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火電廠鍋爐給水泵機(jī)組節(jié)能改造中汽蝕問題的探討

文檔作者：郭凱袁秀敏文檔來源：沈陽鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)核電泵業(yè)有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年02月25日
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2015年第43卷第6期 流體機(jī)械 47
文章編號： 1005—0329(2015)06—0047—03
火電廠鍋爐給水泵機(jī)組節(jié)能改造中汽蝕問題的探討
郭凱，袁秀敏
(沈陽鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)核電泵業(yè)有限公司，遼寧沈陽110869)
摘要： 對鍋爐給水泵泵組進(jìn)行變頻調(diào)節(jié)能起到節(jié)能減排的效果。但隨著電機(jī)變頻，與鍋爐給水泵共用電機(jī)、且同軸
驅(qū)動的前置泵也須在變頻的情況下低速工作，相應(yīng)的泵出口壓力降低。此時，前置泵是否能滿足鍋爐給水泵不發(fā)生汽蝕
的要求，本文從鍋爐給水泵的3個負(fù)荷工況情形對此予以分析討論。
關(guān)鍵詞： 前置泵；變頻；汽蝕
中圖分類號： TH3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A doi：10．3969／j．issn．1005—0329．2015．06．011
Discussion on Cavitation for Power Saving of Boiler Feed W ater Pump Unit for in Fossil Plant
GUO Kai，YUAN Xiu-min
(Shenyang Blower Works Group Nuclear Pump Co．Ltd．，Shenyang 1 10869，China)
Abstract： Frequency conversion for boiler feed water pump unit can gain power saving and emission reduce．However，with
frequency change of motor，the booster pump which shares motor with boiler feed water pump and is driven by the same shaft，
shall operate in frequency change and low speed．Discharge pressure of pump will decrease accordingly．At this time，with opera—
tion of booster pump，we wonder if no cavitation will happen to the feed water pump．Boiler feed water pump at three loads will
be analyzed and discussed．
Key words： booster pump；frequency conversion；cavitaion
1 前言
火電廠自身的用電量約為發(fā)電量的7％ ～
10％(用電機(jī)驅(qū)動給水泵)或4％ 一6％(用汽輪機(jī)
驅(qū)動給水泵)。很明顯，電機(jī)驅(qū)動的鍋爐給水泵
泵組(下文簡稱給水泵)是火電廠內(nèi)部用電大戶，
影響到電站的供電煤耗、發(fā)電成本以及排放指標(biāo)
等。對該泵組進(jìn)行節(jié)能改造，提高泵組能效很有
必要。目前，我國對電機(jī)驅(qū)動的鍋爐給水泵進(jìn)行
節(jié)能改造的工作已經(jīng)在200和300MW 機(jī)組的火
電站大范圍開展。
發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷調(diào)整要求給水泵性能隨之適
當(dāng)調(diào)整? 。而給水泵性能調(diào)整傳統(tǒng)的方法是通
過液力偶合器調(diào)速來完成，這種調(diào)速方案存在較
大的能量損耗。隨著電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展成
熟，將電機(jī)變頻降速技術(shù)和液力偶合器增速功能
組合，實現(xiàn)給水泵機(jī)組的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，成為目前對電
收稿日期： 2014—11—03 修稿日期： 2015—05—08
機(jī)驅(qū)動鍋爐給水泵實施節(jié)能降耗技術(shù)改造的最優(yōu)
技術(shù)方案。即改造液力偶合器僅保留其齒輪副的
增速功能，而變頻器調(diào)整電機(jī)可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)速降低，
兩者組合可以隨意調(diào)速驅(qū)動給水泵。這種改造可
以規(guī)避液力偶合器固有的3％滑差損失，同時避
免泵組在低負(fù)荷工況下由于低效帶來的很大的能
耗損失。經(jīng)過多家電廠測評，此種節(jié)能改造可以
節(jié)約20％ 的廠用電。
2 節(jié)能改造帶來的問題
在火電廠，通常將鍋爐給水泵、液力耦合器、雙
軸伸電機(jī)、前置泵等串成一個機(jī)組，如圖1所示。
圖1 給水泵泵組主要設(shè)備
48 FLUID MACHINERY Vo1．43，No．6，2015
電機(jī)的一端通過液力耦合器驅(qū)動給水泵，電
機(jī)另一端驅(qū)動前置泵。也有采用小型汽輪機(jī)驅(qū)動
給水泵的，不在本文討論之列。
前置泵的設(shè)置是為了提高鍋爐給水泵的裝置
汽蝕余量、保障鍋爐給水泵在各種工況下安全運(yùn)
行。鍋爐給水泵因其轉(zhuǎn)數(shù)較高，造成必需汽蝕性
能NPSHr值較大 ，而給水泵進(jìn)口前的除氧器需
要低壓脫氧除汽，使得給水泵的裝置汽蝕余量
NPSHa較低 J。兩者間不匹配，不能滿足給水泵
安全運(yùn)行的要求，因此，需要在給水泵人口前增加
前置泵作為增壓泵。前置泵出口壓力較大，完全
可以保證給水泵在任何工況不會發(fā)生汽蝕。但節(jié)
能改造中原工頻運(yùn)行的電動機(jī)因增設(shè)變頻器改為
變頻運(yùn)行，造成原本工頻運(yùn)行的前置泵也隨之變
頻低速運(yùn)行、揚(yáng)程降低。這樣一來，降速后的前置
泵能否保證給水泵不發(fā)生汽蝕和是否有必要給前
置泵單設(shè)一臺電機(jī)驅(qū)動，這些問題成了節(jié)能改造
過程中爭論的焦點。
3 給水泵泵組汽蝕余量匹配問題的討論
從離心泵的理論可以判定，不論NPSHa如何
變化，只要NPSHa比給水泵固有的NPSHr高即
可，此時給水泵不會發(fā)生汽蝕。
選取300MW機(jī)組Z個典型的運(yùn)行工況來進(jìn)
行分析，具體運(yùn)行工況參數(shù)對比見表1。
表1 300MW 機(jī)組給水泵泵組運(yùn)行工況參數(shù)表
改造前前置泵 改造后前置泵
參數(shù) 工頻轉(zhuǎn)速 變頻低速
100％ 50％ 40％ 100％ 50％ 40％
ECR E( ECR ECR E( ECR
機(jī)組負(fù)荷(MW) 300 150 120 300 150 120
除氧器壓力(MPa) 0．75 0．35 0．2 0．75 0．35 O．25
管道靜壓(MPa) 0．2 0．2 0．2 0．2 0．2 0．2
前置泵揚(yáng)程(MPa) 0．9 0．9 0．9 0．9 0．25 O．15
給水泵入口壓力(MPa) 1．85 1．45 1．Z 1．85 0．8 0．6
飽和溫度(oC) 210 199 194 210 175 164
給水泵入口實際溫度(℃) 172 172 172 172 172 172
給水／飽和溫差 38 27 22 38 3 —8
飽和壓力(絕壓，MPa) 0．85 0．85 0．85 0．85 0．85 O．85
給水泵入口飽和壓力差 1 0
． 6 0．4-5 1 ．05 _o．25
(MPa)
給水泵汽蝕情況 無 無 無 無 臨界 嚴(yán)重
(1)100％ECR(額定工況)負(fù)荷下工頻轉(zhuǎn)速／
變頻低速運(yùn)行參數(shù)的比較
對比表1的第1列和第4列機(jī)組在100％
ECR(額定工況)時，由于節(jié)能改造后的變頻前置
泵的轉(zhuǎn)速接近最高轉(zhuǎn)速，相當(dāng)于改造前后的運(yùn)行
工況中前置泵的工頻和變頻下的輸出參數(shù)幾乎沒
有差別，可以判斷該工況給水泵不會發(fā)生汽蝕。
(2)100％ECR快速降至50％ECR時前置泵
工頻轉(zhuǎn)速／變頻低速運(yùn)行參數(shù)的比較
機(jī)組運(yùn)行中需要從滿負(fù)荷突然快速下降到
50％ECR，此時機(jī)組負(fù)荷下降一汽輪機(jī)調(diào)門關(guān)小
一抽汽壓力降低_÷除氧器工作壓力下降 ～ ，給
水泵人口前的參數(shù)發(fā)生了較大變化。給水泵人口
的壓力等于除氧器壓力、管道靜壓和前置泵揚(yáng)程
之和。管道靜壓0．2 MPa基本不變，除氧器的工
作壓力下降到0．35 MPa 。對比表1的第2列
和第5列，變頻前置泵轉(zhuǎn)速隨機(jī)組負(fù)荷下降而降
低，其揚(yáng)程下降到0．25 MPa(泵的出口壓力與轉(zhuǎn)
速的變化成平方關(guān)系)，給水泵人口壓力接近0．8
MPa，此時給水溫度仍在17293(壓力變化快而給
水溫度變化慢)，根據(jù)水和水蒸氣的物理參數(shù)表
可知0．8 MPa已經(jīng)臨近此溫度飽和壓力。但當(dāng)離
心泵的流量減小到額定流量的2／3以下時，葉輪
的入口處將產(chǎn)生二次回流，給水泵NPSHr實際并
不會像理論分析的那樣下降、反而還要上升，導(dǎo)致
50％ECR時前置泵變頻低速運(yùn)行時，給水泵入口
形成臨界汽蝕的狀態(tài)，設(shè)備運(yùn)行仍處于安全狀態(tài)。
(3)100％ECR快速降至40％ECR時工頻轉(zhuǎn)
速／變頻低速運(yùn)行參數(shù)的比較
如因某種突發(fā)原因，機(jī)組從100％ECR快速
降至40％ECR，對比表1的第Z列和第6列可知，
2種工況下的除氧器壓力、管道靜壓，變頻改造前
后是相同的，直接影響給水泵人口壓力的還是前
置泵的揚(yáng)程。改造前工頻轉(zhuǎn)速時前置泵的揚(yáng)程基
本維持在0．9MPa。100％ECR快速降至40％ECR
的短時間內(nèi)，鍋爐給水泵人口的給水溫度仍然保
持在17293(接近100％ECR負(fù)荷下除氧器的水
箱水溫)，工頻轉(zhuǎn)速時給水泵入口的1．3 MPa遠(yuǎn)
高于水溫17293的飽和壓力(0．8 MPa)，不會發(fā)生
汽化。而變頻低速前置泵的揚(yáng)程只有0．15 MPa，
此時給水泵人口的壓力下降到0．6 MPa，對應(yīng)的
飽和溫度為16493，17293的除氧水進(jìn)入給水泵顯
然要大量汽化，這時給水泵嚴(yán)重汽蝕已無可避免。
經(jīng)過上述分析，可以得出：工頻轉(zhuǎn)速與變頻低
速時前置泵在額定工況100％ECR時可以確保給
2015年第43卷第6期 流體機(jī)械 49
水泵不會發(fā)生汽蝕，但由于電站工況隨時可能發(fā)
生變化，變頻低速的前置泵不能保證50％ECR以
下的工況能夠提供足夠的入口壓力保證給水泵不
汽蝕。只要不能回避50％ECR以下的運(yùn)行工況
就必須給前置泵增設(shè)一臺電機(jī)獨立驅(qū)動，否則給
水泵入口處汽蝕不可避免，甚至可能出現(xiàn)斷流。
4 結(jié)語
國內(nèi)電動鍋爐給水泵機(jī)組幾乎全部采用工頻
定速前置泵，幾十年的運(yùn)行證明了此種組合的泵
組是安全的。在實施鍋爐給水泵泵組節(jié)能改造項
目時，需要恪守給水泵原有的運(yùn)行環(huán)境才能保證
改造后機(jī)組沒有運(yùn)行隱患、不會觸碰雷區(qū)。盡管
有些機(jī)組采用了變頻低速前置泵的方案至今還沒
有暴露出安全問題，但這并不代表機(jī)組在運(yùn)行工
況變化中一定不會出現(xiàn)汽蝕，況且長期處于汽蝕
臨界狀態(tài)運(yùn)行也存在累加風(fēng)險。鍋爐給水泵一旦
出現(xiàn)問題就可能造成給水泵芯包整體損壞，損失
很大。因此將前置泵恢復(fù)成工頻定速運(yùn)行有利于
保證電動給水泵在節(jié)能改造后全工況穩(wěn)定運(yùn)行。
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作者簡介：張偉(1978一)，男，副教授，博士，主要從事強(qiáng)化
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66號中國石油大學(xué)儲建學(xué)院。
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