國投宣城發(fā)電有限責(zé)任公司 鄧成 賈珅 國網(wǎng)黃山供電公司 汪愚非

600MW超臨界機(jī)組汽前泵安全節(jié)能優(yōu)化

國投宣城發(fā)電有限責(zé)任公司 鄧成 賈珅 國網(wǎng)黃山供電公司 汪愚非

本文針對QG400/300型汽前泵存在嚴(yán)重內(nèi)漏、沖刷，低負(fù)荷時轉(zhuǎn)子串軸大以及電機(jī)過負(fù)荷等問題，提出了全面的安全節(jié)能優(yōu)化改進(jìn)措施，不但解決了不安全問題，而且泵效率提高了21～38%，最高運(yùn)行效率達(dá)83.984%，電流和耗電功率下降了50%以上，達(dá)到平均每小時節(jié)電650.75kWh，年節(jié)電約468.54萬kWh。

火電廠；汽前泵；內(nèi)漏；振動；節(jié)能優(yōu)化

1 概況

某發(fā)電公司600MW超臨界#1機(jī)組給水系統(tǒng)配置2臺QG400/300型汽前泵和2臺MDG366型汽動主泵組成汽動給水泵組，其相關(guān)設(shè)計參數(shù)見表1。

該公司#1機(jī)自投產(chǎn)以來，汽前泵一直存在電機(jī)過負(fù)荷嚴(yán)重發(fā)熱情況，夏天不得不采用軸流風(fēng)機(jī)對電機(jī)進(jìn)行降溫方能維持運(yùn)行，而且低負(fù)荷時泵轉(zhuǎn)子串動量大，機(jī)封經(jīng)常損壞，嚴(yán)重威脅機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。為了進(jìn)一步了解泵的性能情況，進(jìn)行了詳細(xì)的汽前泵性能試驗(yàn)，結(jié)合對泵的解體檢查，發(fā)現(xiàn)該泵存在下列問題。

（1） 泵體嚴(yán)重內(nèi)漏和沖刷。

由于設(shè)計裝配工藝不當(dāng)，泵體內(nèi)密封面均無密封墊片（見圖1），其間隙為1.3～3.8mm，造成內(nèi)部密封面沖刷嚴(yán)重（見圖3），內(nèi)漏量高達(dá)300～500m3/h，造成滿負(fù)荷時電流高達(dá)72.31～68.36A，電功率達(dá)到667.92～644.64kW，最高運(yùn)行泵效率只有45.68～54.13%，導(dǎo)致電機(jī)（額定560KW）嚴(yán)重過負(fù)荷。

（2）原泵制造工藝差，泵體、泵蓋鑄鋼件氣孔砂眼等鑄造缺陷較多。

（3） QG400/300前置泵為雙吸泵，理論上軸向推力可以很好平衡，但在低負(fù)荷狀態(tài)下,泵進(jìn)口流速較低,易產(chǎn)生渦流及脫流等不穩(wěn)定流動狀態(tài),從而在葉輪入口處回流,造成葉輪內(nèi)的壓力分布不均勻,并且極不穩(wěn)定,從而產(chǎn)生不穩(wěn)定的軸向推力；同時,低負(fù)荷時泵的揚(yáng)程增加,葉輪進(jìn)出口處的壓差增加,也導(dǎo)致了葉輪出口回流增強(qiáng)，由蝸殼回流的流體進(jìn)入葉輪蓋板和靠近泵殼壁的外部空間,與葉輪兩側(cè)產(chǎn)生反向的軸向推力。這些回流是不穩(wěn)定的,這種反向作用也是波動的,造成其產(chǎn)生的軸向力是來回波動的[2]。低負(fù)荷下前置泵泵轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的竄動可達(dá)1mm以上，長期作用下A泵自由端軸承室已經(jīng)產(chǎn)生磨損，間隙達(dá)到0.2mm。

為了解決上述安全穩(wěn)定性問題，又達(dá)到節(jié)能目的，對汽前泵實(shí)施安全節(jié)能優(yōu)化改進(jìn)勢在必行。

2 安全節(jié)能優(yōu)化改進(jìn)方案及措施

在所有部件（除易損件外）均不更換的前提下，利用原有部件進(jìn)行葉輪外徑切削及葉輪、蝸殼通流部分改造，達(dá)到節(jié)能和解決安全穩(wěn)定性問題。

2.1 確定改后最佳設(shè)計參數(shù)

2.1.1 流量Q的確定

根據(jù)改前測試最高負(fù)荷（630MW）時最大流量G=1016.6t/h,折合體積流量Q=1154.12m3/h，加安全裕量3%，確定改后最佳設(shè)計流量Q=1188.7m3/h。

2.1.2 揚(yáng)程H的確定

根據(jù)安全穩(wěn)定性分析和國內(nèi)外汽前泵安全使用情況經(jīng)驗(yàn)，汽前泵的揚(yáng)程H=（1.5～2.0）倍主泵的必須汽蝕余量Hr是安全經(jīng)濟(jì)的。由表一知該主泵NPSHr=42m，按H≥1.8NPSHr=75.6m，選取最佳設(shè)計揚(yáng)程H≥78m。

表1 鍋爐汽動給水泵組的設(shè)計技術(shù)參數(shù)表

圖1 汽前泵內(nèi)密封面無密封

圖2 B汽前泵沖刷情況

2.1.3 確定改后最佳設(shè)計參數(shù)為

流量Q=1188.7m3/h

揚(yáng)程H≥78m

2.2 消除泵體內(nèi)漏和沖刷

2.2.1泵體內(nèi)密封面沖刷部位在現(xiàn)場用不銹鋼焊條修補(bǔ)后，再人工打磨，用特制的專用工具，使內(nèi)外密封面平行度≤0.10mm。

2.2.2將泵體Φ670處內(nèi)密封面補(bǔ)焊加高后，按圖3所示，泵體內(nèi)密封面與端蓋的軸向尺寸為A、端蓋內(nèi)外密封面軸向尺寸為B，加工端蓋內(nèi)密封面，使B=A-0.25+0.05，并在泵體內(nèi)密封面Φ670根部開6.4+0.03mm×4.4+0.03mm的密封槽，同時將外密封面Φ740密封槽處擴(kuò)大為6+0.033mm×4.6+0.033mm。

2.2.3為了保證內(nèi)外密封面同時嚴(yán)密不漏，內(nèi)外密封面分別采用加粗的Φ7+0.03和Φ6+0.03耐高溫的氟膠圈進(jìn)行密封。

2.3 削減揚(yáng)程[1]

根據(jù)改后最佳設(shè)計參數(shù)進(jìn)行模擬計算后，采用V形切削平均減少葉輪外徑21.54%以削減揚(yáng)程。

2.4 對原葉輪和蝸殼進(jìn)行通流部分改造,以提高泵的效率和汽蝕性能及穩(wěn)定性

為了彌補(bǔ)過多車削葉輪后,泵效率下降和進(jìn)一步提高泵效率和穩(wěn)定性,對葉輪和蝸殼進(jìn)行通流部分改造,具體技術(shù)措施如下：

2.4.1 葉輪入口葉型優(yōu)化改進(jìn)：修磨葉型為魚頭形，增大入口角約2.8O,減少葉片入口節(jié)距誤差,提高葉輪入口流動均勻性。

2.4.2 優(yōu)化增大葉片出口角β2約2.60，削薄葉片出口段非工作面,修薄長度大于100mm，使出口端厚度從7.6mm減少到3.0mm，同時消除葉片出口節(jié)距誤差。

2.4.3 優(yōu)化擴(kuò)寬葉輪出口寬度b2：采用磨削的辦法，將b2由50mm優(yōu)化擴(kuò)大到58mm，并消除葉輪葉片出口寬度誤差。

2.4.4 優(yōu)化葉輪流道，磨削修薄葉輪中間隔板出口端，使其呈梭頭型，保證整個流道通流面積平滑擴(kuò)大，并消除葉輪蓋板內(nèi)流面對軸孔的跳動,提高流道的均勻?qū)ΨQ性。

2.4.5 采用隔舌順勢加長的方法，減少了葉輪外徑與隔舌之間的間距，降低循環(huán)回流量，降低泵入口流阻，以提高泵的效率（見圖5）。

（1）用12mm厚的1Cr18Ni9T1鋼板鍛打成形后鑲焊，隔舌長度268mm。

（2）將加長的隔舌入口端頭修磨呈魚頭形,擴(kuò)大喉口面積35.6%，形成單側(cè)收縮的喇叭口。

2.4.6 補(bǔ)焊消除蝸殼鑄造缺陷以提高其流道光潔度、平整度。

2.4.7 將兩側(cè)泵蓋對應(yīng)雙隔舌加長部位用人工磨削切除，以免泵蓋安裝不到位。

2.4.8 A泵軸頭側(cè)軸承室采用鑲套的辦法解決軸承外圈間隙大問題。

2.4.9 將兩個角接觸軸承背靠背安裝，組裝后保證轉(zhuǎn)子串量0.10～0.15mm。

表2 項目單位造價

圖3 汽前泵內(nèi)外密封面

圖4 增加的隔舌位置圖

3 改造后效果

A、B汽前泵改后運(yùn)行平穩(wěn)，振動小，低負(fù)荷時無轉(zhuǎn)子抖動、串軸問題，而且電流大幅下降，改后性能測試結(jié)果見表3。

從改進(jìn)前后測試結(jié)果表2、表3比較和圖1及運(yùn)行狀況可見：

（1）在運(yùn)行范圍內(nèi)由于消除了內(nèi)漏以及泵的通流部分改造，泵效率提高了20-38%，最高運(yùn)行效率為83.984%，居國內(nèi)領(lǐng)先水平，電流下降了27～37A，電功率下降了285～380kW，630MW負(fù)荷時電流只有35.18-35.81A，是國內(nèi)同類機(jī)組汽前泵改后電流最小，效率最高的汽前泵， A泵平均電功率下降370 kWh，B泵平均電功率下降315 kWh，兩泵平均電功率下降685 kWh，降低50%以上。

（2）改后由于揚(yáng)程下降32～45m，為了保證鍋爐運(yùn)行所需揚(yáng)程，主泵小機(jī)轉(zhuǎn)速必然上升，小機(jī)進(jìn)氣量隨之上升，帶來鍋爐煤耗成本的上升，考慮了B泵轉(zhuǎn)速略有上升，A泵轉(zhuǎn)速基本不變，經(jīng)熱平衡推算，由電功率下降的5%來補(bǔ)償，則：

A泵平均每小時可節(jié)電370×（1-0.05）=351.5（kWh）

B泵平均每小時可節(jié)電315×（1-0.05）=299.25（kWh）

表3 #1機(jī)A、B汽前泵安全節(jié)能優(yōu)化后性能測試數(shù)據(jù)表

兩泵改后平均每小時合計節(jié)電650.75kW，按年運(yùn)行7200小時計算，兩泵合計年節(jié)電468.54萬kWh，按上網(wǎng)電價0.42元/kWh計算，改后年節(jié)約費(fèi)用196.7868萬元。

（3）汽前泵改后在設(shè)計流量（Q=1188.7m3/h）時，泵的揚(yáng)程為84m（見圖1），為主泵必須汽組余量42m的2倍，主泵不會產(chǎn)生汽化，安全可靠性好，加上除氧器有效倒灌高度5.8m，則主泵很安全。

（4）在國內(nèi)首次對該型汽前泵蝸殼雙隔舌順勢加長，形成單側(cè)收縮的喇叭口，并使超常切削的葉輪外徑與隔舌之間達(dá)到了合理的間距，從而使泵效率提高顯著。

經(jīng)過近一年時間運(yùn)行，主泵無氣蝕，流量滿足額定負(fù)荷要求，全負(fù)荷段均無軸竄現(xiàn)象，軸承溫度、振動都達(dá)到了優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)械密封一直沒有滲漏現(xiàn)象，前置泵電機(jī)經(jīng)受了當(dāng)年夏季40℃酷暑的考驗(yàn)，已經(jīng)無需風(fēng)扇降溫。

4 結(jié)論

在泵件均不更換的前提下，對#1機(jī)A、B汽前泵進(jìn)行了安全節(jié)能優(yōu)化改進(jìn)，對原葉輪、蝸殼進(jìn)行通流部分優(yōu)化，并在國內(nèi)首次對該型汽前泵蝸殼雙隔舌順勢加長，使泵運(yùn)行效率提高21～38%，最高運(yùn)行效率達(dá)83.984%，居國內(nèi)領(lǐng)先水平。

該泵改造后，在運(yùn)行范圍內(nèi)，電流下降了27～37A，A、B泵電功率分別平均下降了370kW和315kW，扣除汽動主泵小汽機(jī)的多耗汽的煤耗成本，兩臺泵每小時平均可節(jié)電650.75kWh，年節(jié)電468.54萬kWh，年效益196.7868萬元，是國內(nèi)同類機(jī)組汽前泵改后節(jié)電效果最大、運(yùn)行電流最小、泵效率最高的電廠。

改造后徹底解決了內(nèi)密封面嚴(yán)重泄漏沖刷和低負(fù)荷下轉(zhuǎn)子抖動串軸問題，振動、軸承溫度等都達(dá)到了優(yōu)良水平，提高了泵的安全穩(wěn)定性。

改造后在設(shè)計流量（1188.7m3/h）時，汽前泵的揚(yáng)程為84m，為主泵必需汽蝕余量42m的2倍，所以主泵不會汽化是安全可靠的，再加上除氧器的有效倒灌高度5.8m，主泵更安全。

綜上所述，該項改造不但有顯著的節(jié)電效果，而且大大提高了機(jī)組的安全穩(wěn)定性，它適用于所有大型機(jī)組鍋爐給水泵前置泵的安全節(jié)能優(yōu)化改進(jìn)，具有廣泛的推廣應(yīng)用價值。

[1]現(xiàn)代泵技術(shù)手冊/關(guān)醒凡[M].北京.宇航出版社，2009.9

[2]QG400_300前置泵低負(fù)荷軸向竄動原因分析與處理 [J].重慶電力高等?？茖W(xué)校學(xué)報，2010年第15卷第1期