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循环水泵的增容改造分析

时间:2017-11-13 14:26:00   来源:本网   添加人:admin

  某电厂有2台125MW汽轮发电机组,均为上海汽轮机厂生产的超高压中间再热双缸双排汽凝汽式机组。2台机组分别于1988年10月和1989年9月投产。当初设计时考虑机组带基本负荷,因此,配置了4台由长沙水泵厂生产的源江48I-28IA型单级单吸低速离心泵,采用并联运行方式通过I、n母管向两机凝汽器供水,以适应负荷、气温及倒换的需求,从而保证机组运行的安全可靠性。但随着电力形势的发展,电力已进入市场,该厂2台125MW汽轮机组已由原来的带基本负荷改为调峰运行,进行频繁调峰,不仅要降负荷运行,有时甚至还要停一台机组运行。这样原设计的4台源江48I-28IA型循环水泵就不能满足当前形势的需要,需要对其进行改造。

  1循环水泵简介该厂3水泵房所安装的4台循环水泵均为长沙水泵厂生产的源江48I-28IA型单级单吸,低速高心泵,专门满足该厂2台125MW汽轮机组的供水需要。其设计参数如下:输水量10860~16000T/H,扬程0.15~0.25MPa,转速375r/min,轴功率684kW.其进口配置有型号为ZH-3000、过水量为5.5m3/h、高为17600mm的一次旋转滤网;出口与反冲排污的单排污槽、通流倍率为1:3.04的油动二次旋转滤网相配套。该泵所配用电机为上海电机厂生产的YL1000-16/1730型电机,功率1000kW,B级绝缘,电压6kV,电流132A,冷却方式采用风机空冷。两机满负荷时,开3台泵即能满足用水要求,1台泵备用。该机配用的凝汽器为上海电站辅机厂生产的N7100-H型双流程对分制表面式凝汽器,其循环倍率冬季为50~55,夏季为65~75,冷却水温为20丈~33丈,水压为0.15MPa.该泵的特点是采用便于与电机配合布置的立式布置,占地面积小,结构紧凑;吸人口朝下,便于布置吸人管道;靠联轴器一侧,设置一道单列向心球轴承,在填料密封一侧,设置一道双列向心球面滚柱轴承,转子的重量及轴向推力均由电机上的推力轴承承担,水泵未设置推力轴承;由于叶轮尺寸大,又是单吸,为不影响水量,在叶轮下设置一流线型轮毂端帽;属于高比转速泵,以适应凝汽器及其它换热器对水压、水量的需求。

  2改造的原因该厂循环水泵在实际运行中,长期存在输水量不足的情况。在夏季,由于该地区气温高,河水温度最高可达34.5丈,且持续时间长(有2~3个月);枯水季节河床水位低,水量减少且时间也较长(有3个月左右)。这样,每年约有半年时间真空偏低。同时,在夏季,由于河水温度高,循环水量少,造成凝汽器真空低,冷油器油温高,发电机、励磁机风温高,使该厂发电设备的安全运行受到了威胁。近几年来,整个电网进人模拟市场,该厂调峰频繁,因此,在单机及双机运行时,为保证凝汽器真空,必需采取两泵单机或两机三泵的运行方式,这无疑增大了循环水泵的耗电量、耗电率,降低了机组运行的经济性;同时,加速了设备损耗,减少了备用循环水泵的数量,降低了机组运行的安全性。

  从该厂单机单泵的实际运行情况来看,夏季冷却水温升约为13C左右,由此,可估算出凝汽器在该种换热情况下的循环倍率约为42,远未达到设计要求。因此,在目前这种真空严密性、冷却水质及凝汽器堵塞条件下,要保证真空稳定在较高值的同时降低厂用电率,就必须对循环水泵进行增容改造。

  3循环水泵的改造措施鉴于目前的状况,该厂联系了中国水利水电科学研究院水力机电研究所,决定对与n母管直接相通的9循环水泵进行增容改造。改造的关键在于:在保证新泵具有与原泵相似的陡降性能曲线及相同的比转速ns的同时,尽可能在原流量基础上将流量再提高20003000m3/h,降低功率消耗,提高水泵的运行效率。在这一思想的指导下,该厂决定采用水力机电研究所研制的LY-24型高新技术,更换原叶轮并修改叶轮与下泵盖之间的人口密封环及与上泵盖轴封之间的密封环尺寸,水泵外壳、附件及电机均保持不变。

  循环水泵的改造,除了必须保证制造及安装工艺外,对于运行而言,关键是能否获得达到设计要求的流量、扬程,是否会引起电机过电流、线圈温度超过最高允许值,以及是否能提高运行的安全性及稳定性。在制造工艺上,针对高比转速离心泵由于通流截面增大,在同一通流断面上因旋转半径相差大引起圆周速度相差大而必须采用扭曲叶片这一情况,采用叶片、轮毂及叶片两侧盖板分别制造,再根据对称原则对其进行组合焊接的工艺,保证了过流表面的光洁度、尺寸偏差及加工精度均符合要求;同时,新叶轮的安装也与原泵的技术要求相同。

  通过这一改造,叶轮的进口直径由原来的925mm增大至950mm;出口直径由242mm增至269mm;叶轮外径由1200mm增至1220mm;叶轮高度由600mm增至620mm.其余的尺寸也作了相应的改变,以适应原水泵外壳不变,保证尺寸符合要求,从而达到在满足性能及比转速要求的前提下增容的目的。

  4改造前后性能的对比技改前后由省中试所用同一方法对9泵进行了现场测试,具体情况如表1所示:表1 9循环水泵改造前、后性能指标次序工况扬程H/米水柱电机功率N/kW效率/%改造前改造后由曲线对比(见)得出:在正常的工作水压范围1520米水柱时,相同扬程下,改造后的循环水量增加了23763492m3/h.并且随着扬程下降,水泵内漏流量减少;流速下降,流动阻力减小,因而水量的增加量相应增大。换言之,整个串联管系清洁程度越高,工作水压越低,流量较原泵增加得就越多,从而确保了机房内凝结器及其它热交换器的冷却水量,保证了夏季单机单泵的正常运行。从当年夏季及该厂11机大修期间的实际运行情况来看,9循环水泵均能正常稳定地保证单机单泵及两机两泵的运行,从而证明9循环水泵的改造是成功的。

  再来看扬程情况(见):从改造前后的曲线对比可得出,在流量相同(即保证热交换器有相同的冷却水量)的情况下,任取一个流量值13788m3/h,水压由原来的15米水柱,升高了7.8米水柱。这对于确保了凝汽器及发电机空冷器的正压出水,提高运行的安全性;减少加压泵的投用时间,从而节约厂用电;提高工业水泵的人口水压、出口水压及水量,提高各热交换器的冷却水流速、传热系数,冲走堆积杂物,保证传热效果及机组各系统的安全运行等等都是有利的。

  通过中的曲线可知,改造后的泵效率在85%以上的流量范围是9900~15336m3/h(即AQ为5436m3/h),扬程范围是19.7~27.75米水柱(即AH为8.05米水柱);再看原泵出厂时的效率曲线:85%以上的流量范围是m32~15264m3/h(即AQ为4132m3/h),扬程范围是15~25.75米水柱(即AH为10.75米水柱);由此可见:新泵的高效区较原泵增大,并且在正常工作范围内(即扬程在20米水柱以内)的效率高于原泵。实际运行检测表明,在正常运行时,改造后泵效率由81.76%提高到90.51%.此外,随着水压降低,效率的提高值增大,这说明要保证新泵在高效区工作,水压必须在一定范围之内。

  这是因为在此范围之内,盖板磨擦损失、人口密封环泄漏损失以及因流量变化引起的叶轮进口冲击损失均较小的缘故。

  在新泵的正常工作范围之内,即水压在17.1~ 25米水柱之间时,流量为15282~11484m3/h,轴功率为872~912kW,其中,最大功率为912kW;原泵在同一水压范围时,流量为12042~8748m3/h,轴功率为660~684kW,最大功率为684kW;改造后轴功率明显增大了208~228kW.其主要原因是输水量大幅度增大。

  再看指标表的实测值:在相同工况下,新泵的水压、水量明显高于原泵,而此时的轴功率增加值为136.96~ 161.64kW,较曲线值小,这说明原泵的功率损耗远远高于设计的功率损耗,新泵改造后,运行效率提高,功率损耗减小。

  曲线形状及比转速对9循环水泵改造前后的性能曲线进行测量可以得出:新泵在扬程由15米水柱增至20米水柱时,输水量的变化量为2052m3/h;原泵的水量变化量为936m3/h.这说明新泵的性能曲线较原泵更平缓,扬程变化引起的流量变化高于原泵。

  再看比转速,虽无设计工况下的各参数,但通过实测指标表可以得出,新泵的扬程增加幅度小于流量的增加幅度,即新泵的比转速较原泵有所提高。

  由于在此次改造中,对人口密封环的尺寸进行了修改,填料轴封的漏水量大大减少,这在9泵改造后的实际运行中得到了证明。可见,修改密封环尺寸,对于降低轴封泄漏水量,提高水泵的运行效率5改造后的使用情况5.1性能变化前面的性能对比已经证明了9泵在改造后,性能曲线形状及比转速发生了变化,针对这一情况,为保证运行的安全性,除了加强对9泵、一次滤网水位差、江水水质的监测及清洗一、二次滤网外,该厂还对二次滤网进行了换型。由于原来的油动二次旋转滤网不但易出现损坏驱动的啮合齿轮,电磁阀故障及排污时水量损失大等缺点,更重要的是存在排污死角,网上杂物不断堆积,造成循环水泵出水压力升高。所以该厂于当年九月将9泵二次滤网更换成EPF型反冲排污、电动驱动双排污槽的二次滤网。经实际运行的检验,该种滤网除节电省水、不易发生故障外,关键是运行水阻小,排污能力强,无排污死角。

  这对于适应9循环水泵的增容改造,保证9循环水泵始终处于高效、高水量区工作是十分有益的。

  此外,由于凝汽器是循环水泵的最大用户,而其管板及铜管易出现堵塞,因而要求运行人员加强对凝结器进出水压、水温及冷却水温升、端差等数值的监测,适当调整出水电动门并及时进行半边清洗。

  9循环水泵增容改造后,由于水量增大,造成入口水流速增大,一次滤网前后压差增大,这一方面要求运行人员必须加强对一次滤网的检查工作;另一方面针对该情况,也应进行适当的改造,如:在一次滤网前安装浮动拦污栅等,以保证运行的稳定性。5.2并联运行情况由于9循环水泵是与7、8、10循环水泵并联向I、n母管供水,而9泵性能曲线又与其它泵不尽相同,因此会有一定的影响。但由于两种曲线均无不稳定的驼峰形状,并且在运行中是不允许出现管系所需扬程大于原泵的最大扬程,因此对其它泵并无太大影响。在实际运行中,通过比较发现,改造前后其它泵的电流及出水压力变化不大且运行稳定。

  5.3电机线圈温度9泵经增容改造后,随着流量、扬程的增加,电机电流增大,较改造前增加10~15A;根据线圈耗功公式可知,电流的增大是引起发热量增加的重要因素之一,在实际运行中9泵的线圈温度也高出10丈~12丈。与9泵相配的电机采用B级绝缘,通过查找有关资料可知,用B级绝缘材料的电机最高允许温度为130丈,同时以往的经验来看,降低线圈温度的关键在于线圈的散热:通过检查发现,由于电机上导瓦的润滑油位过高而溢油到下导瓦引起油位高,正常运行时在轴的回转离心力作用下溅至线圈上;另外,长期运行过程中线圈上的大量积灰,都是影响线圈的散热的原因。因此,2000年8月初,采用四氯化碳对线圈进行了清洗,取得的效果十分明显。在当年整个夏季,气温36丈时,线圈温度最高在95丈左右,与其它泵情况相同,这说明9泵经增容改造后,依然能保证电机温度在正常范围之内,这对于循环水泵的安全运行也是十分重要的。

  表29扬水泵马达线圈清洗前后对照表时间泵号线圈温度水泵运行方式清洗前9泵9日并联运行清洗后9泵5日并联运行6改造后的运行经济性9泵改造后的经济性取决于真空提高后所降低的煤耗与9泵增加的耗电所对应的煤耗两者的技术经济比较。

  通过对9循环水泵增容改造前后的机组真空对比统计整理得出:在机组负荷相同的情况下,凝汽器的真空平均提高了1.2kPa以上。同时,通过平时运行中的观察可知,在其它泵倒换9泵运行后,进水压力升高至0.01~0.011MPa,真空提高了约有1.2kPa.根据本机组的经济指标对煤耗的影响值(每提高lkPa真空可节约煤耗2.8g/kW,h)可得出,提高1.2kPa的真空可降低煤耗3.36g/kW.h.以9泵年运行时间6000小时进行计算,则每年因提高真空1.2kPa所节约的标准煤耗量为2018吨,按标准煤单价327.10元/吨计算,可节约人民币60.0088万元。

  由于9泵经增容改造后出力提高,单泵便可保证单机运行的稳定性,按原来的两泵单机每年运行90天进行计算,可节电0.8x30x24x3x1000 =1728000kWh,每千瓦时售电按0.15元计算,每年h,折合人民币元,9泵改造后产生的经济效益为60.0088+25.92-8.9=76.95万元。

  9泵经增容自改造运行以来,流量、扬程明显升高,水泵性能稳定,有推广应用的价值;而每台泵改造后经济效益的提高,更是十分诱人的。

  简讯。

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