 m，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了舊泵最大28 m的揚(yáng)程，新泵的運(yùn)行效率也到了最佳；

第二，新泵流量增加明顯。在揚(yáng)程一樣的情況下，新泵流量比舊泵的流量明顯增加。水泵出口揚(yáng)程越大，新泵流量增加比舊泵更明顯，也就是說(shuō)在水位越低的情況下，新泵的流量比舊泵的流量有更大的增加。

2.2 新泵并列運(yùn)行分析

其中：Hc——泵運(yùn)行狀態(tài)下的總揚(yáng)程；

K——靜揚(yáng)程；

B——與泵和管道有關(guān)的一個(gè)常數(shù)；

Q——流量。

由于循環(huán)水管路長(zhǎng)，且循環(huán)水管道運(yùn)行后內(nèi)壁出現(xiàn)如貝殼類的微生物，引起管道實(shí)際運(yùn)行的水阻比設(shè)計(jì)大，即B 增大，使設(shè)計(jì)的管道特性曲線變陡，而當(dāng)贛江水位上升，引起靜揚(yáng)程K 減少，使特性曲線下移。

假設(shè)目前舊泵運(yùn)行的流量為4 m3/s，那么可以計(jì)算出現(xiàn)在的管道的阻力，也就是可以得出相應(yīng)的實(shí)際管路特性，根據(jù)這個(gè)實(shí)際運(yùn)行的管路曲線，就可以得出實(shí)際運(yùn)行的新泵的流量數(shù)據(jù)，如表2所示。

表2 新泵的流量數(shù)據(jù)

從上面的數(shù)據(jù)也可以知道，在這種情況下，改造后的泵流量由改造前的4 m3/s變成了現(xiàn)在的7.725 m3/s，泵的流量增加達(dá)到了93%。

由于目前運(yùn)行的總揚(yáng)程Hc 和靜揚(yáng)程K 是一定的，隨著Q 的增大，也就是說(shuō)B 減小，管道特性曲線就會(huì)變得更平緩，新泵的流量也會(huì)隨之增大。

2.3 新泵改造后對(duì)電機(jī)功率和電流影響分析

新泵設(shè)計(jì)贛江水位是按照16.3 m 設(shè)計(jì)，如果贛江出現(xiàn)洪水的時(shí)候，泵的電機(jī)也不會(huì)出現(xiàn)超功率及超電流的情況，因?yàn)閺纳厦娴墓β侍匦郧€可以看出，電機(jī)最大功率是3 280 kW,贛江水位上升，泵的揚(yáng)程減少，電機(jī)運(yùn)行的功率會(huì)隨之減小，泵運(yùn)行的流量會(huì)增加。最大功率3 280 kW 距離電機(jī)額定功率3 500 kW 還有一定的裕量，電機(jī)在贛江各種水位下也不會(huì)出現(xiàn)超電流運(yùn)行；且從上面改造新舊兩臺(tái)泵參數(shù)對(duì)比也可以看出，改造后電機(jī)功率增加大約為120 kW,增加的這部份功率折算成電機(jī)電流約為14 A，而我們現(xiàn)在電機(jī)運(yùn)行最大的電流也就是390 A 以下，相對(duì)于額定電流428 A 來(lái)講也有足夠的裕量。

為配合循泵改造，防止在迎峰度夏期間出現(xiàn)電機(jī)運(yùn)行溫度過(guò)高的情況，我們同時(shí)對(duì)電機(jī)的冷卻系統(tǒng)也做改造，因此也可避免一些預(yù)想不到的因素造成電機(jī)超溫的情況發(fā)生。

3 改造后泵的流量與未改造的泵的流量相比

2010年11月30日，完成了對(duì)6 號(hào)機(jī)11、12 號(hào)循環(huán)水泵的節(jié)能改造，為了更好地驗(yàn)證循環(huán)水泵改造后的效果，在12月7日，對(duì)循環(huán)水泵流量進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)。下面就實(shí)測(cè)的改造后的11、12 號(hào)循環(huán)水泵流量與未改造的10 號(hào)循環(huán)水泵流量對(duì)比數(shù)據(jù)如表3 所示。

表3 11號(hào)、12號(hào)循環(huán)水泵流量與10號(hào)循環(huán)水泵流量對(duì)比數(shù)據(jù)

表4 12號(hào)循環(huán)水泵改造后與沒(méi)有改造的10號(hào)循環(huán)水泵機(jī)組運(yùn)行情況數(shù)據(jù)對(duì)比

從表3 的數(shù)據(jù)可以看出，改造后單泵的流量都比改造前流量增加超過(guò)10%，最大的11 號(hào)循環(huán)水泵達(dá)到了15.5%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了項(xiàng)目立項(xiàng)時(shí)的估算值，且改造后循環(huán)水泵電機(jī)的電流全部在額定電流以下運(yùn)行，達(dá)到了僅改造泵達(dá)到增容的目標(biāo)。

4 改造后對(duì)機(jī)組真空及經(jīng)濟(jì)性的影響

兩臺(tái)機(jī)組同時(shí)在AGC 投入的情況下，改造后循環(huán)水泵與沒(méi)有改造的循環(huán)水泵供水的機(jī)組，背壓及其它數(shù)據(jù)的運(yùn)行情況對(duì)比如表4。

從表4 的數(shù)據(jù)可以看出：

1）從第1 組數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)兩臺(tái)機(jī)組負(fù)荷都為370 MW 時(shí)，兩臺(tái)機(jī)組的背壓基本一致，因?yàn)榇藭r(shí)機(jī)組負(fù)荷低，相對(duì)熱負(fù)荷也低，循環(huán)水量多少對(duì)機(jī)組真空的影響不明顯，兩臺(tái)機(jī)組影響背壓的其它條件（包括凝汽器端差、機(jī)組真空嚴(yán)密性）也基本一致；

2）負(fù)荷從低到高，兩臺(tái)機(jī)背壓相差也從低到高，到660 MW 的時(shí)候兩臺(tái)機(jī)組的真空相差達(dá)到了1 kPa；也就是隨著熱負(fù)荷的增加，5 號(hào)機(jī)組因未改造而引起的循環(huán)水量不足的問(wèn)題就顯現(xiàn)出來(lái)了；

3）根據(jù)凝汽器向上的放射特性曲線，隨著循環(huán)水溫度的增加，循環(huán)水量對(duì)機(jī)組真空的影響也增大，如果到了夏季工況，循環(huán)水量對(duì)真空的影響將會(huì)超過(guò)1 kPa。

2009年電廠全年機(jī)組背壓是5.11 kPa，根據(jù)上汽廠提供的真空對(duì)機(jī)組熱耗的影響修正曲線,背壓在4.9～8.29 kPa 區(qū)間時(shí)，當(dāng)背壓升高1 kPa，可以引起熱耗變化為1.34%，引起煤耗的變化1.34%。兩臺(tái)機(jī)四臺(tái)循環(huán)水泵全部改造后，在循環(huán)水溫為18.9 ℃情況下（接近機(jī)組設(shè)計(jì)的年平均循環(huán)水溫度20℃），年平均負(fù)荷70%，真空提高了0.6 kPa，降低了機(jī)組煤耗：

按年發(fā)電量60 億計(jì)算，標(biāo)煤價(jià)760 元/噸計(jì)算，可以降低年發(fā)電成本：

而4 臺(tái)泵的改造費(fèi)用和配套電機(jī)冷卻系統(tǒng)改造費(fèi)用、泵現(xiàn)場(chǎng)施工費(fèi)用等全部費(fèi)用為434 萬(wàn)元，改造一年內(nèi)不僅可收回成本，且大大提高了機(jī)組運(yùn)行的安全性。

5 結(jié)束語(yǔ)

從已完成的循環(huán)水泵改造效果來(lái)看，其經(jīng)濟(jì)效益大大超出了項(xiàng)目立項(xiàng)時(shí)的預(yù)期。在不改變循環(huán)水供水管道、不改變循環(huán)泵及電機(jī)外形安裝尺寸的基礎(chǔ)上，通過(guò)加大葉輪直徑，增大葉片入口角和開(kāi)口數(shù)、葉片出口角，對(duì)循環(huán)水泵進(jìn)行改造，提高了泵的效率、增大了泵的出口流量，更適應(yīng)目前贛江水位的情況，提高機(jī)組運(yùn)行安全性的同時(shí)大大降低機(jī)組煤耗，提高了機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

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