李寶鋒

(西北電力設(shè)計(jì)院，陜西 西安 710075)

熱網(wǎng)循環(huán)水泵轉(zhuǎn)速選擇研究

李寶鋒

(西北電力設(shè)計(jì)院，陜西 西安 710075)

熱網(wǎng)循環(huán)水泵是熱電廠熱網(wǎng)首站中重要的輔機(jī)設(shè)備，投資在熱網(wǎng)首站輔機(jī)中占有相當(dāng)大的比例。熱網(wǎng)循環(huán)水泵選用轉(zhuǎn)速的不同，對(duì)泵和系統(tǒng)的運(yùn)行有很大的影響。本文通過對(duì)熱電廠熱網(wǎng)循環(huán)水泵不同轉(zhuǎn)速的研究分析，提出熱網(wǎng)循環(huán)水泵采用低轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)方案。

熱電廠；熱網(wǎng)循環(huán)水泵；驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速。

1　概述

熱網(wǎng)循環(huán)水泵是熱電廠熱網(wǎng)首站中重要的輔機(jī)設(shè)備，投資在熱網(wǎng)首站輔機(jī)中占有相當(dāng)大的比例。熱網(wǎng)循環(huán)水泵的功率較大，運(yùn)行費(fèi)用較高，同時(shí)熱網(wǎng)循環(huán)水泵選用轉(zhuǎn)速的不同，對(duì)泵和系統(tǒng)的運(yùn)行有很大的影響。

熱網(wǎng)循環(huán)水泵的轉(zhuǎn)速由其驅(qū)動(dòng)設(shè)備的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定，其驅(qū)動(dòng)設(shè)備一般有電動(dòng)機(jī)和背壓式小汽輪機(jī)兩種方式，但電動(dòng)機(jī)和背壓式小汽輪機(jī)根據(jù)現(xiàn)市場情況有高轉(zhuǎn)速和低轉(zhuǎn)速兩種類型，本文就是通過對(duì)熱網(wǎng)循環(huán)水泵采用高轉(zhuǎn)速和低轉(zhuǎn)速兩種情況的研究分析，提出熱網(wǎng)循環(huán)水泵選擇時(shí)也應(yīng)注意對(duì)其轉(zhuǎn)速的選擇。

2　熱網(wǎng)循環(huán)水泵臺(tái)數(shù)

根據(jù)《大中型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50660－2011第12.8.3第1條的規(guī)定：熱網(wǎng)循環(huán)水泵不應(yīng)少于2臺(tái)，其中1臺(tái)應(yīng)為備用，當(dāng)設(shè)置3臺(tái)以上時(shí)，可不設(shè)備用。

根據(jù)《城市熱力網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》CJJ34－2002第7.5.1第5條規(guī)定：應(yīng)減少并聯(lián)循環(huán)水泵的臺(tái)數(shù)，設(shè)置3臺(tái)或3臺(tái)以下循環(huán)水泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，應(yīng)設(shè)備用泵；當(dāng)4臺(tái)或4臺(tái)以上水泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，可不設(shè)備用泵。

300MW及以上機(jī)組，按主機(jī)的供熱抽汽能力及熱水泵的容量系列，一般選4臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵(配液力耦合器)。

對(duì)于背壓式汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵，有以下兩個(gè)方案

(1)設(shè)置5臺(tái)熱網(wǎng)循環(huán)水泵：4臺(tái)熱網(wǎng)循環(huán)水泵采用背壓式汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，1臺(tái)采用電動(dòng)驅(qū)動(dòng)做啟動(dòng)調(diào)試用(配液力耦合器)。

(2)設(shè)置4臺(tái)熱網(wǎng)循環(huán)水泵：3臺(tái)熱網(wǎng)循環(huán)水泵采用背壓式汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，1臺(tái)采用電動(dòng)驅(qū)動(dòng)做啟動(dòng)調(diào)試備用(配液力耦合器)。

本文統(tǒng)一按4臺(tái)熱網(wǎng)循環(huán)水泵進(jìn)行分析。

3　熱網(wǎng)循環(huán)水泵轉(zhuǎn)速

熱網(wǎng)循環(huán)水泵的轉(zhuǎn)速由其驅(qū)動(dòng)設(shè)備的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定，其驅(qū)動(dòng)設(shè)備一般有電動(dòng)機(jī)和背壓式小汽輪機(jī)兩種方式。按目前市場情況，驅(qū)動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵的電動(dòng)機(jī)和背壓式小汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速有2950 rpm和1490 rpm兩種。

常規(guī)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，系統(tǒng)簡單，運(yùn)行可靠。同時(shí)，由于熱網(wǎng)循環(huán)水泵電動(dòng)機(jī)功率較大，均為6kV高壓電動(dòng)機(jī)，使電氣投資增加明顯。啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流較大，對(duì)電氣設(shè)備有沖擊。運(yùn)行時(shí)，廠用電率較高，影響電廠的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行指標(biāo)。在電動(dòng)機(jī)與熱網(wǎng)循環(huán)水泵中間配裝的液力耦合器，液力耦合器的輸入軸和輸出軸上各有渦輪，兩輪中間通過工作油液力傳動(dòng)。通過勺管的動(dòng)作，調(diào)整腔內(nèi)的工作油油量，以達(dá)到調(diào)整輸出轉(zhuǎn)速的目的。耦合器的效率額定轉(zhuǎn)速下一般為94%，變速條件下，隨轉(zhuǎn)速降低而降低。

采用汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，可降低廠用電率，提高電廠的運(yùn)行指標(biāo)，又可以實(shí)現(xiàn)變速調(diào)節(jié)，提高熱網(wǎng)循環(huán)水泵在低負(fù)荷運(yùn)行的效率，減少能量的消耗，同時(shí)還可以避免大容量電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流對(duì)電氣設(shè)備的沖擊。但是，采用汽動(dòng)驅(qū)動(dòng)需要增加小汽輪機(jī)及輔助調(diào)速潤滑油系統(tǒng)等，初投資會(huì)增大。而且小汽輪機(jī)及輔助系統(tǒng)有一定的檢修維護(hù)工作量。

對(duì)于熱網(wǎng)循環(huán)水泵而言，2950 rpm的泵效率最高為74%，1490 rpm的泵效率一般在80%左右，最高可以達(dá)到85%。由于效率不同，要求泵的驅(qū)動(dòng)軸功率不同，能耗水平也就不同。

高轉(zhuǎn)速泵的效率低，轉(zhuǎn)速高，泵的必需汽蝕裕量為24 m左右。低轉(zhuǎn)速泵的轉(zhuǎn)速低，效率高，泵的必需汽蝕裕量為10 m左右。在熱網(wǎng)循環(huán)水的熱水系統(tǒng)中，高轉(zhuǎn)速泵必需汽蝕裕量大，要求熱網(wǎng)回水壓力高，泵入口要求壓力高。而同容量低轉(zhuǎn)速泵必須汽蝕余量小，要求熱網(wǎng)回水壓力低，泵入口要求壓力低。因此整個(gè)熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)的管網(wǎng)壓力曲線高低就不同，低轉(zhuǎn)速泵的管網(wǎng)壓力曲線就可以相對(duì)低，供水壓力也可以相對(duì)低，有利于熱網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行和管理。

高轉(zhuǎn)速泵的運(yùn)行狀態(tài)較差，泵的價(jià)格較高。低轉(zhuǎn)速泵的運(yùn)行狀態(tài)較好，泵的價(jià)格較低。

4　電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速

三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速公式為：

式中：n為電機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min； f為電源頻率，在我國為50Hz，p為電機(jī)磁極對(duì)數(shù)；s為轉(zhuǎn)差率。

p=1時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2950 rpm。p=2時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1490 rpm。p=3時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為990 rpm。p=4時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為740 rpm。p=5時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為590 rpm。p=6時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為490 rpm。

5　背壓式汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速

目前驅(qū)動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵的國內(nèi)已實(shí)施的蒸汽型背壓式汽輪機(jī)有兩種轉(zhuǎn)速：一種為3000 rpm高轉(zhuǎn)速背壓汽輪機(jī)，另一種為1500 rpm低轉(zhuǎn)速背壓汽輪機(jī)，以下分別對(duì)兩種轉(zhuǎn)速背壓汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵進(jìn)行說明。

(1)高轉(zhuǎn)速背壓式汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵

高轉(zhuǎn)速背壓式汽輪機(jī)按照大型汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和要求來設(shè)計(jì)制造，效率在70%以上。高轉(zhuǎn)速熱網(wǎng)循環(huán)水泵效率最高為74%。

(2)低轉(zhuǎn)速背壓式汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵

低轉(zhuǎn)速背壓式汽輪機(jī)按照小型工業(yè)汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和要求來設(shè)計(jì)制造，效率在65%左右。但低轉(zhuǎn)速熱網(wǎng)循環(huán)水泵效率一般在80%左右，最高可以達(dá)到85%。

(3) 高、低轉(zhuǎn)速背壓式汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵方案優(yōu)缺點(diǎn)比較

高轉(zhuǎn)速背壓式汽輪機(jī)的效率高，調(diào)速范圍在2100～3100 r/min之間，但所配水泵的效率低、軸功率大，需要配較大功率的汽機(jī)。水泵必需汽蝕裕量大，對(duì)熱水泵和整個(gè)熱網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行不利。運(yùn)行轉(zhuǎn)速高對(duì)泵和汽機(jī)的設(shè)計(jì)、制造、安裝要求高。

低轉(zhuǎn)速背壓式汽輪機(jī)的效率低，調(diào)速范圍在500～1600 r/min，相對(duì)調(diào)速范圍大。水泵效率高，軸功率小，需要配汽機(jī)小。水泵必需汽蝕裕量小，對(duì)熱水泵和整個(gè)熱網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行有利。運(yùn)行轉(zhuǎn)速低對(duì)泵和汽機(jī)的設(shè)計(jì)、制造、安裝要求不高。

6　熱網(wǎng)循環(huán)水泵運(yùn)行費(fèi)用比較

(1)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵運(yùn)行費(fèi)用比較見表1。

表1　電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵運(yùn)行費(fèi)用比較

由表1可以看出，高轉(zhuǎn)速電泵比低轉(zhuǎn)速電泵年運(yùn)行費(fèi)多75萬元。

(2)背壓式汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵運(yùn)行費(fèi)用比較見表2。

表2　背壓式汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵運(yùn)行費(fèi)用比較

由表2可以看出，熱網(wǎng)循環(huán)水泵采用高轉(zhuǎn)速或低轉(zhuǎn)速背壓式汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)其運(yùn)行綜合效率相當(dāng)，運(yùn)行費(fèi)用相當(dāng)。

由表1和表2運(yùn)行費(fèi)用比較可以看出，背壓式汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵比電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵年運(yùn)行費(fèi)最少要低424萬元。也就是說采用背壓式汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵比電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵每年最少可節(jié)約424萬元。

7　初投資費(fèi)用比較

表3　各驅(qū)動(dòng)方式初投資費(fèi)用比較

由表3可以看出，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵比背壓式汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵初投資費(fèi)用低，低轉(zhuǎn)速熱網(wǎng)循環(huán)水泵比高轉(zhuǎn)速熱網(wǎng)循環(huán)水泵初投資低。

8　結(jié)論

采用背壓式汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵約一個(gè)采暖期就可收回初投資增加費(fèi)用，綜合效益好。

低轉(zhuǎn)速熱網(wǎng)循環(huán)水泵初投資低，水泵必需汽蝕裕量小，對(duì)熱水泵和整個(gè)熱網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行有利。技術(shù)經(jīng)濟(jì)性優(yōu)越。

[1] GB50660－2011，大中型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] GB50764－2012，電廠動(dòng)力管道設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] CJJ34－2002，城市熱力網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

Determination on Revolution speed of Circulation Pump for Heat Supply Water

LI Bao-feng
(Northwest Electric Power Design Institute, Xi'an 710075, China)

Circulating pumps in heat supply network are important auxiliary equipments in the heat supply station, and the investments of the pumps occupies a large percentage of the auxiliary equipments. Selection of different speeds of the circulating pump has a big impact on the operation of the system. This paper analysises the different driving speed of revolution of circulation pump for heat supply water, conclusion is drawn that lower speed is suitable for these pump.

thermal power plant; circulation pump for heat supply water;d riving speed of revolution.

TM621

B

1671-9913(2016)05-0044-03

2015-06-17

李寶鋒(1964- )，男，陜西寶雞人。高級(jí)工程師，主要從事火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)。