熱網(wǎng)循環(huán)水泵轉(zhuǎn)速選擇研究

李寶鋒

(西北電力設(shè)計院，陜西 西安 710075)

熱網(wǎng)循環(huán)水泵轉(zhuǎn)速選擇研究

李寶鋒

(西北電力設(shè)計院，陜西 西安 710075)

熱網(wǎng)循環(huán)水泵是熱電廠熱網(wǎng)首站中重要的輔機設(shè)備，投資在熱網(wǎng)首站輔機中占有相當(dāng)大的比例。熱網(wǎng)循環(huán)水泵選用轉(zhuǎn)速的不同，對泵和系統(tǒng)的運行有很大的影響。本文通過對熱電廠熱網(wǎng)循環(huán)水泵不同轉(zhuǎn)速的研究分析，提出熱網(wǎng)循環(huán)水泵采用低轉(zhuǎn)速驅(qū)動方案。

熱電廠；熱網(wǎng)循環(huán)水泵；驅(qū)動轉(zhuǎn)速。

1　概述

熱網(wǎng)循環(huán)水泵是熱電廠熱網(wǎng)首站中重要的輔機設(shè)備，投資在熱網(wǎng)首站輔機中占有相當(dāng)大的比例。熱網(wǎng)循環(huán)水泵的功率較大，運行費用較高，同時熱網(wǎng)循環(huán)水泵選用轉(zhuǎn)速的不同，對泵和系統(tǒng)的運行有很大的影響。

熱網(wǎng)循環(huán)水泵的轉(zhuǎn)速由其驅(qū)動設(shè)備的轉(zhuǎn)速決定，其驅(qū)動設(shè)備一般有電動機和背壓式小汽輪機兩種方式，但電動機和背壓式小汽輪機根據(jù)現(xiàn)市場情況有高轉(zhuǎn)速和低轉(zhuǎn)速兩種類型，本文就是通過對熱網(wǎng)循環(huán)水泵采用高轉(zhuǎn)速和低轉(zhuǎn)速兩種情況的研究分析，提出熱網(wǎng)循環(huán)水泵選擇時也應(yīng)注意對其轉(zhuǎn)速的選擇。

2　熱網(wǎng)循環(huán)水泵臺數(shù)

根據(jù)《大中型火力發(fā)電廠設(shè)計規(guī)范》GB50660－2011第12.8.3第1條的規(guī)定：熱網(wǎng)循環(huán)水泵不應(yīng)少于2臺，其中1臺應(yīng)為備用，當(dāng)設(shè)置3臺以上時，可不設(shè)備用。

根據(jù)《城市熱力網(wǎng)設(shè)計規(guī)范》CJJ34－2002第7.5.1第5條規(guī)定：應(yīng)減少并聯(lián)循環(huán)水泵的臺數(shù)，設(shè)置3臺或3臺以下循環(huán)水泵并聯(lián)運行時，應(yīng)設(shè)備用泵；當(dāng)4臺或4臺以上水泵并聯(lián)運行時，可不設(shè)備用泵。

300MW及以上機組，按主機的供熱抽汽能力及熱水泵的容量系列，一般選4臺電動機驅(qū)動熱網(wǎng)循環(huán)水泵(配液力耦合器)。

對于背壓式汽輪機驅(qū)動熱網(wǎng)循環(huán)水泵，有以下兩個方案

(1)設(shè)置5臺熱網(wǎng)循環(huán)水泵：4臺熱網(wǎng)循環(huán)水泵采用背壓式汽輪機驅(qū)動，1臺采用電動驅(qū)動做啟動調(diào)試用(配液力耦合器)。

(2)設(shè)置4臺熱網(wǎng)循環(huán)水泵：3臺熱網(wǎng)循環(huán)水泵采用背壓式汽輪機驅(qū)動，1臺采用電動驅(qū)動做啟動調(diào)試備用(配液力耦合器)。

本文統(tǒng)一按4臺熱網(wǎng)循環(huán)水泵進行分析。

3　熱網(wǎng)循環(huán)水泵轉(zhuǎn)速

熱網(wǎng)循環(huán)水泵的轉(zhuǎn)速由其驅(qū)動設(shè)備的轉(zhuǎn)速決定，其驅(qū)動設(shè)備一般有電動機和背壓式小汽輪機兩種方式。按目前市場情況，驅(qū)動熱網(wǎng)循環(huán)水泵的電動機和背壓式小汽輪機轉(zhuǎn)速有2950 rpm和1490 rpm兩種。

常規(guī)電動機驅(qū)動方式，系統(tǒng)簡單，運行可靠。同時，由于熱網(wǎng)循環(huán)水泵電動機功率較大，均為6kV高壓電動機，使電氣投資增加明顯。啟動時，啟動電流較大，對電氣設(shè)備有沖擊。運行時，廠用電率較高，影響電廠的經(jīng)濟運行指標。在電動機與熱網(wǎng)循環(huán)水泵中間配裝的液力耦合器，液力耦合器的輸入軸和輸出軸上各有渦輪，兩輪中間通過工作油液力傳動。通過勺管的動作，調(diào)整腔內(nèi)的工作油油量，以達到調(diào)整輸出轉(zhuǎn)速的目的。耦合器的效率額定轉(zhuǎn)速下一般為94%，變速條件下，隨轉(zhuǎn)速降低而降低。

采用汽輪機驅(qū)動，可降低廠用電率，提高電廠的運行指標，又可以實現(xiàn)變速調(diào)節(jié)，提高熱網(wǎng)循環(huán)水泵在低負荷運行的效率，減少能量的消耗，同時還可以避免大容量電動機啟動電流對電氣設(shè)備的沖擊。但是，采用汽動驅(qū)動需要增加小汽輪機及輔助調(diào)速潤滑油系統(tǒng)等，初投資會增大。而且小汽輪機及輔助系統(tǒng)有一定的檢修維護工作量。

對于熱網(wǎng)循環(huán)水泵而言，2950 rpm的泵效率最高為74%，1490 rpm的泵效率一般在80%左右，最高可以達到85%。由于效率不同，要求泵的驅(qū)動軸功率不同，能耗水平也就不同。

高轉(zhuǎn)速泵的效率低，轉(zhuǎn)速高，泵的必需汽蝕裕量為24 m左右。低轉(zhuǎn)速泵的轉(zhuǎn)速低，效率高，泵的必需汽蝕裕量為10 m左右。在熱網(wǎng)循環(huán)水的熱水系統(tǒng)中，高轉(zhuǎn)速泵必需汽蝕裕量大，要求熱網(wǎng)回水壓力高，泵入口要求壓力高。而同容量低轉(zhuǎn)速泵必須汽蝕余量小，要求熱網(wǎng)回水壓力低，泵入口要求壓力低。因此整個熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)的管網(wǎng)壓力曲線高低就不同，低轉(zhuǎn)速泵的管網(wǎng)壓力曲線就可以相對低，供水壓力也可以相對低，有利于熱網(wǎng)系統(tǒng)的運行和管理。

高轉(zhuǎn)速泵的運行狀態(tài)較差，泵的價格較高。低轉(zhuǎn)速泵的運行狀態(tài)較好，泵的價格較低。

4　電動機轉(zhuǎn)速

三相異步電動機轉(zhuǎn)速公式為：

式中：n為電機轉(zhuǎn)速，r/min； f為電源頻率，在我國為50Hz，p為電機磁極對數(shù)；s為轉(zhuǎn)差率。

p=1時，電動機轉(zhuǎn)速為2950 rpm。p=2時，電動機轉(zhuǎn)速為1490 rpm。p=3時，電動機轉(zhuǎn)速為990 rpm。p=4時，電動機轉(zhuǎn)速為740 rpm。p=5時，電動機轉(zhuǎn)速為590 rpm。p=6時，電動機轉(zhuǎn)速為490 rpm。

5　背壓式汽輪機轉(zhuǎn)速

目前驅(qū)動熱網(wǎng)循環(huán)水泵的國內(nèi)已實施的蒸汽型背壓式汽輪機有兩種轉(zhuǎn)速：一種為3000 rpm高轉(zhuǎn)速背壓汽輪機，另一種為1500 rpm低轉(zhuǎn)速背壓汽輪機，以下分別對兩種轉(zhuǎn)速背壓汽輪機驅(qū)動熱網(wǎng)循環(huán)水泵進行說明。

(1)高轉(zhuǎn)速背壓式汽輪機驅(qū)動熱網(wǎng)循環(huán)水泵

高轉(zhuǎn)速背壓式汽輪機按照大型汽輪機的設(shè)計標準和要求來設(shè)計制造，效率在70%以上。高轉(zhuǎn)速熱網(wǎng)循環(huán)水泵效率最高為74%。

(2)低轉(zhuǎn)速背壓式汽輪機驅(qū)動熱網(wǎng)循環(huán)水泵

低轉(zhuǎn)速背壓式汽輪機按照小型工業(yè)汽輪機的設(shè)計標準和要求來設(shè)計制造，效率在65%左右。但低轉(zhuǎn)速熱網(wǎng)循環(huán)水泵效率一般在80%左右，最高可以達到85%。

(3) 高、低轉(zhuǎn)速背壓式汽輪機驅(qū)動熱網(wǎng)循環(huán)水泵方案優(yōu)缺點比較

高轉(zhuǎn)速背壓式汽輪機的效率高，調(diào)速范圍在2100～3100 r/min之間，但所配水泵的效率低、軸功率大，需要配較大功率的汽機。水泵必需汽蝕裕量大，對熱水泵和整個熱網(wǎng)系統(tǒng)運行不利。運行轉(zhuǎn)速高對泵和汽機的設(shè)計、制造、安裝要求高。

低轉(zhuǎn)速背壓式汽輪機的效率低，調(diào)速范圍在500～1600 r/min，相對調(diào)速范圍大。水泵效率高，軸功率小，需要配汽機小。水泵必需汽蝕裕量小，對熱水泵和整個熱網(wǎng)系統(tǒng)運行有利。運行轉(zhuǎn)速低對泵和汽機的設(shè)計、制造、安裝要求不高。

6　熱網(wǎng)循環(huán)水泵運行費用比較

(1)電動機驅(qū)動熱網(wǎng)循環(huán)水泵運行費用比較見表1。

表1　電動機驅(qū)動熱網(wǎng)循環(huán)水泵運行費用比較

由表1可以看出，高轉(zhuǎn)速電泵比低轉(zhuǎn)速電泵年運行費多75萬元。

(2)背壓式汽輪機驅(qū)動熱網(wǎng)循環(huán)水泵運行費用比較見表2。

表2　背壓式汽輪機驅(qū)動熱網(wǎng)循環(huán)水泵運行費用比較

由表2可以看出，熱網(wǎng)循環(huán)水泵采用高轉(zhuǎn)速或低轉(zhuǎn)速背壓式汽輪機驅(qū)動時其運行綜合效率相當(dāng)，運行費用相當(dāng)。

由表1和表2運行費用比較可以看出，背壓式汽輪機驅(qū)動熱網(wǎng)循環(huán)水泵比電動機驅(qū)動熱網(wǎng)循環(huán)水泵年運行費最少要低424萬元。也就是說采用背壓式汽輪機驅(qū)動熱網(wǎng)循環(huán)水泵比電動機驅(qū)動熱網(wǎng)循環(huán)水泵每年最少可節(jié)約424萬元。

7　初投資費用比較

表3　各驅(qū)動方式初投資費用比較

由表3可以看出，電動機驅(qū)動熱網(wǎng)循環(huán)水泵比背壓式汽輪機驅(qū)動熱網(wǎng)循環(huán)水泵初投資費用低，低轉(zhuǎn)速熱網(wǎng)循環(huán)水泵比高轉(zhuǎn)速熱網(wǎng)循環(huán)水泵初投資低。

8　結(jié)論

采用背壓式汽輪機驅(qū)動熱網(wǎng)循環(huán)水泵約一個采暖期就可收回初投資增加費用，綜合效益好。

低轉(zhuǎn)速熱網(wǎng)循環(huán)水泵初投資低，水泵必需汽蝕裕量小，對熱水泵和整個熱網(wǎng)系統(tǒng)運行有利。技術(shù)經(jīng)濟性優(yōu)越。

[1] GB50660－2011，大中型火力發(fā)電廠設(shè)計規(guī)范[S].

[2] GB50764－2012，電廠動力管道設(shè)計規(guī)范[S].

[3] CJJ34－2002，城市熱力網(wǎng)設(shè)計規(guī)范[S].

Determination on Revolution speed of Circulation Pump for Heat Supply Water

LI Bao-feng
(Northwest Electric Power Design Institute, Xi'an 710075, China)

Circulating pumps in heat supply network are important auxiliary equipments in the heat supply station, and the investments of the pumps occupies a large percentage of the auxiliary equipments. Selection of different speeds of the circulating pump has a big impact on the operation of the system. This paper analysises the different driving speed of revolution of circulation pump for heat supply water, conclusion is drawn that lower speed is suitable for these pump.

thermal power plant; circulation pump for heat supply water;d riving speed of revolution.

TM621

B

1671-9913(2016)05-0044-03

2015-06-17

李寶鋒(1964- )，男，陜西寶雞人。高級工程師，主要從事火力發(fā)電廠設(shè)計。