论文部分内容阅读
摘要：凝结水泵是一种将原动机的机械能转换为叶轮输送水的压能和动能的一种动力设备。它是火力发电厂重要辅机之一。本文首先简要阐述了凝结水泵的作用，分析了凝结水泵工作中存在的问题，最后针对这些问题提出了解决对策与途径。
关键词：凝结水泵，优化，对策
一、凝结水泵的作用
汽轮机低压缸内做了功的蒸汽在空冷岛冷却凝结之后，集中在凝结水箱中，通过凝结水泵及时地把凝结水送至除氧器中，维持除氧器水位平衡。保证凝结水泵连续、稳定运行是保障电厂发电机组安全、经济生产的重要环节之一。
二、凝结水泵存在的问题
水泵是发电厂中耗能最多的设备，在火力发电厂中，水泵耗电量约占厂用电量的 40%，而对于凝结水泵，其安装功率较大，运行时间较长，耗电量更占厂用电的6%左右，因此对其进行节能优化改进势在必行。从节能角度入手，目前在火力发电厂中，水泵包括凝结水泵主要存在以下几方面的问题。
（一）工况变化频繁，节流损失大
对于目前采用定速泵的大中型火电机组，普遍采取单元制控制系统，当负荷变化较大时，通过改变泵的运行台数并配合阀门调节来满足；若负荷变化较小时，则改变阀门的开度进行节流调节。当负荷较高1台泵不能满足要求时，开启两台水泵，但此时压力和流量都大大超过要求，那么只能对调整门的开度进行调节，从而导致很大的节流损失。而在负荷较低时，节流损失也会很大。据有关部门测试，1台40kW的离心式水泵，当运行在额定流量的70%时，由于节流而造成的功率损失高达15kW左右，相当于损失电机输入功率的 30%～40%。
（二）设计容量偏大，运行效率降低
由于现在的设计思想比较保守，过分强调安全性，对节能方面的考虑较少，因此发电厂内水泵是按照锅炉、汽机最大负荷进行选配的，且还需要留有一定的富裕量，这就使得泵的设计容量偏大。如锅炉给水泵的容量应能满足锅炉额定给水量的1.1倍，而锅炉的容量又必须大于汽轮机的出力，汽轮机则必须大于发电机的出力，如此叠加，使电厂的水泵设计出力比实际运行需要大20%～30%左右。有的还要考虑系统阻力变化、设备磨损、漏隙、流量、压力等对富裕量的影响，从而导致有的电厂水泵出力比实际需要大30%以上，使运行效率大大降低。经过我厂实际测量，凝结泵在满负荷时约 250 米扬程即可满足要求，但实际扬程约为320米，比系统需要的扬程高出50米以上，明显偏高，这部分能量在系统中损耗掉。
（三）额定转速运行，电能消耗大
目前在电力行业，作为电厂自用机械的高压大功率交流电动机的使用量越来越大，而占电动机用电量 80%以上的大型电动机一般都是高压电动机。为了满足电力系统调峰的需要，发电厂的负荷一般处于变动状态，特别是某些承担调峰运行的发电机组，其负荷变化的幅度较大，有的可从100%负荷降到60%，这就造成了在运行中普遍存在着负荷不饱满，厂用电率相当高的问题。要与变动的负荷相适应，就必须调整与其配套的动力装置，满足主机需要。而目前电厂中的水泵等大多数都是在额定转速下运行，其负荷不变调节，一般都通过对风门、阀门的开度进行调节来达到控制流量和压力的目的，但这种调节方式，如前所述又会造成较大的节流损失。所以如果不对其采取调速措施，势必造成电能的极大浪费。
（四）高效区窄，不在经济运行区运行
1987 年以后，我国电力工业每年新增发电设备总容量10000MW以上，其中以200MW、300MW、600MW 等大型汽轮发电机组为主，其辅机都是选用国内最先进的产品，效率一般都在 80%以上，比老产品高出10多个百分点。这些设备如果能够在经济区运行，效率是很高的，但因水泵效率曲线的高效区较窄，加上富裕量大，使其不能在设计的额定工况下运行，如遇调峰、负荷变化，则更使其远离高效运行区，效率下降很多。
三、凝结水泵节能优化的主要途径与措施
要提高整个凝结水系统的效率，达到节能降耗的目的，目前主要有两种途径，两种方法可分别使用，也可同时使用，一种方法是对水泵的运行工况进行调节，是指在运行中根据工作的需要，人为地改变运行工况点（工作点）的位置，使流量、扬程等運行参数适应新的工作状况的需要。另一种方法是进行凝节泵的节能改造，即通过对凝结泵本身进行改造，在保证机组出力要求的前提下降低凝结泵出口压力，从而增大调整门的开度，减少节流损失，也减少电机的功率。
（一）选择最合适的运行调节方式
1.非变速调节
非变速调节中常用的调节方式主要有：节流调节、分流调节、汽蚀调节以及改变水泵运行台数调节等。
（1）节流调节。节流调节是指在维持泵转速不变的情况下，通过改变装在管路上的阀门或挡板等节流部件的开度来改变管路系统的流量，从而改变运行工况点而达到调节目的的调节方式。对于离心式水泵而言，主要采用出口端节流调节的方式。
（2）分流调节。分流调节是指：通过改变分流管路上阀门的开度来改变泵出口输出流量的调节方式，亦称回流调节。与节流调节比较，离心式泵的分流调节的经济性较差，而轴流式泵的分流调节的经济性要好一些。
（3）凝结水泵的汽蚀调节。凝结水泵的汽蚀调节，就是把泵出口调节阀全开，当汽轮机负荷变化时，借凝汽器热井中水位的变化引起汽蚀来调节凝结水泵的输出流量，使之与汽轮机排汽量达到自动平衡。实践证明，汽蚀调节如果使用适当，则对泵通流部件的损坏并不严重；另一方面，却可自动调节流量，降低泵的耗电量。采用汽蚀调节的凝结水泵的性能曲线和管路性能曲线越平坦越好，以便在负荷变化时可以有较大的流量调节范围。
2.变速调节
变速调节是指在管路性能曲线不变的情况下，通过改变转速来改变泵的性能曲线，从而改变其运行工况点的调节方式。与非变速调节比较，变速调节的主要优点是大大减少了附加的节流损失，在很大变工况范围内能够使泵保持较高的运行效率。因此，现代高参数、大容量电站机组的泵常采用变速调节方式，以提高机组的运行经济性；但由于变速传动装置或可变速原动机投资昂贵，故一般小型机组很少采用。泵的变速调节一般可分为两类：一类是定速电动机经传动装置的变速调节；另一类是采用变速原动机直接驱动泵的变速调节。
（二）改进或改造原有水泵
离心式泵在设计工况及其附近运行时，具有较高的效率。但有的泵由于选型不当、或受目前泵产品规格及品种的限制而使得选型的配套性较差，或由于装置发生改变等诸多因素的影响，使泵的容量过大或过小。容量过大，将引起调节时的损失增大；容量过小，不能满足使用上的需要。因此，需要对已有的泵进行改造。而针对不同的情况，具体改造或改进方式也不相同。
（三）保证泵的安装、检修质量
（1）保证泵动、静部件之间的合理间隙和转子的中心位置。泵动、静间隙应在确保运行安全可靠的条件下，尽量减小，因为其内高压侧流体向低压侧泄漏量随间隙的增大而增加，使泵的容积效率下降。此外，转子的偏心除影响安全运行外，还会造成偏心的动静部件摩擦，导致动静间隙迅速增大而降低效率。
（2）提高泵叶片与流道的光滑程度。
流体在泵内的流动阻力损失除与流道的形状有关外，还与叶片与流道的粗糙度密切相关。试验表明，铸铁的泵体内壁涂漆后。由于减小了相对粗糙度，从而减少了轮盘摩擦阻力损失等，泵的效率可提高 2%~4%。对泵体内壁过流部分、叶轮盖板和叶轮内部过流部分的粗糙表面用砂轮磨光细致加工后，泵的效率可明显提高（10%左右）。
（3）保持、修复泵流道的型线
泵因流道结垢、积灰，或由于磨损、汽蚀等原因，改变了流道原来的型线，或使壁面凸凹不平，都会导致泵的性能变坏，效率下降，故应及时清理或修复。
参考文献：
[1]叶金勤，吴剑恒．一用一备凝泵变频控制的策略分析及效果．节能，2007，26（8
[2]许文峰．Diamond-HV 高压变频器在凝结水泵上的应用．变频器世界，2007，8
[3]范葵香，毛建民．火电厂凝泵变频控制改造的能效．上海电力，2007，20（2）
关键词：凝结水泵，优化，对策
一、凝结水泵的作用
汽轮机低压缸内做了功的蒸汽在空冷岛冷却凝结之后，集中在凝结水箱中，通过凝结水泵及时地把凝结水送至除氧器中，维持除氧器水位平衡。保证凝结水泵连续、稳定运行是保障电厂发电机组安全、经济生产的重要环节之一。
二、凝结水泵存在的问题
水泵是发电厂中耗能最多的设备，在火力发电厂中，水泵耗电量约占厂用电量的 40%，而对于凝结水泵，其安装功率较大，运行时间较长，耗电量更占厂用电的6%左右，因此对其进行节能优化改进势在必行。从节能角度入手，目前在火力发电厂中，水泵包括凝结水泵主要存在以下几方面的问题。
（一）工况变化频繁，节流损失大
对于目前采用定速泵的大中型火电机组，普遍采取单元制控制系统，当负荷变化较大时，通过改变泵的运行台数并配合阀门调节来满足；若负荷变化较小时，则改变阀门的开度进行节流调节。当负荷较高1台泵不能满足要求时，开启两台水泵，但此时压力和流量都大大超过要求，那么只能对调整门的开度进行调节，从而导致很大的节流损失。而在负荷较低时，节流损失也会很大。据有关部门测试，1台40kW的离心式水泵，当运行在额定流量的70%时，由于节流而造成的功率损失高达15kW左右，相当于损失电机输入功率的 30%～40%。
（二）设计容量偏大，运行效率降低
由于现在的设计思想比较保守，过分强调安全性，对节能方面的考虑较少，因此发电厂内水泵是按照锅炉、汽机最大负荷进行选配的，且还需要留有一定的富裕量，这就使得泵的设计容量偏大。如锅炉给水泵的容量应能满足锅炉额定给水量的1.1倍，而锅炉的容量又必须大于汽轮机的出力，汽轮机则必须大于发电机的出力，如此叠加，使电厂的水泵设计出力比实际运行需要大20%～30%左右。有的还要考虑系统阻力变化、设备磨损、漏隙、流量、压力等对富裕量的影响，从而导致有的电厂水泵出力比实际需要大30%以上，使运行效率大大降低。经过我厂实际测量，凝结泵在满负荷时约 250 米扬程即可满足要求，但实际扬程约为320米，比系统需要的扬程高出50米以上，明显偏高，这部分能量在系统中损耗掉。
（三）额定转速运行，电能消耗大
目前在电力行业，作为电厂自用机械的高压大功率交流电动机的使用量越来越大，而占电动机用电量 80%以上的大型电动机一般都是高压电动机。为了满足电力系统调峰的需要，发电厂的负荷一般处于变动状态，特别是某些承担调峰运行的发电机组，其负荷变化的幅度较大，有的可从100%负荷降到60%，这就造成了在运行中普遍存在着负荷不饱满，厂用电率相当高的问题。要与变动的负荷相适应，就必须调整与其配套的动力装置，满足主机需要。而目前电厂中的水泵等大多数都是在额定转速下运行，其负荷不变调节，一般都通过对风门、阀门的开度进行调节来达到控制流量和压力的目的，但这种调节方式，如前所述又会造成较大的节流损失。所以如果不对其采取调速措施，势必造成电能的极大浪费。
（四）高效区窄，不在经济运行区运行
1987 年以后，我国电力工业每年新增发电设备总容量10000MW以上，其中以200MW、300MW、600MW 等大型汽轮发电机组为主，其辅机都是选用国内最先进的产品，效率一般都在 80%以上，比老产品高出10多个百分点。这些设备如果能够在经济区运行，效率是很高的，但因水泵效率曲线的高效区较窄，加上富裕量大，使其不能在设计的额定工况下运行，如遇调峰、负荷变化，则更使其远离高效运行区，效率下降很多。
三、凝结水泵节能优化的主要途径与措施
要提高整个凝结水系统的效率，达到节能降耗的目的，目前主要有两种途径，两种方法可分别使用，也可同时使用，一种方法是对水泵的运行工况进行调节，是指在运行中根据工作的需要，人为地改变运行工况点（工作点）的位置，使流量、扬程等運行参数适应新的工作状况的需要。另一种方法是进行凝节泵的节能改造，即通过对凝结泵本身进行改造，在保证机组出力要求的前提下降低凝结泵出口压力，从而增大调整门的开度，减少节流损失，也减少电机的功率。
（一）选择最合适的运行调节方式
1.非变速调节
非变速调节中常用的调节方式主要有：节流调节、分流调节、汽蚀调节以及改变水泵运行台数调节等。
（1）节流调节。节流调节是指在维持泵转速不变的情况下，通过改变装在管路上的阀门或挡板等节流部件的开度来改变管路系统的流量，从而改变运行工况点而达到调节目的的调节方式。对于离心式水泵而言，主要采用出口端节流调节的方式。
（2）分流调节。分流调节是指：通过改变分流管路上阀门的开度来改变泵出口输出流量的调节方式，亦称回流调节。与节流调节比较，离心式泵的分流调节的经济性较差，而轴流式泵的分流调节的经济性要好一些。
（3）凝结水泵的汽蚀调节。凝结水泵的汽蚀调节，就是把泵出口调节阀全开，当汽轮机负荷变化时，借凝汽器热井中水位的变化引起汽蚀来调节凝结水泵的输出流量，使之与汽轮机排汽量达到自动平衡。实践证明，汽蚀调节如果使用适当，则对泵通流部件的损坏并不严重；另一方面，却可自动调节流量，降低泵的耗电量。采用汽蚀调节的凝结水泵的性能曲线和管路性能曲线越平坦越好，以便在负荷变化时可以有较大的流量调节范围。
2.变速调节
变速调节是指在管路性能曲线不变的情况下，通过改变转速来改变泵的性能曲线，从而改变其运行工况点的调节方式。与非变速调节比较，变速调节的主要优点是大大减少了附加的节流损失，在很大变工况范围内能够使泵保持较高的运行效率。因此，现代高参数、大容量电站机组的泵常采用变速调节方式，以提高机组的运行经济性；但由于变速传动装置或可变速原动机投资昂贵，故一般小型机组很少采用。泵的变速调节一般可分为两类：一类是定速电动机经传动装置的变速调节；另一类是采用变速原动机直接驱动泵的变速调节。
（二）改进或改造原有水泵
离心式泵在设计工况及其附近运行时，具有较高的效率。但有的泵由于选型不当、或受目前泵产品规格及品种的限制而使得选型的配套性较差，或由于装置发生改变等诸多因素的影响，使泵的容量过大或过小。容量过大，将引起调节时的损失增大；容量过小，不能满足使用上的需要。因此，需要对已有的泵进行改造。而针对不同的情况，具体改造或改进方式也不相同。
（三）保证泵的安装、检修质量
（1）保证泵动、静部件之间的合理间隙和转子的中心位置。泵动、静间隙应在确保运行安全可靠的条件下，尽量减小，因为其内高压侧流体向低压侧泄漏量随间隙的增大而增加，使泵的容积效率下降。此外，转子的偏心除影响安全运行外，还会造成偏心的动静部件摩擦，导致动静间隙迅速增大而降低效率。
（2）提高泵叶片与流道的光滑程度。
流体在泵内的流动阻力损失除与流道的形状有关外，还与叶片与流道的粗糙度密切相关。试验表明，铸铁的泵体内壁涂漆后。由于减小了相对粗糙度，从而减少了轮盘摩擦阻力损失等，泵的效率可提高 2%~4%。对泵体内壁过流部分、叶轮盖板和叶轮内部过流部分的粗糙表面用砂轮磨光细致加工后，泵的效率可明显提高（10%左右）。
（3）保持、修复泵流道的型线
泵因流道结垢、积灰，或由于磨损、汽蚀等原因，改变了流道原来的型线，或使壁面凸凹不平，都会导致泵的性能变坏，效率下降，故应及时清理或修复。
参考文献：
[1]叶金勤，吴剑恒．一用一备凝泵变频控制的策略分析及效果．节能，2007，26（8
[2]许文峰．Diamond-HV 高压变频器在凝结水泵上的应用．变频器世界，2007，8
[3]范葵香，毛建民．火电厂凝泵变频控制改造的能效．上海电力，2007，20（2）