华能上安电厂4#机组循环水泵节能改造理论与应用

第2卷第4期沈阳工程学院学报(自然科学版)Vol.2 No.42006年10月Journal of Shenyang Institute of Engineering(Natural Science)Oct. 2006 .华能.上安电厂4#机组循环水泵节能改造理论与应用张小辉1.2 ,张大东3(1.沈阳工业大学材料科学与工程学院,沈阳 110023; 2.沈阳工程学院教务处,沈阳 110136;3.吉林电力股份有限公司燃料分公司,长春 130021)摘要:对华能上安电厂4#机组的循环水泵进行了节能改造,增大了叶轮的出口宽度,采用了较大的叶轮叶片出、入口宽度比和较小的叶片包角;为了提高泵的水力效率,泵壳体采用流线型设计,同时加大了壳体的通流面积.改造后取得了预期的效果,同改造前相比,4A泵、4B泵效率分别提高了11.20%和13.38%，总输入功率减少了576.3 kW,运行2年即可收回改造投资.关键词:循环泵;高效叶轮;混流泵;双逮电机;多种运行模式中图分类号: TM621.7文献标识码: A文章编号: 1673- 1603(2006)04- 0317-03我国对泵类产品的生产明确要求要按IEC497( 蓄能泵1循环水泵节能的意义和途径模型验收试验国际规程)进行加工制造,以适应现代化火力发电厂辅机出力随发电机负荷的大小而变发展的需要.目前,大型机组的循环泵运行效率已达到化,电网负荷随时在变,所以发电机输出功率和辅机出80%以上,为已投运的循环泵改造提供了可靠的技术力也要相应调整.循环水泵作为火力发电厂主要辅机保证.许多电力科研院所和电厂在已投产的机组上对之一,从维持机组真空、调节循环水流量的要求上,其循环泵节能改造做了大量工作,并取得了很好的效果.出力应随季节和机组负荷的变化而变化.但是目前电2节能改造前参数与效率试验分析厂循环水泵运行方式都是1台泵或2台泵定速运行，没有按照机组真空变化来调节流量.这种运行调节方2.1系统概况式有2个缺陷,- -是浪费电能,二是增加设备不必要的4#机组安装2台东方汽轮机厂生产的N300 -.磨损.如果在北方冬季循环水量过大时,还会出现凝结16.7/537/537-4型凝汽式汽轮发电机组,额定出力水过冷度,能耗损失就更大了.这样也就为循环水泵节300MW.每台机组配备2台48P-35IIA型循环水能改造留出了空间.泵.主要技术参数如下.大量电厂循环水泵实际运行效率测试数据表明,水泵:流量Q= 20 160 m3/h,扬程H= 18.2 m;循环水泵运行效率均低于设计值,主要是设计院在选效率η=80.5%.型时过于保守,扬程上留有很大的裕量,该用混流泵的电机:转速n= 371 rpm;功率N= 1600 kW ;电流场合而选用扬程较高的离心泵,运行工况不在高效区. I = 205 A;效率η=95%.循环泵节能改造主要可从2方面来考虑:- -是水泵高2.2循环水泵 改造前的效率试验效改造,提高运行效率;二是电机节电改造,利用变频由于试验目的是为了评价改造效果，所以只安排技术或者采用双速电机,在满足系统要求的前提下,降经常运行的单泵 试验工况和2台泵同时运行的试验工低循环水泵功耗.况.为了保证试验过程中机组运行的安全性,没有采用近年来,随着我国大型现代化电站和引水工程的调节阀调节水量,这样每台泵只有2个试验工况.建设,对泵产品的设计、加工提出了更高的要求,许多试验工况记录泵出口温度、凝汽器出口温度、泵出厂家都引进了国外的水泵设计软件和制造技术.600口压力、泵前池水位、电机功率和电流等参数.试验工MW机组的循环泵已能在厂内做全流量的效率试验.d中国煤化工上,测试时间为30收稿日期: 2005- 12-14YHCNMHG作者简介:张小辉(1972- ),男,吉林乾安人,实验师,硕士研究生..318.沈阳工程学院学报(自然科学版)第2卷.min,用算数平均数计算.试验按照国标GB3216- 89 .泵的运行效率可达85%以上,16极时维持泵的出力与.《离心泵混流泵、轴流泵和漩涡泵试验方法》进行.改造前相同,电机功率可下降270kW,18极运行时电循环水泵的流量在冷却塔入口钢管.上测量,出口机功率可下降680 kW ,仍按上述运行方式和运行小时压力用0.4级精度标准压力表测量.扬程计算时以泵数计算,2台泵的总改造费用为220万元,约需2年1出口压力表所在平面为基准面;电机功率在6kV开关个月可全部收回.柜上用高精度组合电能表测试;泵前池水位用钢尺直综上所述,方案一投资少,每年可节电250万接测量;泵的转速用光电转速表测量.kWh,约需2年可收回投资.方案二投资多,每年可节扬程计算公式如下:电420万kWh,约需2年1个月收回投资.因此从长H = (pz- p)/pg+ (经- c3)/2g+(zz- z:)远的观点出发,方案二要优于方案一.式中,P2、办为泵出口和进口处液体的静压强,Pa;这3泵改造的理论依据和水力模型试验里p取0表压;c2.C1为泵出口与进口处液体的流速,m/s;c1很小,忽略不计;z2、21为泵出口与进口到水力效率是决定水泵性能的重要参数,正确的水任选基准面的高程,m;以循环水泵出口压力表为基准力效率修正计算是准确控制改造后泵的性能参数与实面,z2取O;pg为泵送液体重度,N/m'.际运行相吻合的关键.在吸取了卧式、双吸、离心式水泵组效率计算公式如下:泵经验公式的基础上,分析了几种正在运行的斜流式η= pgQH/N泵的实际运行与设计性能的差别，同时参考了近期在式中,Q为泵送液体流量,m3 /s;H为泵扬程,m;N为轴流泵上改造所获得的经验数值,综合了立式、单吸、电机输人功率, kW.斜流式水泵的比转数.出口水流与壳体螺旋角之差、出泵效率计算公式如下: .口流速比、进口流速比等参数的影响,修正了水力效率η = pgQH/Nmne .的计算公式:式中，nm为泵的传动效率,取100%;ne为电机的效η=tgyQm )-k){1kiQa2 + kz(m二k)率,取95%.1002.3改造前试验结果分析式中, Q为流量,m2/s;n为转速,r/min;Oa为出口水4#机组的A泵改造前双泵运行时的试验效率为流与壳体螺旋角之差;m为出口流速比.61.19% ;B泵双泵运行时的试验效率为58.68%,远改造后的试验证明,泵的性能参数与设计值是吻没有达到设计时80. 5%的水平.在扬程只有13.29 m,合的,因此,对水力效率计算的修正是准确的.比设计额定扬程18.2 m低得多的情况下，流量只有通过对几种泵类叶型的测绘和性能分析,对高比19 400 m3 Ah,未能达到额定流量20 160 m2/h,说明循转数泵增大叶轮的出口宽度,不仅可以提高泵的效率,环水泵的运行工况远远偏离泵特性曲线的高效区.而且可以拓宽泵的高效区段.设计中考虑到电机改双2.4几种改造方案的经济性分析速后,2台高速(375 r/min)、2台低速(334 r/min)或1通过对上述问题的详细分析和对循环水泵及其系高(375 r/min)1低(334 r/min)并列各种运行工况,为统的现场试验,该项目有2种改造方案可供选择比较.了获得较宽的高效运行区段,采用了较大的叶轮叶片方案一.保持泵的壳体结构不变,优化泵叶轮的设出、人口宽度比,同时,为了叶轮制造工艺的方便,采用计,电机改为16.18 极的双速电机,优化运行方式如前了较小的叶片包角设计.所述,受壳体流通能力的限制,改造后2台泵并列运行叶轮采用了封闭式设计,叶片出口边采用大倾斜的效率可达75%左右.保持16极运行时泵的实际出力角θ=14°~ 18* ;叶轮出口宽度b比常规设计大,b与与改造前相同,电机功率可下降110 kW左右,18极运叶轮出口最大直径D2之比为0.36~0.41;b与叶轮行时电机功率可下降560 kW.出口最小直径D1之比为0.46~0.54;采用4枚叶片电机双速改造及运行方式优化后,在保持原机组燃设计,制造完成后的包角只有80°~ 88° ;为提高使用性煤量不变的情况下,每年可节约人民币61万元,2台泵能采用了不锈钢整体铸造.改造费用为110 万元人民币,约需2年可收回投资.中国煤化工大的壳体通流面积.方案二。泵整体改造设计,即整台泵重新进行优化对|YH.CNMHG叶轮,为使叶片各流设计,电机改为16.18极双速电机并优化运行.改造后线的扬程近似相同,前后盖板出口直径之差达250第4期张小辉,等:华能上安电厂4#机组循环水泵节能改造理论与应用●319.mm,同时由于采用了较宽的叶片出口宽度,使叶片出水量基本持平的情况下(2次试验总水量仅相差320口边的倾斜很大,这样如果仍沿用对称布置的壳体设m'/h,占总水量的0.9%,在流量测量误差范围内)2.计,则势必引起壳体内流速分布不均,进而损失增大.台泵电机的输人功率总和减少了576.3 kW.为此，在设计中采用了流线型的壳体,按照液体流出叶4)由于夏季循环水温高,对循环水量的要求更为轮后的轴面流线,设计壳体的截面形状,使壳体内液体重要.改造后双泵(高速)运行工况的水量从33 690的流动更加合理,有利于提高泵的水力效率.同时,为m2/h提高到36 360 m2/h,增加了2 670 m'/h,对提高了获取较宽的高效运行区段,采用了较大的壳体通流机组的真空有很大贡献.面积将其中1台泵电机改为双速电机,节电效果明显，壳体采用-种不对称通流截面,其通流截面由曲又提高了循环水系统运行的灵活性,是很有必要的.率半径为r2的上圆弧,曲率半径为rI的下圆弧，曲率冬季单台泵低速运行时，每小时节电为:N=半径为r1 的上过渡圆弧，曲率半径为r2 的下过渡圆1.732x6 000x(192 - 146)X0.80= 382 kW,如果每弧及直线b1、b2包围而成其特征尺寸为:r/b1=2.5年冬季单台泵低速运行 2个月即1 440 h,可节电~ 3.2;r2/b1=3.5~4.0;r/H=0.3~0.33;r2/H= 1 440> 382=55万kW.h.全年共节电236 + 55= 2910.26 ~0.32.水泵壳体的螺线升角a与安放角b之比万kW.h,按上网电价0.25元/kW.h计算,折合人民为0.4~0.6.币72万元4#机组循环水泵改造工程费约105万元4更换高效叶轮后的效 果分析及结论人民币,运行2年时间，即可全部收回.采用了更换高效叶轮和电机双速改造的方案.5结束语1)4A泵在改造前双泵运行时的试验水泵效率为此次4#机组循环水泵的改造是成功的,彻底解决61.19% ,更换高效叶轮后，试验水泵效率为72.39% ,了该机组泵运行效率低、电耗高等问题.采用高效泵改提高了11.20%.造后,使循环水泵运行效率提高，运行电流降低;同时2)4B泵改造前双泵运行时的试验水泵效率为对循环水泵采用双速电机,改造后电机可以实现高、低58.68% ,改造后试验水泵效率为72.06%，提高了速运行,增加了循环水泵运行调节方式,满足了机组在13.38%.电网不同负荷.不同气候下经济运行的要求,提高了机3)改造前双泵运行工况的水量为33 690 m'/h,2组运行的经济性,降低了厂用电率,降低了维修量,减台泵电机的输人功率之和为3 192 kW.改造后双泵运少了维修费用,给华能上安电厂带来了可观的经济效行工况在4A泵和4B泵低速运行时,水量达到33 370益和社会效益.同时,也为各使用同类型循环水泵的同m'h,2台泵电机的输人功率之和为2615.7 kW.在类机组的节能改造提供了可以借鉴的宝贵经验.Theory and application of energy - saving transformation ofcirculating pump in 4# unit of Huaneng Shang' an Power PlantZHANG Xiao - huil.2 ,ZHANG Da - dong'(1.COllege af Material Science and Enineing,henyang University of Technology ,Shenyang 10023,China;2.Edcatinal Afairs Division,Shenyang Istiute of Engnering,Shenyang 110136,China;3.Fuel Branch Company ,Jilin Electric Power Ltd. Co. ,Changchun 130021 ,China)Abstract: Makes the energy- seving transormation for circulating pump in 4# unit of Huaneng Shang' an PowerPlant,enlarges the export breadth of impellr , aplies larger breadth proportion between entrance and exit of imellervane,and ltte vane angle. In order to improve the water power eficiency of pump, casing applies streamline design,the circulation area is increased. Gets the prospective effect after tSormer pump, the effi-ciency of 4A pump and 4B pump increases respectively 11.20% ar中国煤化工576. 3kW ,tanstor.mation investment can be taken back after two year’s operation.TYHCNMHGKey words: circulating pump;high - eficiency impller;mixed flow pump;two - speed motor;various operation mode