雙速循環(huán)水泵節能運行分析
本文從理論角度分析了實(shí)施雙速改造后的循環(huán)水泵在并聯(lián)運行時(shí)的工作原理，結合雙速循環(huán)水泵在單、并聯(lián)運行工況下的性能試驗，對多種運行方式進(jìn)行了經(jīng)濟性比較。提出了提高循環(huán)水泵運行效率的措施，為科學(xué)合理指導循環(huán)水泵節能運行提供了依據。
火力發(fā)電廠(chǎng)中，循環(huán)水泵是耗電量較大的輔機之一。電廠(chǎng)的單元制循環(huán)水系統，每臺機組一般配2臺循環(huán)水泵，在運行中常常是一臺泵單獨運行或2臺泵并聯(lián)運行。由于機組經(jīng)常處于變負荷運行狀態(tài)，且受季節的影響，當循環(huán)水泵只單臺運行時(shí)，循環(huán)水流量可能不足，造成凝汽器真空低；當循環(huán)水泵雙泵并聯(lián)運行時(shí)，又嫌水量過(guò)大，造成廠(chǎng)用電浪費。因而對循環(huán)水泵實(shí)施雙速改造并選擇合理的運行方式有很大的節能潛力。
河北南網(wǎng)某電廠(chǎng)2臺機組為亞臨界、一次中間再熱、單軸四缸四排汽660MW純凝式汽輪機。每臺機組配有3臺1800HTCX型斜流式循環(huán)水泵，2臺運行，一臺備用。電廠(chǎng)在2008年底對循環(huán)水泵實(shí)施了改造，改變電動(dòng)機極數，使電動(dòng)機可以在2個(gè)轉速下運行。本文首先對改造后的雙速循環(huán)水泵并聯(lián)運行的工作原理進(jìn)行了分析，其次結合對雙速循環(huán)水泵的單、并聯(lián)運行工況下的泵效率試驗，并對多種運行方式進(jìn)行了經(jīng)濟性比較，提出了提高循環(huán)水泵運行效率的措施，為科學(xué)合理指導循環(huán)水泵節能運行提供了依據。
1、循環(huán)水泵工作原理
大型電廠(chǎng)的循環(huán)水泵一般采用兩種運行方式：?jiǎn)伪眠\行或雙泵并聯(lián)運行。經(jīng)過(guò)雙速改造的循環(huán)水泵的并聯(lián)運行方式一般為雙泵低速并聯(lián)運行、雙泵高速低速并聯(lián)運行和雙泵高速并聯(lián)運行。
1.1、單臺泵工作原理
將管路性能曲線(xiàn)和泵本身的性能曲線(xiàn)用同樣比列尺畫(huà)在同一張圖上，兩條曲線(xiàn)的交點(diǎn)即為泵的運行工況點(diǎn)，亦稱(chēng)工作點(diǎn)。如圖1所示，其中I是泵本身的性能曲線(xiàn)，Ⅲ是管路性能曲線(xiàn)，M點(diǎn)即為泵穩定運行的工況點(diǎn)。
圖1 單臺泵運行 圖2 相同性能泵并聯(lián)運行
1.2、相同性能泵并聯(lián)工作原理
圖2為相同性能泵并聯(lián)運行時(shí)的性能曲線(xiàn)。圖中I， Ⅱ為兩臺同性能的泵的性能曲線(xiàn)，Ⅲ為管路特性曲線(xiàn)，將單臺泵的性能曲線(xiàn)的流量在揚程相等的條件下迭加，可以得到并聯(lián)工作時(shí)的性能曲線(xiàn)I+Ⅱ。圖2中，管路曲線(xiàn)與泵的并聯(lián)性能曲線(xiàn)的交叉點(diǎn)M，即為并聯(lián)工作時(shí)的工作點(diǎn)。并聯(lián)時(shí)單個(gè)泵的工況，由M點(diǎn)作橫坐標的平行線(xiàn)與單泵的特性曲線(xiàn)交于C點(diǎn)，即為每臺泵在并聯(lián)時(shí)的工況點(diǎn)，同時(shí)可知并聯(lián)時(shí)每臺泵的流量為Q 。由圖2可知并聯(lián)工作的特點(diǎn)：2臺泵并聯(lián)工作時(shí)揚程和并聯(lián)時(shí)的單臺泵的工作揚程相等，總流量為并聯(lián)的每臺泵輸送流量之和。并聯(lián)前每臺泵的參數跟并聯(lián)后每臺泵的參數比較可知：并聯(lián)時(shí)每臺泵的工作流量小于單獨泵工作流量，而單獨泵工作流量又小于雙泵并聯(lián)工作流量，即Qc<Q <Q 。泵并聯(lián)工作揚程與并聯(lián)工作時(shí)每臺泵工作揚程相等且大于單獨泵運行時(shí)的揚程。
1.3、不同性能泵并聯(lián)工作原理
圖3為不同性能泵并聯(lián)運行時(shí)的性能曲線(xiàn)。圖中I， Ⅱ為2臺不同性能的泵的性能曲線(xiàn)，Ⅲ為管路特性曲線(xiàn)，并聯(lián)工作時(shí)的性能曲線(xiàn)為I+Ⅱ。由圖3可知：并聯(lián)前每臺泵的工況點(diǎn)分別為B 、B兩點(diǎn)，流量為QB1、QB2。與并聯(lián)后泵的工況點(diǎn)比較可知2臺泵并聯(lián)后的流量QM小于并聯(lián)前每臺泵的流量QB1、QB2之和。2臺泵并聯(lián)后的揚程大于并聯(lián)前每臺泵的揚程。2臺不同性能的泵并聯(lián)時(shí)的流量等于并聯(lián)后每臺泵的流量Qc1、Qc2之和，而并聯(lián)時(shí)的總流量小于并聯(lián)前每臺泵單獨工作時(shí)的流量之和，其減少的程度隨泵并聯(lián)臺數的增加、管路特性曲線(xiàn)的陡緩程度而增大。
圖3 不同性能泵并聯(lián)運行 表1 循環(huán)水泵性能試驗數據及計算結果
2、循環(huán)水泵運行試驗研究
雙速改造后的循環(huán)水泵性能試驗參照《離心泵、混流泵、軸流泵和旋渦泵試驗方法(GB3216-89)》進(jìn)行。
試驗工況分別選擇為：?jiǎn)伪酶咚龠\行、單泵低速運行、雙泵低速并聯(lián)運行、一泵高速和一泵低速并聯(lián)運行4個(gè)工況。循環(huán)水泵進(jìn)出水及凝汽器進(jìn)出水閥門(mén)均全開(kāi)，更改雙速電動(dòng)機的接線(xiàn)方式以改變循環(huán)水泵的轉速。每個(gè)工況的試驗均持續3min，試驗期間循環(huán)水泵運行平穩。根據試驗數據、設計數據和試驗標準中的相關(guān)公式對循環(huán)水泵的性能進(jìn)行了計算，試驗及計算結果匯總于表1。
試驗時(shí)水泵出口流量在凝汽器人口處測量，出口就地壓力表更換為精密壓力表。對于雙泵并聯(lián)運行工況，計算時(shí)是以?xún)杀米鳛橐粋�(gè)整體來(lái)進(jìn)行的，出口壓力取平均值，電機功率取兩泵之和，流量取兩泵之和。
3、循環(huán)水泵的節能運行分析
雙速改造后的循環(huán)水泵的試驗及計算結果如表1所示：?jiǎn)伪玫退龠\行時(shí)循環(huán)水流量為28500 ma/h，泵揚程為17.89 m，泵的效率為86.27％；單泵高速運行時(shí)循環(huán)水流量為34200ma/h，泵揚程為20.12m，泵的效率為82.29％；雙泵低速并聯(lián)運行時(shí)循環(huán)水流量為47500 I矗 泵揚程為22.77lrn，泵的效率為85.62％；雙泵高低速并聯(lián)運行時(shí)循環(huán)水流量為53000m3/h，泵揚程為24.22 m，泵的效率為84.95％。
雙泵低速并聯(lián)運行時(shí)，循環(huán)水流量遠遠大于單泵低速運行時(shí)的循環(huán)水流量，但并聯(lián)時(shí)的循環(huán)水流量分攤到每臺泵的流量，卻小于單泵低速運行時(shí)的流量；雙泵并聯(lián)時(shí)的循環(huán)水泵揚程，較單泵低速運行時(shí)的揚程有較大提高。雙泵高低速并聯(lián)運行時(shí)，循環(huán)水流量小于并聯(lián)前兩泵單獨運行時(shí)的流量之和，但并聯(lián)時(shí)的循環(huán)水泵揚程比并聯(lián)前兩泵單獨運行時(shí)的揚程都大。試驗結果與前面分析的相同性能泵并與不同性能泵并聯(lián)的理論工作原理是相符的。
由試驗結果還可知，雖然單泵低速運行時(shí)的流量比單泵高速運行時(shí)的流量稍小，但泵效率卻較高，且單泵低速運行時(shí)的發(fā)電機功率遠小于單泵高速運行時(shí)的發(fā)電機功率。因而在冬季選擇單泵運行方式時(shí)應盡量選擇單泵低速運行。同理，在夏季選擇雙泵并聯(lián)運行時(shí)，也應盡量選擇泵效率較高、發(fā)電機功率較低的雙泵低速并聯(lián)運行方式。
4、結論
本文首先對改造后的雙速循環(huán)水泵并聯(lián)運行的工作原理進(jìn)行了分析，分析了循環(huán)水泵在單泵運行、雙泵并聯(lián)運行時(shí)的工作原理。實(shí)施雙速改造后的循環(huán)水泵可以有單泵低速運行、單泵高速運行、雙泵低速并聯(lián)運行、雙泵高低速并聯(lián)運行和雙泵高速并聯(lián)運行5種運行方式，全年可根據循環(huán)水溫、機組負荷靈活進(jìn)行選擇。
其次本文結合對雙速循環(huán)水泵的單并聯(lián)運行工況下的泵性能試驗，對多種運行方式進(jìn)行了經(jīng)濟性比較，提出了提高循環(huán)水泵運行效率的措施，為科學(xué)合理指導循環(huán)水泵節能運行提供了依據。
