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7页热网循环水泵组存在的问题及优化宗绪东 【摘要】热网循环水泵是供热系统中重要的动力设备,直接影响供热安全性和 经济性从驱动方式、选型配置等方面,对华电山东公司各单位热网循环水泵 组运行状况进行诊断,指出汽蚀、耗电率高、蒸汽节流损失大等典型问题,分 析产生的原因并制定了最佳优化方案期刊名称】《华电技术》【年(卷),期】2018(040)011 【总页数】3 【关键词】热网循环水泵;供热系统;小汽轮机;驱动方式;选型配置;耗电 率;效率修回日期:2018-09-070引言节能减排是我国经济实现可持续发展的基本国策,对于发电企业,热电联产是 实现节能减排的一项重要措施在热电联产机组中,热网首站是重要构成元素, 包括热网加热器、循环水泵、疏水泵等设备热网循环水泵的作用是输送热水, 其工作状况直接影响供热的安全性和经济性现有热网循环水泵的驱动方式主 要由电机带动或小汽轮机带动[1-2]:电机驱动需要消耗大量电功,增加了用电 成本,引起供电煤耗上升;采用小汽轮机驱动,利用了中低压蒸汽具有一定做 功能力的特点,小汽轮机的排汽热用于回收供热,不仅减少了用电成本,还降 低了机组供电煤耗,大大增强了供热的经济性[3]。
本文对中国华电集团山东分公司9个供热电厂开展调研和诊断,针对热网循环水泵组运行中存在的诸多问题,进行系统的原因分析,制定优化改造方案1热网循环水泵组安全性问题及优化1.1热网循环水泵汽蚀损坏1.1.1案例分析部分电厂在供热期间,热网循环水泵出力逐渐下降供热季结束后,解体检查 发现,循环水泵叶轮汽蚀严重修复后,在下一个供热季重复发生此类问题1.1.2原因分析循环水泵叶轮汽蚀损坏,主要原因是热网补水泵运行方式不合理现场查阅历 史趋势发现,补水泵只在初期热网注水时运行,供热期间始终处于停止状态 补水泵具有补水和恒压两个作用,正常运行中因热网的原因,热网回水压力经 常发生波动当热网循环水泵入口压力低于汽蚀压力时,叶轮发生汽蚀对于 单级双吸泵,吸入侧压力会瞬间急剧降低,导致循环水泵出力下降,长期运行 必然导致叶轮汽蚀、损坏1.1.3优化方案热网循环水泵启动后,热网补水泵应保持连续运行为节约厂用电,补水泵电 机应选择变频控制调节冲量为热网循环水泵入口压力,根据压力调节补水泵 转速,保持热网循环水泵入口压力恒定按上述方案整改后,热网循环水泵未 再发生汽蚀损坏1.2热网循环水泵电机、轴承损坏1.2.1案例分析部分电厂经常发生热网循环水泵电机或轴承过热损坏现象,以某电厂#2热网 循环水泵为例,运行中当出口阀开至1/4时,电机电流超过额定值,运行中只能作为备用。
2016年12月15日,#1循环水泵跳闸,#2循环水泵联启运行 5 min后跳闸,现场检查电机线圈烧损1.2.2原因分析循环水泵、电机容量不匹配,扬程设计过大,导致很大一部分消耗在了水泵出 口阀的节流损失上1.2.3优化方案循环水泵、电机在选型配置时,两者容量应匹配该电厂对循环水泵叶轮进行 了切削,降低了扬程,更换了1台电机,启动后运行正常2热网循环水泵组经济性问题及优化2.1热网循环水泵运行效率低2.1.1案例分析部分电厂热网循环水泵运行效率低,泵组系统效率降低,导致电机耗电率升高 或小汽轮机耗汽量增加,机组经济性降低2.1.2原因分析热网循环水泵选型配置不当,扬程与系统阻力不匹配,扬程过大,导致循环水 泵运行效率降低对于采用节流出口阀方式进行调节的电动循环水泵,循环水 泵效率进一步降低2.1.3优化方案对循环水泵叶轮进行切削或更换高效叶轮,使其扬程与系统阻力匹配,达到最 佳工况点2.2热网循环水泵耗电率高电机驱动热网循环水泵主要有定速、液力偶合器、变频调节3种方式,不管哪 种调节方式,供热季的厂用电率均会上升0.3百分点以上,其中变频调节耗电 率 < 液力耦合器调节耗电率 < 定速调节耗电率。
2.2.2原因分析(1) 循环水泵驱动动力为电机,导致厂用电率升高在目前机组运行负荷率偏低 的情况下,采用电机驱动是不经济的2) 液力偶合器存在滑差损失,在70%~ 80%变工况时滑差损失最大;定速调 节需要节流循环水泵出口阀,节流损失增大、效率降低,导致这两种调节方式 耗电率高于变频调节2.2.3优化方案热网首站均配置电动控制的循环水泵,应进行小汽轮机驱动改造供热期间应 保持汽动循环水泵运行,电动循环水泵备用电动循环水泵运行时,应按照变 频调节、液力偶合器调节、定速调节的顺序控制运行方式2.3低压缸进汽、热网加热器进汽节流损失大2.3.1存在的问题(1)现场检查发现,各单位热网循环水泵驱动小汽轮机设计为单级,进汽压力要 求0.400~0.500 MPa(a),排汽压力0.150 MPa(a)80%电厂采用中压缸排汽 (以下简称中排)作为小汽轮机驱动汽源,对于设计中排压力高的机组,机组任 意负荷段能够满足小汽轮机进汽压力要求;对于设计中排压力低的机组,机组 低负荷段不能满足要求以某公司300 MW机组为例,在85%负荷率下为保 证小汽轮机进汽压力,低压缸进汽调节阀、热网加热器进汽阀开度分别为20% 和18%,具体如图1所示。
每台热网循环泵小汽轮机进汽量约为30 t/h,远低 于低压缸进汽量、热网加热器进汽量,导致蒸汽节流损失增加2)现场检查发现,20%电厂采用再热器冷段(以下简称冷再)抽汽作为小汽轮机 驱动汽源,冷再抽汽压力低负荷时在2.300 MPa(a)以上,因此能够满足小汽轮 机进汽压力要求,但受限于其进汽压力,进汽调节阀处于严重节流状态(开度 <8%),导致进汽节流损失2.3.2原因分析(1) 单级汽轮机效率低(40%左右),做功能力差,进汽压力过低,无法保证循环 水泵正常工作2) 蒸汽节流为等焓熵增过程,节流后蒸汽压力和温度均降低,如图2所示图 中:p1为节流前蒸汽压力;t1为节流前蒸汽温度;pi'为节流后蒸汽压力;tr 为节流后蒸汽温度;Aht为未节流理想比焓降;△*为节流后理想比焓降,因 蒸汽节流造成的理想比焓降损失8hmac=Aht-Aht'[4]2.3.3优化方案为减少蒸汽节流损失,小汽轮机应选择多级汽轮机(4级),排汽压力设计为负压, 排汽进入预加热器热网回水先经过预加热器,再进入主加热器;由于排汽参 数为负压,设置2台真空泵抽取预加热空气;由于疏水压力低,设置2台疏水 泵将预加热器疏水打至主热网疏水管道,具体如图3所示。
多级小汽轮机效率高、焓降大,做功能力强进汽压力0.150 MPa(a)即能满足 小汽轮机工作要求按进汽压力0.190 MPa(a),温度245 °C,排汽压力设计 为0.034 MPa(a),温度为118 C,功率达1 600 kW时,每小时耗汽量约为 24 t2.4小汽轮机驱动循环水泵出力低2.4.1存在的问题20%电厂小汽轮机驱动循环水泵出力低,被迫保持多台汽动循环水泵运行,甚 至启动电动循环水泵才能满足供水需要,导致机组能耗升高2.4.2原因分析现场检查发现,存在问题的电厂均未设置小汽轮机排汽预加热器,小汽轮机排 汽至热网主加热器由于主加热器管束结垢、堵管率高等原因,导致加热器上 端差增大为保证对外供水温度,被迫提高热网加热器进汽压力,导致小汽轮 机排汽受排挤,做功能力降低2.4.3优化方案供热季结束后,增加小汽轮机排汽预加热器,可以彻底解决这一问题3结论本文针对中国华电集团山东公司热网循环水泵组运行中存在的典型问题进行剖 析,分析了原因,探讨了提高运行安全性、经济性的有效方法,主要结论如下1) 影响热网循环水泵组安全性的主要问题是叶轮汽蚀、电机超流及轴承损坏等, 与热网补水泵运行方式、循环水泵及电机选型配置等有关。
2) 热网循环水泵效率低的主要原因是扬程与系统阻力不匹配,造成泵组系统效 率降低,影响小汽轮机耗汽量增加或电泵耗电率升高,应进行提效改造⑶为降低供热厂用电率,提高经济性,应将全部采用电机驱动的热网循环水泵 进行部分小汽轮机驱动改造,正常运行中电动循环水泵只作为备用⑷单级小汽轮机效率低,受限于进汽压力,导致低压缸进汽、冷再抽汽等节流 损失增加建议设计中压缸排汽压力低的机组将小汽轮机更换为多级,并配置 预加热器参考文献:[1] 贾俊颖,王培红,程懋华.水和水蒸气性质通用计算软件的算法研究[J].热能 动力工程,2000,15(6) : 666-669.[2] 汪国山,朱晓星,谭锐,等.水和水蒸气热力性质国际工业标准IAPWS-IF97 和计算程序编制[J].汽轮机技术,2005,47(3) : 161-164,167.[3] 舒斌,何晓红,孙士恩,等.利用小汽机驱动热网循环泵的供热经济性分析[J]. 汽轮机技术,2014,56(3) : 224-226.[4] 宗绪东,孙奉仲.配汽机构对汽轮机组经济性的影响及优化研究[J].汽轮机技 术,2015,57(6):475-477.。












