循環(huán)水泵的節(jié)能技術(shù)改造

1、循環(huán)水泵的節(jié)能技術(shù)改造赤峰熱電廠 楚文化大流量低揚(yáng)程高比轉(zhuǎn)速的雙吸單級離心泵在工業(yè)上廣泛應(yīng)用。特別是火力電廠常選用此類泵作為汽輪機(jī)排汽冷凝用的冷卻水泵，并稱之為循環(huán)水泵。循環(huán)水泵是電廠用電量較大的輔機(jī)之一，對其進(jìn)行節(jié)能技術(shù)分析與改造，有著顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。循環(huán)水泵節(jié)能途徑的分析1、 使循環(huán)水管路水力阻力特性與循環(huán)水泵的揚(yáng)程相匹配。每個(gè)火力發(fā)電廠因廠址地理環(huán)境的不同，循環(huán)水管路的布置也不盡相同，而在循環(huán)水泵的選用上設(shè)計(jì)單位往往是根據(jù)發(fā)電容量的大小套用水泵廠現(xiàn)有水泵型號選取，因而許多電廠或多或少的存在著管路阻力特性與水泵揚(yáng)程不相匹配的現(xiàn)象，使水泵在低效區(qū)運(yùn)行。如果對水泵的實(shí)際運(yùn)行揚(yáng)程和流量進(jìn)行

2、實(shí)測，通過對水泵的葉輪作相應(yīng)的技術(shù)改造，改造后的水泵流量保持不變的前提條件下使揚(yáng)程與管路阻力特性相匹配，水泵就可在高效區(qū)域運(yùn)行，以達(dá)到降低循環(huán)水泵電耗的目的。2、 改進(jìn)葉輪材質(zhì)提高制造精度水泵葉輪的圓盤摩擦損失為：pdf=ku23d22 (1)式中k圓盤摩擦系數(shù)；（注：k主要與圓盤外側(cè)面及外殼內(nèi)側(cè)面的粗糙度等因素有關(guān)）。流體密度，kg/m3；d2葉輪出口直徑，m；u2葉輪出口 圓周速度，m/s。這項(xiàng)損失的功率約占軸功率的2%10%。在、d2、u2一定時(shí)，pdf主要與葉輪的表面粗糙度成正比。而循環(huán)水泵的葉輪一般采用鑄鐵或鑄鋼材料整體鑄造而成，葉輪過流表面較為粗糙。會(huì)產(chǎn)生較大的圓盤損失。同時(shí)高比轉(zhuǎn)

3、速離心泵的葉片 為扭葉片，整體 鑄造葉輪會(huì)與設(shè)計(jì)值產(chǎn)生較大的偏差，此偏差又會(huì)使水泵產(chǎn)生一定的 流動(dòng)損失。如果能用表面光滑抗氣蝕能力又強(qiáng)的不銹鋼 材料采用鑄焊與機(jī)械精加工相結(jié)合的制作工藝 生產(chǎn)葉輪，可有效 提高水泵的運(yùn)行效率和葉輪的使用壽命 。3、 優(yōu)化密封裝置，減少容積損失。 對雙吸單級離心泵而言容積損失主要為葉輪進(jìn)口處的密封環(huán)泄露損失，其泄漏量為：q=a (2) (2)式中，流量系數(shù)；a間隙的環(huán)形面積，m2；h間隙兩側(cè)的壓力差，m。 而流量系數(shù)是與間隙 寬度b，間隙長度l等結(jié)構(gòu)型式有關(guān)。m的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式為； = （3） (3)式中密封環(huán)間隙的圓角系數(shù)；密封環(huán)間隙的沿程阻力系數(shù)；l密封環(huán)間隙長

4、度。顯然在兩側(cè)壓力差一定時(shí)，增加間隙長度，減少間隙寬度能使泄漏量減少。3、 優(yōu)化葉輪水力 流道，減少流動(dòng)損失流動(dòng)損失發(fā)生在吸入室、葉輪流道、導(dǎo)葉和殼體中。流體和各部分流道壁面摩擦?xí)a(chǎn)生摩擦損失；流道斷面變化、轉(zhuǎn)彎等會(huì)使邊界層分離、產(chǎn)生二次流而引起 擴(kuò)散損失；由于工況改變，流量qv偏離設(shè)計(jì)流量時(shí)，入口 流動(dòng)角1與葉片安裝角1a不一致，會(huì)引起沖擊損失。減少流動(dòng)損失一般發(fā)電廠自身的技術(shù)力量難以解決，可與研究單位和水泵制造單位合作，依據(jù)每個(gè)電廠循環(huán)水泵的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)，運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)采用二元設(shè)計(jì)，三元校核的方法設(shè)計(jì)出具有各性化水泵的水力模型，并經(jīng)高精度水泵試驗(yàn)臺(tái)對水泵的能量特性、空化特性、水壓脈動(dòng)特性及

5、飛逸特性等進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)和修整，同時(shí)改進(jìn)水泵材料和制造工藝從而設(shè)計(jì)和制造出符合實(shí)際運(yùn)行要求、具有個(gè)性化性能要求的高效循環(huán)水泵。循環(huán)水泵節(jié)能改造成效的驗(yàn)證 循環(huán)水泵節(jié)能改造前、后所耗用的電功率和水泵的進(jìn)、出口靜壓值的變化比較容易精確測量，但水泵流量的變化難以精確測量。因?yàn)槟壳爸挥谐暡髁坑?jì)可對大管徑的流量進(jìn)行測量，但循環(huán)水管經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行管道內(nèi)外壁都會(huì)有銹蝕和凹坑，此時(shí)超聲波流量計(jì)也難以測準(zhǔn)循環(huán)水量。如果循環(huán)水管系及運(yùn)行方式未作任何改變，可以通過檢測循環(huán)水泵進(jìn)、出管道上相應(yīng)的靜壓值，由靜壓值的變化來判定技術(shù)改造前、后其流量的變化值，從而確定技術(shù)改造的成效。循環(huán)水管系流體能量平衡方程火力發(fā)電廠

6、循環(huán)水系統(tǒng)的工藝流程 簡圖如圖1所示：根據(jù)流體力學(xué)能量平衡方程式可得：水泵進(jìn)口處1-1截面的總比能為：e1= (4)水泵出口處2-2截面的總比能為： (5)前池水面的總比能為： （6）集水井水面的總比能為： (7)(4)、(5)、（6）、（7）式中的ca、c1、c2、cb分別代表各自截面處的流體平均流速值，pa、p1、p2、pb分別代表各自截面處的流體靜壓值，za、z1、z2、zb分別代表各自截面處相對基準(zhǔn)面的標(biāo)高值，代表水的重度。如果用hw1、hw2分別代表循環(huán)水泵進(jìn)口和出口管段的總阻力損失，可得： （8） （9）而： （10）既有：= （11）雙吸單級離心泵進(jìn)、出口的標(biāo)高相同，z2-z1=

7、0；又因前池水面和集水井處水面全為敞開式，其靜壓值都為大氣壓，故pb-pa=0，同時(shí)前池和集水井結(jié)構(gòu)及運(yùn)行方式都未改變，所以（zb-za）是一常數(shù)，記為e3，可得：p2-p1= (12)因常溫下壓力變化不大時(shí)水的密度可認(rèn)為不變，故水的體積流量在整個(gè)循環(huán)水管段可認(rèn)為是一常數(shù)，如果用a1、aa、ab分別代表各自截面的面積，可得：cb= c1= ca=p2-p1= （13）而hw1、hw2分別代表進(jìn)水和出水管段的總阻力，其計(jì)算值為：hw1+ hw2= = （14）（14）式中i是進(jìn)、出管段的局部阻力系數(shù)，它只與管件的幾何形狀有關(guān)，管道布置沒有改變，局部阻力系數(shù)也不會(huì)改變，即是一常數(shù)。i是進(jìn)、出管段的

8、沿程阻力系數(shù)，它與循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的雷諾數(shù)re、管道的粗糙度、及管徑d的大小有關(guān)，然而由于循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的雷諾數(shù)都非常之大，一般re109，根據(jù)尼古拉茲試驗(yàn)曲線可知，循環(huán)水 系統(tǒng)運(yùn)行在水力粗糙區(qū)，此時(shí)值與re值無關(guān)，其值計(jì)算式為： = （15）（15）式中:d為管道直徑；mm，為管道的絕對粗糙度；mm。顯然管道布設(shè)未變，值也不會(huì)改變。如果把記為e1、記為e2,由(13)、（14）、(15)式可得：p2-p1= （16）（16）式說明了循環(huán)水泵技術(shù)改造前、后只要循環(huán)水管系未作變動(dòng)，那么可以通過水泵的進(jìn)、出口靜壓值的改變由計(jì)算的方法可較為準(zhǔn)確地計(jì)算出流量的改變，從而可準(zhǔn)確地評估技術(shù)改造的成效。如

9、果進(jìn)出口靜壓差值不變，那么我們可以得出流量也不會(huì)改變，改造后減少的電能消耗就是節(jié)能效益。循環(huán)水泵節(jié)能技術(shù)改造實(shí)例赤峰熱電廠有四臺(tái)型號為32sa-19a型雙吸單級離心式循環(huán)水泵，其名牌標(biāo)示流量為5000m3/h，揚(yáng)程為26m，轉(zhuǎn)速為730r/min，軸功率為393.5千瓦，電機(jī)輸入功率為440kw,允許吸上真空度為3m，水泵效率為90%。2007年我廠對這四臺(tái)泵的進(jìn)、出口靜壓值和電機(jī)運(yùn)行的實(shí)際輸入功率進(jìn)行了測試，其測試值由表1所示。我廠循環(huán)水泵進(jìn)、出口處的管徑相差不多，出口流速應(yīng)與進(jìn)口流速接近，所以水泵的揚(yáng)程和靜壓差值基本接近。水泵的實(shí)際運(yùn)行揚(yáng)程比銘牌標(biāo)示低很多。通過對實(shí)際運(yùn)行參數(shù)測試值的分析，顯然我廠循環(huán)水系統(tǒng)存在著水泵揚(yáng)程與循環(huán)水管道阻力特性嚴(yán)重不匹配的現(xiàn)象，雖然銘牌標(biāo)示水泵效率達(dá)90%，但實(shí)際水泵在低效區(qū)運(yùn)行。在水泵檢修時(shí)還發(fā)現(xiàn)水泵葉輪氣蝕較為嚴(yán)重，而水泵泵體較為完好，考慮到生產(chǎn)可停運(yùn)的時(shí)間及改造的投資費(fèi)用和改造的節(jié)能經(jīng)濟(jì)性，我們采用了只對葉輪和密封環(huán)進(jìn)行節(jié)能技術(shù)改造的方案，使之水泵揚(yáng)程與管道阻力特性相匹配水泵在高效區(qū)域運(yùn)行。1、 與科研單位合作設(shè)計(jì)出與循環(huán)水泵阻力特性匹配的高效葉輪。2007年我廠與中國水利水電科學(xué)研究院水利機(jī)電研究所合作，依據(jù)其實(shí)際測試數(shù)據(jù)，把技術(shù) 改造后 水泵應(yīng)達(dá)到的參數(shù)定為：揚(yáng)程23m，水泵流量為5800m3/h，電機(jī)輸入功