王振乾

(山西西山熱電有限責(zé)任公司，山西 太原 030022)

鍋爐給水泵是發(fā)電廠重要的輔助設(shè)備，其不間斷的向鍋爐供水，是發(fā)電廠耗能最大的設(shè)備之一，給水泵的選型及后期運(yùn)行管理直接影響電廠的經(jīng)濟(jì)效益。在目前市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈、企業(yè)運(yùn)行困難的情況下，依靠傳統(tǒng)的調(diào)整給水泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)和節(jié)流閥門開(kāi)度的方法控制供水，將造成極大的電能損失，影響電廠運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

山西西山熱電有限責(zé)任公司現(xiàn)有容量3 × 50 MW，采用3 臺(tái)220 t/h 的循環(huán)流化床鍋爐，配備4 臺(tái)多級(jí)離心式給水泵，母管制運(yùn)行，給水泵型號(hào)100SB-J，額定流量280 m3/h，揚(yáng)程1 500 m，轉(zhuǎn)速2 980 r/min，配用電機(jī)功率1 600 kW，電機(jī)電壓6 kV，額定電流183 A，功率因數(shù)0.88，泵生產(chǎn)廠家為鄭州電力機(jī)械廠。其中1#、2#、3#為定速給水泵，4#給水泵用液力耦合器變速調(diào)節(jié)，經(jīng)過(guò)幾年的運(yùn)行分析，發(fā)現(xiàn)存在較大的壓力節(jié)流損失。該公司鍋爐汽包額定壓力為10 MPa 左右，給水壓力在11 MPa 左右即可滿足運(yùn)行要求。實(shí)際運(yùn)行中，當(dāng)機(jī)組滿負(fù)荷時(shí)，給水母管壓力也能達(dá)到13 MPa，低負(fù)荷時(shí)壓力在14 ～15 MPa。因平時(shí)4#給水泵的電源引至公司外35 kV 變壓站回供，在廠用電中斷的事故條件下作為備用給水泵，防止鍋爐斷水。由于近年來(lái)發(fā)電負(fù)荷普遍偏低，如果經(jīng)常運(yùn)行4#給水泵調(diào)節(jié)給水壓力及流量，用電成本較高，將給水泵電源切換至廠用電又會(huì)失去作為備用泵的保護(hù)作用，同時(shí)還會(huì)出現(xiàn)該泵因故障情況停用而無(wú)法調(diào)節(jié)給水的問(wèn)題，這些都使機(jī)組在低負(fù)荷下給水調(diào)節(jié)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益。

針對(duì)上述情況，該公司決定對(duì)給水泵進(jìn)行改造，而普遍降低水泵出口揚(yáng)程的改造方案有:切割葉輪外徑、液力耦合器變速調(diào)節(jié)、電機(jī)變頻調(diào)節(jié)、小汽輪機(jī)變速驅(qū)動(dòng)等。通過(guò)對(duì)工程量、經(jīng)濟(jì)性、改造時(shí)間等綜合考慮，最后確定1#、3#給水泵采用切割葉輪外徑的方法，降低滿負(fù)荷時(shí)的富裕揚(yáng)程，2#給水泵改造為液力耦合器變速調(diào)節(jié)，滿足低負(fù)荷及負(fù)荷變化時(shí)的靈活調(diào)節(jié)。

1 給水泵葉輪切割

1)改造原理。

歐拉方程:單位重量的流體在理想情況下經(jīng)過(guò)葉輪后所獲得的理論能頭HT∞為:

式中:

HT∞—理論能頭，m;

v1u—葉片進(jìn)口絕對(duì)速度，m/s;

v2u— 葉片出口絕對(duì)速度，m/s;

u1—葉片進(jìn)口處圓周速度，m/s;

u2—葉片出口處圓周速度，m/s;

g—重力加速度，m/s2。

此式為泵的基本方程式，也叫泵的能量方程式。

一般情況下，為了提高葉輪的理論能頭HT∞，實(shí)際中常把葉輪入口設(shè)計(jì)成α1≈90°，以使葉輪入口的v1u≈0，則此時(shí)離心泵的能量方程就變?yōu)?

水泵中流體圓周速度的計(jì)算式為:

式中:

D—葉輪直徑，m;

n 一葉輪轉(zhuǎn)速，r/min。

2)改造效果。

確定對(duì)給水泵進(jìn)行改造后，為了準(zhǔn)確體現(xiàn)改造效果，對(duì)給水泵進(jìn)行了性能測(cè)試，在機(jī)組不同負(fù)荷情況下，記錄了給水流量及給水泵相關(guān)數(shù)據(jù)，改造前后數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 給水泵葉輪車削改造前后對(duì)比表

通過(guò)葉輪切割的前后數(shù)據(jù)對(duì)比，每小時(shí)1 臺(tái)給水泵大約節(jié)約用電120 kW，全年可節(jié)約電量105 萬(wàn)kWh 左右。

2 給水泵液力耦合器變速調(diào)節(jié)改造

1)改造情況。

泵變速調(diào)節(jié)的變速方式可分為兩大類:

a)采用可變速的原動(dòng)機(jī)進(jìn)行變速，主要有汽輪機(jī)直接變速驅(qū)動(dòng)或變速電動(dòng)機(jī)變速驅(qū)動(dòng)。

b)是原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不變，而在原動(dòng)機(jī)與泵之間采用傳動(dòng)裝置進(jìn)行變速，主要有液力耦合器、油膜滑差離合器和電磁滑差離合器等。

水泵采用汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)是通過(guò)改變進(jìn)入汽輪機(jī)蒸汽量的多少來(lái)改變汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速，從而變更所帶水泵轉(zhuǎn)速。由于汽輪機(jī)造價(jià)高，工作系統(tǒng)復(fù)雜等原因，這種方法通常只用于驅(qū)動(dòng)大型給水泵。

變頻調(diào)速調(diào)節(jié)效率高、范圍寬，最適用于流量調(diào)節(jié)范圍大且經(jīng)常處于低流量范圍的工作。其安裝工期短、運(yùn)行費(fèi)用低，是比較理想的方案，但變頻調(diào)速裝置價(jià)格昂貴，初期投資高，因此沒(méi)有使用。

液力耦合器作為給水泵的調(diào)速裝置，雖有一定的傳輸損耗，但具有初期投資小，施工工期短，檢修工作量小，調(diào)速范圍寬的優(yōu)點(diǎn)。

因該公司4#給水泵及鍋爐送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)均采用大連液力耦合器廠生產(chǎn)的液力耦合器，運(yùn)行人員及檢修人員對(duì)此類型設(shè)備比較熟悉，維修備品備件有一定的通用性，且2005 年投產(chǎn)至今，液力耦合器的運(yùn)行一直很穩(wěn)定，因此，綜合比較，根據(jù)電廠設(shè)備及經(jīng)濟(jì)情況，決定采用該公司的液力耦合器進(jìn)行2#給水泵的變速調(diào)節(jié)改造。

西山熱電公司2#給水泵參數(shù):額定流量280 m3/h，揚(yáng)程1 500 m，轉(zhuǎn)速2 980 r/min，配用電機(jī)功率1 600 kW，電機(jī)電壓6 kV，額定電流183 A，功率因數(shù)0.88。

節(jié)能改造選用的液力耦合器型號(hào)為YOTFC500/3000，輸入轉(zhuǎn)速:2 988 r/min，傳送功率范圍:560 ～1 625 kW。改造完成總投資22.5 萬(wàn)元。

2)改造前后對(duì)比。

機(jī)組額定負(fù)荷50 MW 時(shí)，給水量為225 t/h;機(jī)組負(fù)荷的變化降至37.5 MW，給水流量降為170 t/h;鍋爐給水泵最小負(fù)荷95 t/h 時(shí)，比較采用節(jié)流調(diào)節(jié)與變速調(diào)節(jié)所消耗的軸功率各為:

a)調(diào)節(jié)前泵的額定運(yùn)行工況，流量為280 t/h，揚(yáng)程1 400 m，功率為1 570 kW。

b)采用節(jié)流調(diào)節(jié)時(shí)流量由280 t/h 變?yōu)?25 t/h時(shí)，其對(duì)應(yīng)的運(yùn)行工況為揚(yáng)程1 460 m，功率1 270 kW;流量170 t/h 時(shí)，揚(yáng)程1 570 m，功率1 100 kW;流量95 t/h 時(shí)，揚(yáng)程1 630 m，功率810 kW。

c)采用變速調(diào)節(jié)流量由280 t/h 變?yōu)?25 t/h時(shí)，根據(jù)液力耦合器的儀表測(cè)點(diǎn)讀出輸出轉(zhuǎn)速為2 915 r/min，該轉(zhuǎn)速下給水泵功率1 189kw。當(dāng)流量為170 t/h 時(shí)，轉(zhuǎn)速為2 728 r/min，揚(yáng)程1 445 m，功率983 kW。當(dāng)流量為95 t/h 時(shí)，轉(zhuǎn)速為2 395 r/min，揚(yáng)程1 520 m，功率641 kW。

由此也可以看出，負(fù)荷越低，液力耦合器的節(jié)能效益越明顯。按全年運(yùn)行7 000 h 可以得出給水泵液力耦合器改造前后對(duì)比表，見(jiàn)表2。

表2 給水泵液力耦合器改造前后對(duì)比表

3)核算西山熱電公司實(shí)際運(yùn)行節(jié)能情況。

2#給水泵使用液力耦合器后，在西山熱電公司3臺(tái)機(jī)組運(yùn)行中，承擔(dān)了負(fù)荷變化時(shí)的給水調(diào)節(jié)任務(wù)。查閱以往的機(jī)組負(fù)荷及給水泵運(yùn)行報(bào)表，統(tǒng)計(jì)得出，一般夏季只有2 臺(tái)機(jī)組運(yùn)行，每小時(shí)2 臺(tái)機(jī)組的平均總負(fù)荷75 MW，該負(fù)荷也是西山熱電公司運(yùn)行小時(shí)數(shù)較多的工況。給水泵采用2#給水泵調(diào)速和另一臺(tái)定速給水泵的并聯(lián)運(yùn)行方式，此時(shí)給水調(diào)節(jié)為2#給水泵流量95 t/h，泵出口壓力15.20 MPa，另一臺(tái)定速給水泵流量245 t/h，泵出口壓力15.25 MPa，總給水量340 t/h。比較此工況下調(diào)速時(shí)的功率損耗與原先2 臺(tái)定速給水泵同時(shí)帶1/2 給水量170 t/h 時(shí)的功率損耗，由前述計(jì)算可得:

a)單臺(tái)給水泵節(jié)流至170 t/h 時(shí)功率為1 100 kW，則2 臺(tái)給水泵節(jié)流后總功率損耗為2 200 kW。

b)定速給水泵節(jié)流至245 t/h 時(shí)功率1 320 kW，2#給水泵利用液力耦合器調(diào)速至95 t/h 時(shí)，電機(jī)輸出功率641 kW。則一定一調(diào)2 臺(tái)給水泵總功率損耗1 961 kW。

c)一定一調(diào)給水泵運(yùn)行比2 臺(tái)給水泵全部節(jié)流要節(jié)省功率2 200 -1 961 =239 kW，則半年可節(jié)約:239 ×24 ×180 天=103.3 萬(wàn)kWh。節(jié)約發(fā)電成本:103.3 ×0.18 元=18.6 萬(wàn)元。

由此可知，在西山熱電發(fā)電負(fù)荷長(zhǎng)期偏低的情況下，僅夏季這半年采用液力耦合器變速調(diào)節(jié)給水量，就基本已收回投資成本。

3 結(jié) 論

比較葉輪切割和液力耦合器的節(jié)能改造方式，可以得出以下結(jié)論:

1)當(dāng)離心泵的出廠性能參數(shù)與實(shí)際工作要求不匹配，基本參數(shù)與實(shí)際負(fù)荷相比存在較大裕量，而實(shí)際負(fù)荷基本穩(wěn)定時(shí)，可以考慮采用一次性切割葉輪的方法解決，從而降低泵性能參數(shù)，使泵參數(shù)與實(shí)際負(fù)荷相匹配，既能保證原動(dòng)機(jī)不超負(fù)荷運(yùn)行，又可以減少運(yùn)行中的節(jié)流損失，取得安全和經(jīng)濟(jì)的雙效益。

2)液力耦合器變速調(diào)節(jié)適應(yīng)于離心泵的負(fù)荷較大，且經(jīng)常發(fā)生變動(dòng)的場(chǎng)合，通過(guò)調(diào)速，對(duì)設(shè)備負(fù)荷進(jìn)行動(dòng)態(tài)的連續(xù)調(diào)節(jié)，其經(jīng)濟(jì)效益非常明顯，尤其在近年來(lái)火電廠的機(jī)組負(fù)荷普遍偏低，而且每天中調(diào)所給負(fù)荷變化大，利用液力耦合器對(duì)給水泵等大功率設(shè)備進(jìn)行變速調(diào)節(jié)，具有較高的可行性和經(jīng)濟(jì)性。

以上這兩種節(jié)能改造方式，都是值得在火電廠及其他行業(yè)中大力推廣的節(jié)能降耗措施。根據(jù)不同條件，采取相應(yīng)合適的節(jié)能方法，可以獲得較高的安全效益和經(jīng)濟(jì)效益。

［1］ 何 川，郭立君.泵與風(fēng)機(jī)［M］.第4 版.北京:中國(guó)電力出版社，2008:118 -122.

［2］ 王國(guó)清.汽輪機(jī)設(shè)備運(yùn)行［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2005:393 -398.

［3］ 丁有宇，丁 一.汽輪機(jī)設(shè)備及其系統(tǒng)［M］.第2 版.北京:中國(guó)電力出版社，2006:179 -185.