發(fā)電廠超臨界燃煤機(jī)組汽前泵節(jié)能優(yōu)化措施研究

天津軍糧城發(fā)電有限公司 天津 300000

1 引言

發(fā)電廠是我國社會和經(jīng)濟(jì)發(fā)展必不可少的企業(yè)，承擔(dān)著重要的供電任務(wù)。而多數(shù)發(fā)電廠進(jìn)行發(fā)電依靠的是燃煤機(jī)組，其中超臨界機(jī)組是根據(jù)鍋爐內(nèi)工質(zhì)的壓力與其他機(jī)組進(jìn)行區(qū)分的。超臨界機(jī)組相對其他普通機(jī)組來說有著更高的熱效率。在燃煤機(jī)組中，有一個重要的設(shè)備汽前泵。在節(jié)能減排的要求下，通過對汽前泵的有效分析，對其進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的改造目標(biāo)，降低發(fā)電成本，提高發(fā)電效率，是每個火力發(fā)電企業(yè)都十分重視的一項(xiàng)任務(wù)。

2 汽動鍋爐給水泵組設(shè)備概況

2.1 設(shè)備配置和數(shù)據(jù) 對于某發(fā)電廠600MW超臨界燃煤機(jī)組，配置兩個50%BMCR容量的汽動鍋爐給水泵組，還有1個30%BMCR容量的電動給水泵組作為備用。其中汽動鍋爐給水泵是MDC366型號，屬于雙殼體結(jié)構(gòu)形式，不同軸布置，由給水泵汽輪機(jī)作為驅(qū)動裝置。汽前泵為單級雙吸臥式蝸殼式水泵，型號是QC400/300C，由電動機(jī)作為驅(qū)動裝置，固定速度運(yùn)行。

汽動鍋爐給水泵安裝在汽機(jī)房的13.7m運(yùn)轉(zhuǎn)層，其進(jìn)口中心線離13.7m層標(biāo)高是1.54m；汽前泵安裝在汽機(jī)房0m層，其進(jìn)口中心線離0m層標(biāo)高是0.78m。同時為了保證汽前泵的穩(wěn)定運(yùn)行，避免出現(xiàn)汽蝕問題，配套的除氧器安裝在汽機(jī)房26m層。

2.2 設(shè)備技術(shù)參數(shù) 通過實(shí)驗(yàn)對比分析結(jié)果可知，汽動鍋爐給水泵組的運(yùn)行參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)一致，包括系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)和廠家設(shè)計(jì)參數(shù)都一致，沒有偏離設(shè)計(jì)值。分析得知，如果機(jī)組的負(fù)荷增加，汽動鍋爐給水泵組的流量會增加，給水溫度升高，汽前泵的揚(yáng)程降低，汽動鍋爐給水泵的汽蝕余量(NPSHr)增大。所以汽動鍋爐給水泵在最大工況點(diǎn)時裝置汽蝕余量(NPSHa)需求最大。

NPSHa由吸入裝置提供，在泵進(jìn)口處單位重量液體具有的超過汽化壓力水頭的富余能量；NPSHr是為了保證泵不會出現(xiàn)汽蝕，要求的上述富余能量，也就是要求裝置提供的最小NPSHa。

3 發(fā)電廠超臨界燃煤機(jī)組汽前泵節(jié)能優(yōu)化空間分析

3.1 計(jì)算依據(jù) 在發(fā)電廠的給水系統(tǒng)中，NPSHa主要由汽前泵的揚(yáng)程選擇決定，而揚(yáng)程的選擇需要遵循一定標(biāo)準(zhǔn)，即滿足在最大工況點(diǎn)時提供的NPSHa≥NPSHr。泵出現(xiàn)汽蝕的原因主要?dú)w結(jié)于設(shè)備本身和吸入裝置，所以研究汽蝕的發(fā)生條件，需要從這兩方面入手?？紤]NPSHa和NPSHr的不同來源，認(rèn)為發(fā)生汽蝕的條件為：如果NPSHa=NPSHr(NPSHc)，就開始出現(xiàn)汽蝕，而NPSHa＜NPSHr(NPSHc)時出現(xiàn)嚴(yán)重汽蝕，反之不會發(fā)生汽蝕。

3.2 汽前泵選取揚(yáng)程修證 在超臨界燃煤機(jī)組運(yùn)行時，運(yùn)行工況會影響鍋爐給水泵吸入口壓頭的情況主要有兩種，一種是多臺鍋爐給水泵組同時運(yùn)行，因?yàn)槠渲幸慌_泵組出現(xiàn)跳閘問題，導(dǎo)致其他泵組超載運(yùn)行，之后以機(jī)組為單位快速降負(fù)荷；另一種是鍋爐給水泵正常運(yùn)行時，機(jī)組出現(xiàn)快速降負(fù)荷的情況。

對于第一種情況的發(fā)生，因?yàn)楸媒M出現(xiàn)跳閘，所以除氧器壓力會大幅降低，對于給水泵來說十分危險，需要進(jìn)行核算，屬于暫態(tài)工況；對于第二種情況的發(fā)生，因?yàn)楸媒M沒有出現(xiàn)跳閘，除氧器壓力不會大幅改變，所以影響不是很大。在出現(xiàn)第一種情況時，汽前泵超載運(yùn)行會導(dǎo)致?lián)P程降低，使得給水泵吸入口壓頭降低，一般降低值是揚(yáng)程的15%，大約在10.9m左右。在出現(xiàn)除氧器暫態(tài)過程時，因?yàn)閴毫档停o水泵吸入口壓頭也隨之降低，其影響所需要的附加水頭為7.7m。在出現(xiàn)這兩種問題時，因?yàn)榻o水泵吸入口壓頭都會降低，所以給水泵的NPSHa也會降低，需要通過增加汽前泵揚(yáng)程來進(jìn)行補(bǔ)償，所以汽前泵選擇揚(yáng)程修證之后應(yīng)當(dāng)是91.4m。

3.3 汽前泵節(jié)能空間分析 在超臨界燃煤機(jī)組運(yùn)行最大工況點(diǎn)時，汽前泵揚(yáng)程是91.4m，現(xiàn)場汽前泵的揚(yáng)程是130m，所以揚(yáng)程富余量是38.6m，如果流量不變，根據(jù)泵的使用功率計(jì)算公式可以計(jì)算出汽前泵的使用率具備29.6%的節(jié)能優(yōu)化空間。

3.4 汽前泵節(jié)能優(yōu)化方案

方案一是汽前泵整體更換方案。按照上述計(jì)算的結(jié)果，可以選擇整體更換汽前泵，使之在超臨界燃煤機(jī)組運(yùn)行滿足最大工況點(diǎn)、流量等條件時，具有更高性能。按照上述汽前泵的使用率計(jì)算公式，機(jī)組在TRL、VWO工況時，泵的使用功率分別降低了170kW、172 kW；如果機(jī)組處于50%以上的負(fù)荷運(yùn)行工況，泵的使用功率平均降低150kW以上。所以直接更換汽前泵，節(jié)能效果比較明顯，但成本較高，需要較長時間的設(shè)計(jì)和制造安裝周期。

方案二是原汽前泵葉輪切削方案?？紤]上述方案的缺陷，我們又提出對原汽前泵葉輪進(jìn)行切削的方案。在切削定律的基礎(chǔ)上，對汽前泵的葉輪進(jìn)行切削，保證在超臨界燃煤機(jī)組運(yùn)行滿足最大工況點(diǎn)、流量等條件時，將原來汽前泵的揚(yáng)程降低到≥所需的揚(yáng)程，這樣使用功率也隨之降低。按照理論預(yù)計(jì)，進(jìn)行切削后，機(jī)組處于50%以上的負(fù)荷運(yùn)行工況時，泵的使用功率平均降低120kW左右。這個方案的節(jié)能效果比不上方案一，但是成本低，需要的工期短，所以優(yōu)勢比較明顯。需要注意的是，對葉輪進(jìn)行切削之后，需要利用性能試驗(yàn)平臺進(jìn)行輪動平衡試驗(yàn)的驗(yàn)證，保證葉輪動平衡。

另外，考慮切削計(jì)算和泵的實(shí)際性能之間存在一定誤差，所以很難精確決定切削對于泵Q、H的滿足，但一般切削量越大，出現(xiàn)誤差的值就越大。所以為了保證葉輪切削后滿足要求，最好仔細(xì)的進(jìn)行分次切削，逐漸達(dá)成尺寸目標(biāo)，避免一次切削過多無法恢復(fù)。

3.5 節(jié)能優(yōu)化效果分析 按照方案2進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化，如果1臺機(jī)組50%以上的負(fù)荷運(yùn)行工況、年運(yùn)行7300h、單臺汽前泵使用功率平均降低120kW的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，1臺機(jī)組有2臺汽前泵，每年可以節(jié)約用電175萬千瓦時，按照標(biāo)準(zhǔn)煤進(jìn)行折算，是540t，可節(jié)約運(yùn)營費(fèi)用大概43萬元。

4 結(jié)語

對發(fā)電廠超臨界燃煤機(jī)組汽前泵進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化分析，發(fā)現(xiàn)具備較高的優(yōu)化空間，在節(jié)能減排的社會大背景下，有必要進(jìn)行優(yōu)化和改造。