1036 MW机组前置泵叶轮车削后的节能效果分析

孙伟鹏，冯庭有

（华能海门电厂，广东 汕头 515071）

1036 MW机组前置泵叶轮车削后的节能效果分析

孙伟鹏，冯庭有

（华能海门电厂，广东 汕头 515071）

通过对前置泵叶轮车削机理的研究，结合以往的车削经验，确定叶轮的最佳车削量，并对叶轮车削后的节能效果进行分析。通过运行试验，验证了车削后前置泵的安全性和可靠性，提升了机组运行的经济性。对大型电厂辅机的选型及深度节能具有参考价值。

超超临界；机组；前置泵；叶轮；车削；节能；效果；研究

1 概 述

华能海门电厂一期建设规模为4×1036 MW机组，1号、2号机组锅炉给水系统配置有2台50%容量的汽动变速给水泵，1号、2号机采用1台30%BMCR容量的变速电动给水泵作为启动给水泵。3号、4号机组锅炉给水系统配置有2台50%容量的汽动变速给水泵，不设电动启动给水泵。汽泵前置泵型号均为500×350 KSM的日本荏原博泵。

随着节能减排的深入进行，挖掘设备的节能潜力，可进一步提高机组运行经济性。锅炉给水前置泵在厂用电比率中占有一定比重，如何使其经济安全运行，值得深入研究分析。

2 车削机理

图1 离心泵的特性曲线

对于工频泵，仅有1条流量－扬程曲线，见图1所示。为了扩大泵的工作范围，可采用车削叶轮外径的方法，使其工作范围由1条线变成一个面（如图1中ABCD），其中的1、2线是车削叶轮前、后的特性曲线，3、4线是车削外径的切割线（虚线）。

车削叶轮前后的参数变化关系，可近似地由车削定律来表达，见公式（1）：

即叶轮车削前后流量、扬程、轴功率之比等于车削前后的外径一次方、二次方、三次方之比。据有关资料，车削换算公式是用相似理论导出的，但车削前、后的叶轮并不相似，因此运用车削公式会引起误差。为了修正误差，常按公式（2）确定实际车削量ΔD实：

式（2）中，ΔD计为按式（1）计算而得的车削量；K为实验求得的车削系数。

3 叶轮车削调节优化

3.1 比转数

比转数是从相似理论中引出的一个形似准则数，因此，相似的泵在相似的工况下比转数相等。然而，同1台泵在不同工况下的比转数并不相等，通常用最佳工况点（最高效率点）的比转数来代表1台泵的比转数，一般以ns表示：

式（3）中，qv—— 体积流量，m3／s；

H ——扬程，m；

n—— 转速，r／min

3.2 车削限度

水泵车削限度与其比转数有着密切关系，车削量随其比转数增加而递减，当比转数ns＞350时，因对效率影响过大，一般不允许再车削，详见表1、表2。

表1 叶轮车削限度与泵比转速关系

表2 叶轮车削限度与效率关系

3.3 车削系数与比转数的关系

因为车削系数是用实验方法所得，各厂家之间可能存有差异。根据国外文献，水泵的车削系数值小于l，见图2，当比转数ns为40～70时，值约为0.8～0.9；随着比转数ns的增加，其值愈来愈小，当ns变为350时，该值近似为零。

图2 离心泵车削系数经验图

3.4 优化设计思路

前置泵安全扬程裕度大，长时间偏离高效运行区，为此，根据实际情况，经过充分论证，适度降低前置泵的设计扬程，实现经济、高效运行。车削前，需对各主要参数进行优化。

（1）适当的车削量，确保额定工况下前置泵出力处于高效运行区。

（2）降减低负荷时的不稳定性，提高转子的刚度，采用车削修磨的方法，减小叶片出口角，降低低负荷时的回流。修磨时，消除流道的不对称性，提高流动稳定性。

（3）对原叶轮蜗壳的通流部分进行改造，以弥补因叶轮被车削而导致的效率下降。

（4）车削后，泵的转子需进行高速动平衡校对实验，严格按标准要求进行组装。

4 实际叶轮车削量计算

通过实际计算可知，锅炉给水前置泵额定比转速ns＝105。通过表1可知：理论最大车削量为16.25%。但仍需考虑某些工况进行修正。

（1）考虑实际扬程及运行特殊工况，其车销量最终不大于10%。

图3 升负荷过程前置泵实际、设计扬程对比曲线

由图3可知，升负荷前置泵设计值与实际出力偏差较大，前置泵流量大于700 t／h（负荷大于400 MW）以上，前置泵出力偏差20～26 m的扬程，平均偏差值为23.64 m，呈现出高负荷偏差大的趋势。且降负荷较升负荷明显，偏差22～26 m，这是由于降负荷时，除氧器的压力迅速下降而引起的，特别在快速降负荷工况下，其出力下降更为明显。故前置泵叶轮车削时，必须考虑实际出力问题及特殊工况（FCB、RB等），车销量应不大于10%。

（2）水泵叶轮在车削前，应全面权衡利弊，慎之又慎，而后再确定实际车削量。考虑各方因素，叶轮的车削量宜小不宜大，且水泵的叶轮直径将随使用时间的延长，会磨损而变小。最终确定修正车销量不大于0.6×10%＝6%。

为确保汽动给水泵主泵不发生汽蚀现象，运行方面需制订防止汽蚀的防范措施。通过与从厂家设计人员沟通，最终确定了给水前置泵叶轮所允许的车削量，将叶轮直径由原设计值600 mm车削至592 mm。

5 实际效果分析

5.1 出力分析

机组大修时，对前置泵叶轮进行了车削，以锅炉给水前置泵A为例，其改造前、后的出力，见图4所示。

图4 叶轮车削前、后的扬程与电流对比曲线

（1）改造后，前置泵扬程平均值降低4.7 m，随着机组负荷（或流量）增加，改造前、后的扬程偏差值基本稳定。电流平均下降5.7A，节能效果较为明显。

（2）对汽泵转速及汽耗率的影响

根据转速与叶轮直径三次方成正比，实际叶轮直径从600 mm车削至592 mm时，转速会下降至原来的0.85倍，见图5所示。在相同蒸汽参数、相同出力情况下，给水流量在1100 t／h以下，叶轮切割后的汽泵汽耗稍有增加，但影响很小；给水流量在1100 t／h以上，叶轮切割后的相同流量汽泵效率有了提高，转速有所下降，汽耗明显降低，运行更经济，提升了汽泵效率。

图5 叶轮车削前、后对汽泵转速及汽耗率的影响曲线

5.2 效益分析

随着前置泵给水流量的增加，叶轮车削后的前置泵节能效果更明显，最大电流差接近7A，即高负荷时更节能，反映于图6动态曲线中。

图6 叶轮车削前、后的节能效果动态曲线

以均负荷800 MW、均电流下降6A计算，以4台机组8台前置泵为例，年节约电量为436.96万度，以机组使用期限30年计，累计节约1.31亿元。可节约标煤16.39万吨。

6 结 语

（1）实际离心泵车削计算中，对最优叶轮车削量应进行充分考虑，以确保泵的可靠稳定运行。

（2）实践证明，在叶轮直径允许减少的范围内，泵效率下降很小，但扬程变化却比较大。

（3）前置泵车削后，能够满足汽动给水泵的要求，并对汽泵汽耗有一定影响。

（4）叶轮车削后的前置泵，随着出力增大节能效果更明显。

［1］刘建义.离心泵叶轮车削量与泵比转数和泵效率下降关系的探讨.［J］.通用机械.2006.10：22－25.

［2］张波，赵宝双.日本6WTB—142型离心泵叶轮车削节能改造.［J］.通用机械.2002.7：12－14.

［3］吴仁荣，林志强.关于双吸离心泵切割规律的研究.［J］.机电设备.2010.5：31－35.

［4］高红斌，张汝琦，孙楠，杨了.相似定律在离心泵设计中的简易应用［J］.机械工程与自动化.2010.5：18－21.

Analysis on the Energy Saving in Turning the Impeller of Water－Booster Pump for 1036 MW Power Unit

SUN Wei－peng，FENG Ting－you
（Huaneng Haimen Power Plant，Shantou，Guangdong 515071，China）

The optimum amount of wheel turning has been determined based on the study on the turning mechanism of water－booster pump impeller and combined with actual turning experience.The safety ＆reliability of impeller turning have been specified and the economy of the operation of power unit has been increased based on the operational experiment.It is quite helpful to the selection of the auxiliary equipment and energy saving in large power plant.

ultra supercritical；power unit；booster pump；impeller；turning；energy saving；effect；study

TK268.＋3

A

1672－0210（2011）04－0042－03

2011－04－25

2011－08－16

孙伟鹏（1970－），男，大学本科，工程师，现从事大型火电机组运行方面的管理工作。