陳 龍，汪光亮

（湖北能源集團鄂州發(fā)電有限公司，湖北 鄂州 436032）

0 引言

某發(fā)電廠一期2×330 MW機組由于循環(huán)水泵設計揚程偏高、設備老化等因素影響，導致循環(huán)水泵實際運行工況嚴重偏離設計工況點，且效率偏低。循環(huán)水泵出力不足、流量偏小導致機組真空度偏低，給機組運行安全性及經濟性均帶來不利影響。為了查清循環(huán)水泵存在的主要問題同時進行合理的優(yōu)化改造，電廠與設備生產廠家湖南長沙水泵廠進行了現場數據調研、數據分析計算，設計方案選擇等一系列工作，最終確定了循環(huán)水泵優(yōu)化水力模型及優(yōu)化改造方案，并取得了預期效果。

1 設備概況

某發(fā)電廠一期兩臺330 MW機組，為北京全四維動力科技有限公司生產制造的N330/C260-16.67/0.9/538/538型亞臨界、一次中間再熱、兩缸兩排汽、高中壓合缸、單軸凝汽式汽輪機組，配套凝汽器為N-18750-1型，設計循環(huán)水溫度為20℃，設計冷卻水流量為33 600 t/h，循環(huán)水系統(tǒng)采用直流擴大單元制，兩臺汽輪發(fā)電機機組共配置三臺湖南長沙水泵廠生產的88LKSA-24型循環(huán)水泵，一機一泵，第三臺泵為備用。88LKSA-24型循環(huán)水泵是長沙水泵廠為大型汽輪發(fā)電機組冷卻循環(huán)水系統(tǒng)研制的大型立式、轉子可抽出式單級斜流泵，泵軸長約21 m，最大軸向推力為52.9 T。循環(huán)水泵具體參數見表1。

2 改造前循環(huán)水泵存在的主要問題

2014年1月電廠委托湖南省湘電試驗研究院有限公司對3號循環(huán)水泵進行性能試驗，試驗結果表明：3號循環(huán)水泵流量、揚程及效率均未達到合同保證值，保證點實際效率79.50%低于設計保證值88.8%。

由于循環(huán)水泵流量不足，造成機組在夏季高負荷運行時真空偏低，影響機組的安全經濟運行，同時該泵軸承偏磨嚴重，運行時振動較大，在檢修時發(fā)現葉輪磨損嚴重并有多處貫穿性裂紋。

表1 330 MW機組配套循環(huán)水泵技術參數Tab.1 Technical parameters of circulating water pump for 330 MW unit

88LKSA-24型循環(huán)水泵由于存在推力負荷較大的特殊情況在調試運行時曾發(fā)生過多次推力瓦燒損事故，雖然經過推力瓦工藝改良后可以正常運行，但在泵聯(lián)動瞬間出口門未開的極端工況下，仍存在推力瓦燒損的可能。

3 改造設計原則

1）保持原88LKSA-24型循環(huán)水泵基礎不動，原配套電機不變，原電機支撐方式、聯(lián)接接口不變，出口管道直徑、接口不變，吸入流道不變。

2）根據循環(huán)水系統(tǒng)實際阻力特性、取水口長江段水文特征、電廠夏冬季凝汽器不同的用水需求進行水力模型優(yōu)化，優(yōu)化后泵的主要運行工況點處于運行高效區(qū)，泵效率提高且軸功率不高于目前循環(huán)水泵主要運行工況點的實際水平。

3）優(yōu)化改造后，泵軸向推力小于原循環(huán)水泵設計值52.9 T。

4 優(yōu)化改造后的設計參數

由于現場循環(huán)水泵運行方式為1機1泵或2機2泵，在2機2泵時聯(lián)絡門開，所以基本為1臺水泵帶1臺機組運行，同時凝汽器循環(huán)水進出口電動門在運行中一直保持常開狀態(tài)，不存在調節(jié)進出口門的工況，水泵性能的保證主要受長江水位影響。參考長江水文資料，本項目處河段水位特征如下（85國家高程）：歷年最高水位26.71 m，歷年最低水位6.74 m，年平均水位15.89 m。

通過對近幾年發(fā)電量數據對比，5～10月份為電廠發(fā)電高峰期，以此時間段長江水位特征為參考選擇設計工況點，循環(huán)水泵運行將有更優(yōu)的經濟性，通過計算比對，確定本次設計工況點為長江水位18 m。根據改造設計原則，長沙水泵廠建立了新的水力模型并推薦以Q=8.7 m3/s，H=26.9 m作為設計點，表2為各水位下的運行參數（按電壓6.3 kV考慮）。

表2 新泵設計參數Tab.2 Parameters of new pump design

5 改造方案

1）更換葉輪

改造后泵采用新的水力部件，以便滿足新的現場運行工況。葉輪采用閉式開平衡孔結構，閉式葉輪有更好的耐磨性能，可以更好的控制葉型，可以確保水泵性能的吻合。葉輪開平衡孔，并且在葉輪室和導葉體上增加密封環(huán)，以便減少水泵向下軸向推力，減輕電機所承受的軸向力。使電機推力軸承能更加安全穩(wěn)定運行，減少故障率。經計算，葉輪采用閉式葉輪開平衡孔后的軸向力為：正常軸向力26 T，最大軸向力45 T（原泵的正常軸向力30 T，最大軸向力53 T）。

2）更換導葉體

增加導葉體密封環(huán)，降低葉輪背面的壓力，減少循環(huán)水泵運行的軸向力，減輕電機所承受的軸向力。

3）喇叭口采用焊接結構

原來的喇叭口采用HT200材質，在泥沙含量大的地方很容易被磨蝕，更換成Q235B材質，不僅耐磨，而且沒有鑄造缺陷。

4）葉輪室采用焊接結構

鑄造一般均會產生氣孔、砂眼等缺陷，使用焊接結構后，可以基本消除這些鑄造缺陷，而且外形更加美觀。

5）將泵設計為大內接管結構，同時增強內接管剛度和強度

泵導軸承的徑向支撐由內接管來承受，取消軸承支架。原導軸承的徑向支撐通過軸承支架與外接管的間隙配合由外接管來支撐，江水長期腐蝕軸承支架與外接管的配合面，軸承支架與外接管的間隙逐漸加大，軸承支架的擺動加大，這樣會導致導軸承偏磨；泵設計為大內接管結構后避免因為江水的長期腐蝕而導致導軸承偏磨情況。

6）內、外筒體安裝排氣閥

泵啟動前，需要將筒內空氣排盡，這次設計的結構是內外筒體均裝有排氣閥，內筒的排氣閥可以有效地將內筒空氣盡快排盡，同時在中間的軸承體處有排氣兼通水的孔，使得排氣、通水都能通暢，從而保證泵組運行穩(wěn)定。

7）采用新型的套筒聯(lián)軸器結構

套筒聯(lián)軸器部件為兩端止推卡環(huán)聯(lián)接，去掉了老結構中軸與軸之間的聯(lián)接卡環(huán)。拆卸時，先拆除上主軸分半止推卡環(huán)，然后吊起上主軸，就可以將套筒聯(lián)軸器和上主軸分開，再拆除下主軸止推卡環(huán)，拆下套筒聯(lián)軸器即可。這種結構拆卸方式簡單、方便、可靠性高，便于現場操作，即使配合面發(fā)生了腐蝕，也不會影響其拆卸。

下外接管設置葉輪室防轉槽，能有效防止導葉體等的轉動，并且結構簡單，安裝方便。原泵為防轉塊，通過一片勒板擋著，這樣比較容易轉動碰壞，而且結構強度也不如新結構的整塊鋼板強，見圖1。

圖1 新舊泵結構對比Fig.1 Comparison of the structure of new and old pump

6 改造后性能試驗

由于電磁流量計和超聲波流量計要求直管段為管徑的5～10倍，受現場循環(huán)水泵出口直管段長度條件限制，循環(huán)水泵性能試驗在設備制造方工廠進行。

依據GB/T 3216－2005《回轉動力泵水力性能驗收試驗1級和2級》標準的2級要求，對改造后的循環(huán)水泵進行性能試驗，試驗結果見表3。

表3 改造后的循環(huán)水泵性能試驗結果Tab.3 Performance test results of the reformed circulating water pump

7 改造效果分析

3號循環(huán)水泵改造后，現場流量測試為33 800 t/h左右，與未改造的1號泵相比，流量提升約4 500 t/h，按凝汽器冷卻水流量每減少約1 000 t/h影響真空降低約0.15 kPa計算，改造后真空度提高約0.675 kPa，節(jié)約煤耗約1.755 g/(kW·h)，通過機組DCS真空數據對比，真空度提高理論值與實際值相符，同時考慮到改造后循環(huán)水泵運行電流增加約20 A，按機組負荷率70%計算，改造后廠用電率約升高0.05%，煤耗升高約0.15 g/(kW·h)，總體上看，改造后煤耗降低約1.6 g/(kW·h)左右，機組經濟性提升顯著。

8 結論和建議

通過對循環(huán)水泵改造，新的水力部件采用閉式葉輪，增加導葉體密封環(huán)，喇叭口及葉輪室采用焊接結構；同時對泵體結構進行了優(yōu)化，采用新型的套筒聯(lián)軸器及大內接管結構。改造完成后，根據試驗效果分析，循環(huán)水流量滿足了凝汽器熱負荷的需求，徹底解決了循環(huán)水泵偏工況運行、效率較低的問題，同時提高了設備可靠性和機組安全性，值得推廣應用。

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