火電廠大型循環(huán)水泵水力部件及結(jié)構(gòu)優(yōu)化改造

陳 龍，汪光亮

（湖北能源集團鄂州發(fā)電有限公司，湖北 鄂州 436032）

0 引言

某發(fā)電廠一期2×330 MW機組由于循環(huán)水泵設(shè)計揚程偏高、設(shè)備老化等因素影響，導(dǎo)致循環(huán)水泵實際運行工況嚴(yán)重偏離設(shè)計工況點，且效率偏低。循環(huán)水泵出力不足、流量偏小導(dǎo)致機組真空度偏低，給機組運行安全性及經(jīng)濟性均帶來不利影響。為了查清循環(huán)水泵存在的主要問題同時進(jìn)行合理的優(yōu)化改造，電廠與設(shè)備生產(chǎn)廠家湖南長沙水泵廠進(jìn)行了現(xiàn)場數(shù)據(jù)調(diào)研、數(shù)據(jù)分析計算，設(shè)計方案選擇等一系列工作，最終確定了循環(huán)水泵優(yōu)化水力模型及優(yōu)化改造方案，并取得了預(yù)期效果。

1 設(shè)備概況

某發(fā)電廠一期兩臺330 MW機組，為北京全四維動力科技有限公司生產(chǎn)制造的N330/C260-16.67/0.9/538/538型亞臨界、一次中間再熱、兩缸兩排汽、高中壓合缸、單軸凝汽式汽輪機組，配套凝汽器為N-18750-1型，設(shè)計循環(huán)水溫度為20℃，設(shè)計冷卻水流量為33 600 t/h，循環(huán)水系統(tǒng)采用直流擴大單元制，兩臺汽輪發(fā)電機機組共配置三臺湖南長沙水泵廠生產(chǎn)的88LKSA-24型循環(huán)水泵，一機一泵，第三臺泵為備用。88LKSA-24型循環(huán)水泵是長沙水泵廠為大型汽輪發(fā)電機組冷卻循環(huán)水系統(tǒng)研制的大型立式、轉(zhuǎn)子可抽出式單級斜流泵，泵軸長約21 m，最大軸向推力為52.9 T。循環(huán)水泵具體參數(shù)見表1。

2 改造前循環(huán)水泵存在的主要問題

2014年1月電廠委托湖南省湘電試驗研究院有限公司對3號循環(huán)水泵進(jìn)行性能試驗，試驗結(jié)果表明：3號循環(huán)水泵流量、揚程及效率均未達(dá)到合同保證值，保證點實際效率79.50%低于設(shè)計保證值88.8%。

由于循環(huán)水泵流量不足，造成機組在夏季高負(fù)荷運行時真空偏低，影響機組的安全經(jīng)濟運行，同時該泵軸承偏磨嚴(yán)重，運行時振動較大，在檢修時發(fā)現(xiàn)葉輪磨損嚴(yán)重并有多處貫穿性裂紋。

表1 330 MW機組配套循環(huán)水泵技術(shù)參數(shù)Tab.1 Technical parameters of circulating water pump for 330 MW unit

88LKSA-24型循環(huán)水泵由于存在推力負(fù)荷較大的特殊情況在調(diào)試運行時曾發(fā)生過多次推力瓦燒損事故，雖然經(jīng)過推力瓦工藝改良后可以正常運行，但在泵聯(lián)動瞬間出口門未開的極端工況下，仍存在推力瓦燒損的可能。

3 改造設(shè)計原則

1）保持原88LKSA-24型循環(huán)水泵基礎(chǔ)不動，原配套電機不變，原電機支撐方式、聯(lián)接接口不變，出口管道直徑、接口不變，吸入流道不變。

2）根據(jù)循環(huán)水系統(tǒng)實際阻力特性、取水口長江段水文特征、電廠夏冬季凝汽器不同的用水需求進(jìn)行水力模型優(yōu)化，優(yōu)化后泵的主要運行工況點處于運行高效區(qū)，泵效率提高且軸功率不高于目前循環(huán)水泵主要運行工況點的實際水平。

3）優(yōu)化改造后，泵軸向推力小于原循環(huán)水泵設(shè)計值52.9 T。

4 優(yōu)化改造后的設(shè)計參數(shù)

由于現(xiàn)場循環(huán)水泵運行方式為1機1泵或2機2泵，在2機2泵時聯(lián)絡(luò)門開，所以基本為1臺水泵帶1臺機組運行，同時凝汽器循環(huán)水進(jìn)出口電動門在運行中一直保持常開狀態(tài)，不存在調(diào)節(jié)進(jìn)出口門的工況，水泵性能的保證主要受長江水位影響。參考長江水文資料，本項目處河段水位特征如下（85國家高程）：歷年最高水位26.71 m，歷年最低水位6.74 m，年平均水位15.89 m。

通過對近幾年發(fā)電量數(shù)據(jù)對比，5～10月份為電廠發(fā)電高峰期，以此時間段長江水位特征為參考選擇設(shè)計工況點，循環(huán)水泵運行將有更優(yōu)的經(jīng)濟性，通過計算比對，確定本次設(shè)計工況點為長江水位18 m。根據(jù)改造設(shè)計原則，長沙水泵廠建立了新的水力模型并推薦以Q=8.7 m3/s，H=26.9 m作為設(shè)計點，表2為各水位下的運行參數(shù)（按電壓6.3 kV考慮）。

表2 新泵設(shè)計參數(shù)Tab.2 Parameters of new pump design

5 改造方案

1）更換葉輪

改造后泵采用新的水力部件，以便滿足新的現(xiàn)場運行工況。葉輪采用閉式開平衡孔結(jié)構(gòu)，閉式葉輪有更好的耐磨性能，可以更好的控制葉型，可以確保水泵性能的吻合。葉輪開平衡孔，并且在葉輪室和導(dǎo)葉體上增加密封環(huán)，以便減少水泵向下軸向推力，減輕電機所承受的軸向力。使電機推力軸承能更加安全穩(wěn)定運行，減少故障率。經(jīng)計算，葉輪采用閉式葉輪開平衡孔后的軸向力為：正常軸向力26 T，最大軸向力45 T（原泵的正常軸向力30 T，最大軸向力53 T）。

2）更換導(dǎo)葉體

增加導(dǎo)葉體密封環(huán)，降低葉輪背面的壓力，減少循環(huán)水泵運行的軸向力，減輕電機所承受的軸向力。

3）喇叭口采用焊接結(jié)構(gòu)

原來的喇叭口采用HT200材質(zhì)，在泥沙含量大的地方很容易被磨蝕，更換成Q235B材質(zhì)，不僅耐磨，而且沒有鑄造缺陷。

4）葉輪室采用焊接結(jié)構(gòu)

鑄造一般均會產(chǎn)生氣孔、砂眼等缺陷，使用焊接結(jié)構(gòu)后，可以基本消除這些鑄造缺陷，而且外形更加美觀。

5）將泵設(shè)計為大內(nèi)接管結(jié)構(gòu)，同時增強內(nèi)接管剛度和強度

泵導(dǎo)軸承的徑向支撐由內(nèi)接管來承受，取消軸承支架。原導(dǎo)軸承的徑向支撐通過軸承支架與外接管的間隙配合由外接管來支撐，江水長期腐蝕軸承支架與外接管的配合面，軸承支架與外接管的間隙逐漸加大，軸承支架的擺動加大，這樣會導(dǎo)致導(dǎo)軸承偏磨；泵設(shè)計為大內(nèi)接管結(jié)構(gòu)后避免因為江水的長期腐蝕而導(dǎo)致導(dǎo)軸承偏磨情況。

6）內(nèi)、外筒體安裝排氣閥

泵啟動前，需要將筒內(nèi)空氣排盡，這次設(shè)計的結(jié)構(gòu)是內(nèi)外筒體均裝有排氣閥，內(nèi)筒的排氣閥可以有效地將內(nèi)筒空氣盡快排盡，同時在中間的軸承體處有排氣兼通水的孔，使得排氣、通水都能通暢，從而保證泵組運行穩(wěn)定。

7）采用新型的套筒聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)

套筒聯(lián)軸器部件為兩端止推卡環(huán)聯(lián)接，去掉了老結(jié)構(gòu)中軸與軸之間的聯(lián)接卡環(huán)。拆卸時，先拆除上主軸分半止推卡環(huán)，然后吊起上主軸，就可以將套筒聯(lián)軸器和上主軸分開，再拆除下主軸止推卡環(huán)，拆下套筒聯(lián)軸器即可。這種結(jié)構(gòu)拆卸方式簡單、方便、可靠性高，便于現(xiàn)場操作，即使配合面發(fā)生了腐蝕，也不會影響其拆卸。

下外接管設(shè)置葉輪室防轉(zhuǎn)槽，能有效防止導(dǎo)葉體等的轉(zhuǎn)動，并且結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便。原泵為防轉(zhuǎn)塊，通過一片勒板擋著，這樣比較容易轉(zhuǎn)動碰壞，而且結(jié)構(gòu)強度也不如新結(jié)構(gòu)的整塊鋼板強，見圖1。

圖1 新舊泵結(jié)構(gòu)對比Fig.1 Comparison of the structure of new and old pump

6 改造后性能試驗

由于電磁流量計和超聲波流量計要求直管段為管徑的5～10倍，受現(xiàn)場循環(huán)水泵出口直管段長度條件限制，循環(huán)水泵性能試驗在設(shè)備制造方工廠進(jìn)行。

依據(jù)GB/T 3216－2005《回轉(zhuǎn)動力泵水力性能驗收試驗1級和2級》標(biāo)準(zhǔn)的2級要求，對改造后的循環(huán)水泵進(jìn)行性能試驗，試驗結(jié)果見表3。

表3 改造后的循環(huán)水泵性能試驗結(jié)果Tab.3 Performance test results of the reformed circulating water pump

7 改造效果分析

3號循環(huán)水泵改造后，現(xiàn)場流量測試為33 800 t/h左右，與未改造的1號泵相比，流量提升約4 500 t/h，按凝汽器冷卻水流量每減少約1 000 t/h影響真空降低約0.15 kPa計算，改造后真空度提高約0.675 kPa，節(jié)約煤耗約1.755 g/(kW·h)，通過機組DCS真空數(shù)據(jù)對比，真空度提高理論值與實際值相符，同時考慮到改造后循環(huán)水泵運行電流增加約20 A，按機組負(fù)荷率70%計算，改造后廠用電率約升高0.05%，煤耗升高約0.15 g/(kW·h)，總體上看，改造后煤耗降低約1.6 g/(kW·h)左右，機組經(jīng)濟性提升顯著。

8 結(jié)論和建議

通過對循環(huán)水泵改造，新的水力部件采用閉式葉輪，增加導(dǎo)葉體密封環(huán)，喇叭口及葉輪室采用焊接結(jié)構(gòu)；同時對泵體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，采用新型的套筒聯(lián)軸器及大內(nèi)接管結(jié)構(gòu)。改造完成后，根據(jù)試驗效果分析，循環(huán)水流量滿足了凝汽器熱負(fù)荷的需求，徹底解決了循環(huán)水泵偏工況運行、效率較低的問題，同時提高了設(shè)備可靠性和機組安全性，值得推廣應(yīng)用。

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