秦大川， 李 煒

（華電電力科學研究院，浙江 杭州 310030）

0 引言

循環(huán)水泵是火力發(fā)電廠冷端系統(tǒng)的關鍵設備，其運行情況對凝汽器真空、機組廠用電率及熱經(jīng)濟性都具有重要影響。在汽輪機排汽量和環(huán)境條件一定的情況下，凝汽器真空僅由循環(huán)水流量決定[1]；此外，對于火力發(fā)電機組而言，循環(huán)水泵的電耗量約占廠總發(fā)電量的1%～1.5%[2]，約占總廠用電量的15%～20%。而隨著《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃》的提出[3]，為降低火力發(fā)電機組標煤耗，提高機組經(jīng)濟性，減少污染物的排放，對循環(huán)水泵進行優(yōu)化研究具有重要意義。

針對如何有效地提高循環(huán)水泵的運行效率，增大循環(huán)水流量，降低凝汽器真空，提高機組的經(jīng)濟性，國內外的學者開展了大量的研究工作[4-12]。本文將以某330MW機組為例，對機組的循環(huán)水泵存在的問題進行分析，并提出改造方案，改造完成后，對循環(huán)水泵的應用效果進行了試驗研究。

1 循環(huán)水泵改造

1.1 水泵概況

某330MW機組的循環(huán)水泵為1600HTCX4型循環(huán)水泵，兩泵可并聯(lián)投入使用。配套電機功率為2500kW，循環(huán)水泵及電機的設計參數(shù)見表1。

1.2 水泵存在的問題

該循環(huán)水泵于1999年投運，目前已運行近18年，結垢及腐蝕問題都影響了水泵的效率。實驗研究表明，該機組的循環(huán)水泵雙泵全開循環(huán)水流量為34020t/h，僅為設計值的89%；此外，雙泵全開時揚程僅為20.47m，泵的平均效率為65%，均低于設計值水平，泵的平均效率降低也造成了其電耗的增加。同時，該機組已于2014年增容至330MW，但未對循環(huán)水泵系統(tǒng)進行同步改造，循環(huán)水流量不足的問題進一步凸顯。

表1 循環(huán)水泵及電機設計參數(shù)Tab.1 The design parameters of the pump and electric machinery

圖1 原循環(huán)水泵葉片數(shù)值分析Fig.1 The numerical analysis of the blade for the pump

針對水泵存在的問題，采用三維立體制圖，并對水體進行離散化，生成三維網(wǎng)格，應用先進的CFD計算流體動力學分析技術，對改造前循環(huán)水泵葉片的壓力場及速度場進行分析，如圖1所示。從圖1（a）中可見，壓力從葉片進口到出口呈梯度增加模式，但沿流線方向并不均勻增加，壓力梯度分布雜亂，導致同一流面內壓力分布不均，引起液流不順，產(chǎn)生渦流，造成能量損失。從圖1（b）中可見，整體上液流從進口到出口流動，但速度分布的不均勻性較高。

1.3 改造方案

為增加循環(huán)水流量，提高循環(huán)水泵的效率，結合改造前循環(huán)水泵葉片的壓力場及速度場的計算分析結果，必須對循環(huán)水泵結構進行優(yōu)化改造，重點是對循環(huán)水泵的葉片結構進行優(yōu)化。

在循環(huán)水泵配套電機不改的情況下，重新優(yōu)化設計循環(huán)水泵葉片結構、導流體等通流部件。具體的優(yōu)化改造方案如下：

（1）葉片設計以相似換算法為基礎，經(jīng)初步換算得到葉片的軸面尺寸后，根據(jù)殼體和軸面的尺寸對葉片進口頸部直徑和輪轂的直徑進行必要的修正，修正時兼顧提高循環(huán)水泵出力和抗汽蝕能力。

（2）增大葉片的進口過流面積，新葉片保證高效型線的特點，且與殼體的匹配得當。

（3）根據(jù)優(yōu)化后的通流部分，重新優(yōu)化設計主軸、軸套、套管、軸封等配套部件，保證循環(huán)水泵運行的可靠性及穩(wěn)定性。

（4）對水泵進行除銹及防腐處理。

優(yōu)化后葉片的壓力場及速度場的計算分析結果如圖2所示。從圖2中可見，改造后葉片的壓力從進口到出口呈均勻有序地梯度增加模式，同一流面內壓力分布均勻，不易產(chǎn)生渦流，減小了渦流引起的能量損失；此外，速度場的均勻性相比于改造前較好。

2 工程應用及效果分析

該330MW機組的循環(huán)水泵改造于2017年6月完成，系統(tǒng)于6月25日投運。穩(wěn)定運行后于2017年7月11日對其進行了性能試驗，性能試驗參數(shù)與改造前的對比情況見表2。

圖2 優(yōu)化后循環(huán)水泵葉片數(shù)值分析Fig.2 The numerical analysis of the blade for the pump after the optimization

表2 試驗參數(shù)對比Tab.2 Comparison of the experimental parameters

由表2可知，在單泵運行狀態(tài)下，相比于改造前，泵的平均效率提高19.66%，電機功率減少80.9kW；在雙泵運行狀態(tài)下，相比于改造前，泵的平均效率提高20.94%，電機功率減少107kW。

按照循環(huán)水泵每年運行5500h（其中單泵運行2500h，雙泵運行3000h）、負荷率70%計算，每年可節(jié)約循環(huán)水泵電耗36.63萬kW·h。按照試驗時當?shù)厥垭妴蝺r0.48元/（kW·h）計算，則節(jié)電效益為17.58萬元/a。

此外，由于循環(huán)水流量的增加，機組的凝汽器冷卻能力上升，可進一步降低凝汽器真空，提高機組的經(jīng)濟性。

3 結論

本文介紹了一種循環(huán)水泵改造方案，并對該方案在國內某330MW機組投入運行后的經(jīng)濟性進行了分析，得出以下結論：

（1）該方案可有效改善循環(huán)水泵葉片的壓力場和速度場分布情況，減少了渦流的產(chǎn)生及其導致的能力損失；

（2）該方案實施后，可有效提高循環(huán)水泵效率，降低水泵電耗。每年可節(jié)約循環(huán)水泵電耗36.63萬kW·h，節(jié)電效益為17.58萬元/a。

[1]劉吉臻，王瑋，曾德良，等.火電機組定速循環(huán)水泵的全工況運行優(yōu)化[J].動力工程學報，2011，31(9)：682-688,Liu Jizhen，Wang Wei，Zeng Deliang，et al.Operation optimization of constant-speed circulating water pumps in a thermal power plant under full conditions[J].Journal of Chinese Society of Power Engineering，2011，31(9)：682-688．

[2]黃新元，趙麗，安越里，等.火電廠單元制循環(huán)水系統(tǒng)離散優(yōu)化模型及其應用[J].熱能動力工程，2004，19(3):302-306.Huang Xinyuan，Zhao Li，AN Yueli，et al.A discrete optimized model for the monobloc configured circulating water system of a thermal power plant and its applica?tions[J].Journal of Engineering for Thermal Energy and Power，2004，19(3):302-306．

[3]國家發(fā)展改革委，環(huán)境保護部，國家能源局.煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃(2014-2020):1-2.

[4]劉哲，王松嶺，王鵬．300MW機組單元制循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化運行[J]．汽輪機技術，2010，52(6):475-477．Liu Zhe， Wang Songling， Wang Peng． Optimal oper?ation of circulating water system in 300MW unit system[J]．Turbine technology，2010，52(6):475-477．

[5]費全昌，梁超．火力發(fā)電廠濕式冷卻系統(tǒng)節(jié)能分析[J]．中國電力，2012，45(9):68-71．Fei Quanchang， Liang Chao． Analysis on energy sav?ing for water cooling system in thermal plants[J]．Elec?tric Power， 2012，45(9):68-71．

[6]張震偉，謝尉揚，王艦．不同容量循環(huán)水泵配置的節(jié)能研究[J]．電力建設，2012，33(4):76-79．Zhang Zhengwei,Xie Weiyang,Wang Jian.Research on en?ergy-saving for circulating water pump with unequal ca?pacities[J].Electric Power Constructions,2012,33(4):76-79.

[7]王瑋，曾德良，楊婷婷，等．基于凝汽器壓力估計算法的循環(huán)水泵最優(yōu)運行[J]．中國電機工程學報，2010，30(14):7-12．Wang Wei,Zeng Deliang,Yang Tingting,et al.The opti?mum running of circulating water pumps based on esti?mated condenser pressure[J]．Proceedings of the CSEE，2010，30(14):7-12．

[8]常景彩.火力發(fā)電廠大型循環(huán)水泵及其系統(tǒng)優(yōu)化設計研究[D]．濟南:山東大學，2005.

[9]肖興和，薛彥廷.循環(huán)水泵節(jié)能改造技術及其應用[J].熱力發(fā)電,2007,36(12):69-71．Xiao Xinghe,Xue Yanting.Retrofitting technology for ener?gy-saving of circulating water pumps and application thereof[J].Thermal Power Generation,2007,36(12):69-71．

[10]程東濤,許朋江,馬汀山,等.基于煤電經(jīng)濟值的汽輪機循環(huán)水泵運行優(yōu)化研究[J].汽輪機技術,2015,57(3):221-224.Cheng Dongtao,Xu Pengjiang,Ma Dingshan,et al.Study on operation optimization ofthe watercirculating pump based on the economic value of coal and electricity[J].Turbine technology,2015,57(3):221-224．

[11]李志恒,張娟,宋星.循環(huán)水泵節(jié)能降耗的途徑與實踐[J].中國電力,2016,49(11):181-184．LiZhiheng,Zhang Juan,Song Xing.Approach ofenergy saving and consumption reduction of circulating water pump and itsapplication[J].ElectricPower,2016,49(11):181-184．

[12]汪飛,劉曉鴻,萬忠海,等.超超臨界汽輪機循環(huán)水系統(tǒng)改造及運行優(yōu)化[J].中國電力,2015,48(3):1-5.Wang Fei,Liu Xiaohong,Wan Zhonghai,et al.Optimization of cooling water circulation system modification and oper?ation for ultra-supercritical steam turbine units[J].Elec?tric Power,2015,48(3):1-5．