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1、循环水泵的节能技术改造赤峰热电厂 楚文化大流量低扬程高比转速的双吸单级离心泵在工业上广泛应用。特别是火力电厂常选用此类泵作为汽轮机排汽冷凝用的冷却水泵，并称之为循环水泵。循环水泵是电厂用电量较大的辅机之一，对其进行节能技术分析与改造，有着显著的经济和社会效益。循环水泵节能途径的分析1、 使循环水管路水力阻力特性与循环水泵的扬程相匹配。每个火力发电厂因厂址地理环境的不同，循环水管路的布置也不尽相同，而在循环水泵的选用上设计单位往往是根据发电容量的大小套用水泵厂现有水泵型号选取，因而许多电厂或多或少的存在着管路阻力特性与水泵扬程不相匹配的现象，使水泵在低效区运行。如果对水泵的实际运行扬程和流量进行
2、实测，通过对水泵的叶轮作相应的技术改造，改造后的水泵流量保持不变的前提条件下使扬程与管路阻力特性相匹配，水泵就可在高效区域运行，以达到降低循环水泵电耗的目的。2、 改进叶轮材质提高制造精度水泵叶轮的圆盘摩擦损失为：Pdf=KU23D22 (1)式中K圆盘摩擦系数；（注：K主要与圆盘外侧面及外壳内侧面的粗糙度等因素有关）。流体密度，kg/m3；D2叶轮出口直径，m；U2叶轮出口 圆周速度，m/s。这项损失的功率约占轴功率的2%10%。在、D2、U2一定时，Pdf主要与叶轮的表面粗糙度成正比。而循环水泵的叶轮一般采用铸铁或铸钢材料整体铸造而成，叶轮过流表面较为粗糙。会产生较大的圆盘损失。同时高比转
3、速离心泵的叶片 为扭叶片，整体 铸造叶轮会与设计值产生较大的偏差，此偏差又会使水泵产生一定的 流动损失。如果能用表面光滑抗气蚀能力又强的不锈钢 材料采用铸焊与机械精加工相结合的制作工艺 生产叶轮，可有效 提高水泵的运行效率和叶轮的使用寿命 。3、 优化密封装置，减少容积损失。 对双吸单级离心泵而言容积损失主要为叶轮进口处的密封环泄露损失，其泄漏量为：q=A (2) (2)式中，流量系数；A间隙的环形面积，m2；H间隙两侧的压力差，m。 而流量系数是与间隙 宽度b，间隙长度l等结构型式有关。M的经验计算公式为； = （3） (3)式中密封环间隙的圆角系数；密封环间隙的沿程阻力系数；l密封环间隙长
4、度。显然在两侧压力差一定时，增加间隙长度，减少间隙宽度能使泄漏量减少。3、 优化叶轮水力 流道，减少流动损失流动损失发生在吸入室、叶轮流道、导叶和壳体中。流体和各部分流道壁面摩擦会产生摩擦损失；流道断面变化、转弯等会使边界层分离、产生二次流而引起 扩散损失；由于工况改变，流量qv偏离设计流量时，入口 流动角1与叶片安装角1a不一致，会引起冲击损失。减少流动损失一般发电厂自身的技术力量难以解决，可与研究单位和水泵制造单位合作，依据每个电厂循环水泵的实际运行参数，运用计算机技术采用二元设计，三元校核的方法设计出具有各性化水泵的水力模型，并经高精度水泵试验台对水泵的能量特性、空化特性、水压脉动特性及
5、飞逸特性等进行验证试验和修整，同时改进水泵材料和制造工艺从而设计和制造出符合实际运行要求、具有个性化性能要求的高效循环水泵。循环水泵节能改造成效的验证 循环水泵节能改造前、后所耗用的电功率和水泵的进、出口静压值的变化比较容易精确测量，但水泵流量的变化难以精确测量。因为目前只有超声波流量计可对大管径的流量进行测量，但循环水管经过一段时间的运行管道内外壁都会有锈蚀和凹坑，此时超声波流量计也难以测准循环水量。如果循环水管系及运行方式未作任何改变，可以通过检测循环水泵进、出管道上相应的静压值，由静压值的变化来判定技术改造前、后其流量的变化值，从而确定技术改造的成效。循环水管系流体能量平衡方程火力发电厂
6、循环水系统的工艺流程 简图如图1所示：根据流体力学能量平衡方程式可得：水泵进口处1-1截面的总比能为：e1= (4)水泵出口处2-2截面的总比能为： (5)前池水面的总比能为： （6）集水井水面的总比能为： (7)(4)、(5)、（6）、（7）式中的ca、c1、c2、cb分别代表各自截面处的流体平均流速值，pa、p1、p2、pb分别代表各自截面处的流体静压值，Za、Z1、Z2、Zb分别代表各自截面处相对基准面的标高值，代表水的重度。如果用hw1、hw2分别代表循环水泵进口和出口管段的总阻力损失，可得： （8） （9）而： （10）既有：= （11）双吸单级离心泵进、出口的标高相同，Z2-Z1=
7、0；又因前池水面和集水井处水面全为敞开式，其静压值都为大气压，故Pb-Pa=0，同时前池和集水井结构及运行方式都未改变，所以（Zb-Za）是一常数，记为E3，可得：P2-P1= (12)因常温下压力变化不大时水的密度可认为不变，故水的体积流量在整个循环水管段可认为是一常数，如果用A1、Aa、Ab分别代表各自截面的面积，可得：Cb= C1= Ca=P2-P1= （13）而hw1、hw2分别代表进水和出水管段的总阻力，其计算值为：hw1+ hw2= = （14）（14）式中i是进、出管段的局部阻力系数，它只与管件的几何形状有关，管道布置没有改变，局部阻力系数也不会改变，即是一常数。i是进、出管段的
8、沿程阻力系数，它与循环水系统运行时的雷诺数Re、管道的粗糙度、及管径D的大小有关，然而由于循环水系统运行时的雷诺数都非常之大，一般Re109，根据尼古拉兹试验曲线可知，循环水 系统运行在水力粗糙区，此时值与Re值无关，其值计算式为： = （15）（15）式中:d为管道直径；mm，为管道的绝对粗糙度；mm。显然管道布设未变，值也不会改变。如果把记为E1、记为E2,由(13)、（14）、(15)式可得：P2-P1= （16）（16）式说明了循环水泵技术改造前、后只要循环水管系未作变动，那么可以通过水泵的进、出口静压值的改变由计算的方法可较为准确地计算出流量的改变，从而可准确地评估技术改造的成效。如
9、果进出口静压差值不变，那么我们可以得出流量也不会改变，改造后减少的电能消耗就是节能效益。循环水泵节能技术改造实例赤峰热电厂有四台型号为32SA-19A型双吸单级离心式循环水泵，其名牌标示流量为5000m3/h，扬程为26m，转速为730r/min，轴功率为393.5千瓦，电机输入功率为440Kw,允许吸上真空度为3m，水泵效率为90%。2007年我厂对这四台泵的进、出口静压值和电机运行的实际输入功率进行了测试，其测试值由表1所示。我厂循环水泵进、出口处的管径相差不多，出口流速应与进口流速接近，所以水泵的扬程和静压差值基本接近。水泵的实际运行扬程比铭牌标示低很多。通过对实际运行参数测试值的分析，
10、显然我厂循环水系统存在着水泵扬程与循环水管道阻力特性严重不匹配的现象，虽然铭牌标示水泵效率达90%，但实际水泵在低效区运行。在水泵检修时还发现水泵叶轮气蚀较为严重，而水泵泵体较为完好，考虑到生产可停运的时间及改造的投资费用和改造的节能经济性，我们采用了只对叶轮和密封环进行节能技术改造的方案，使之水泵扬程与管道阻力特性相匹配水泵在高效区域运行。1、 与科研单位合作设计出与循环水泵阻力特性匹配的高效叶轮。2007年我厂与中国水利水电科学研究院水利机电研究所合作，依据其实际测试数据，把技术 改造后 水泵应达到的参数定为：扬程23m，水泵流量为5800m3/h，电机输入功率403.5KW，水泵效率90%。研究院对叶轮采用了二元设计，三元校核的方法，把所得的WYS-26水力模型在高精度 水泵试验台上对其能量特性、空化 特性、水压脉动特性及飞逸特性等内容进行了验证修整，而后设计出水泵叶轮机械制造图。2、优化叶轮用材提高制造工艺水平，减少流动、圆盘及过流表面摩擦损失，提高叶轮使用寿命。