关键词：火力发电厂；循环水泵；双速节能；改造
中图分类号：TM621文献标识码：A
引言
火力发电厂循环泵是发电机组冷却水系统中重要的运行设备，循环水入口温度的升高，将导致机组经济性降低。在机组运行中，为了保证机组一直处在最优化运行状态，就必须保持机组在各种工况下的循环水经济流量，从而得到凝汽器运行的最佳真空。原机组调节循环水流量的措施，是采用启停循环泵台数的方式，调节凝汽器的循环水量，来提高机组的经济性。在某电厂#2机循环水系统，设置两台50%容量的循环泵，凝汽器所需水量与进水温度有关，运行人员主要根据运行经验和环境温度等因素启停循环泵运行台数，一般情况下，冬季运行1台，春、夏、秋季运行2台。这种调节循环水流量运行方式，虽然有一定的经济性，但不能满足机组在不同负荷和春、夏、秋、冬四季环境温度变化对循环水入口温度的要求，同时，也存在“大马来小车”的现象。为降低发电成本，根据水泵的机械特性，泵的流量与转速一次方成正比，扬程与转速平方成正比，轴功率与转速立方成正，当通过降低转速以减少流量来达到节流的目的时，所消耗的功率降低很多。经综合调研，确定通过电气调节循环泵转速方法，来提高机组循环水系统调节的灵活性，更好地满足机组对循环水入口的要求，降低循环泵的能耗，节约厂用电量，达到节能增效的目的。
1、循环水量应随冷却水温和热负荷的变化进行调整
循环水的作用是冷却，简称冷却水，旨在将排入凝汽器的热量带走。凝汽器热负荷与循环水的关系式:
QT=GWT×CPT(t2T-t1T)
式中，QT为凝汽器热负荷，kW;GW:为循环水流量,kg/s;CpT为循环水的平均温度下的比热容,kJ/(kg.℃);t2T为凝汽器出口冷却水温度,℃;t1T为凝汽器入口冷却水温度,℃。
分析式(1)可知，假定凝汽器热负荷和凝汽器出口冷却水温度是不变量，凝汽器入口冷却水温度越低，需要的冷却水量越少;反之越多。假定凝汽器入口冷却水温度不变，凝汽器热负荷越多，所需冷却水量就越多;反之越少。对于纯凝机组，冬季的循环水温在10℃左右，夏季循环水温在30℃左右，机组即使在相同负荷及工况下运行，所需的循环水量也是不同的。对于带抽汽的凝汽式机组，是否带抽汽运行及所带抽汽量大小，凝汽器的热负荷是不同的，相应所需的循环水量随之改变。
2、电动机调速方式的选择
异步电动机的转速公式：
n=60f(1-s)/p
式中：f—频率；s—转差率；p—极对数。
由公式可知，电动机调速有三种方式：改变供给电动机的电源频率；改变电动机的极对数；改变电动机的转差率。变频调速属于改变供给电动机的电源频率的一种电气调速方式，内馈斩波调速属于改变电动机的转差率的一种电气调速方式，变频调速与内馈斩波同属高效无极调速方式。变极调速属于改变电动机的极对数的一种电气调速方式，变极调速属于高效有极调速方式。火力发电厂循环泵运行方式受季节因素影响较大，在同样的环境温度条件下，循环泵的运行方式基本不变，无需连续调节循环泵的转速，考虑到循环泵运行方式相对固定和改造成本等综合因素，确立循环泵转速调节为变极调速方式(即电动机为双速调速)。
3、双速调速电机的基本原理
异步电动机的转速公式：
n=60f(1-s)/p
由于一般异步电动机正常运行时的转差率s都很小，电机的转速n=n1(1-s)决定于同步转速n1。从n1=60f/p可见，在电源频率f不变的情况下，改变定子绕组的相对数p，同步转速n1就发生变化，异步电动机的同步转速与磁极对数成反比，磁极对数增加一倍，同步转速n1下降至原转速的一半，电动机额定转速n也将下降近似一半，所以改变磁极对数可以达到改变电动机转速的目的。
双速异步电动机的变速是采用改变定子绕组的连接方式，也就是说用改变电机旋转磁场的磁极对数，从而使电机用一套绕组获得两种转速。双速电机高、低转速，主要是通过以下外部控制线路的切换来改变电机线圈的绕组连接方式来实现。
(1)在定子槽内嵌有两个不同极对数的共有绕组，通过外部控制线路的切换来改变电机定子绕组的接法来实现变更磁极对数；
(2)在定子槽内嵌有两个不同极对数的独立绕组。
(3)在定子槽内嵌有两个不同极对数的独立绕组，而且每个绕组又可以有不同的联接。双速异步电动机的这种调速方法是有级的，不能平滑调速，而且只适用于鼠笼式电动机。
4、电机改造方案
根据改造的必要性和节能降耗的空间，确立将原循环泵2-1电动机16极单速电机改为双速(16/18极)电机，增加优化调节方式。
4.1、改造前电机技术参数
型号：YL1000-1611730
额定功率：1000kW
额定电压：6kV
额定电流：134.5A
额定频率：50HZ
功率因数：0.74
额定转速：495r/min
绝缘等级：B级
接线方式：
4.2电机改造的内容
4.2.1将电机的定子线圈绝缘由B级改为F级：更换电机全部定子线圈。
4.2.2将原有的YL1000-1611730循环泵电机由单速(16极)电机改为双速(16/18极)电机，高速仍为16极，低速为18极。
4.2.3改造后16极参数不变。
18极参数如下：
额定功率：750kW
额定电流：101A
额定转速：330r.p.m
功率因数及效率：基本不变接线：Δ
4.2.4在电机出风口处安装1个调速接线箱，调速时通过更改调速箱内的引出线连接压板来，原电源引出线位置不变。
4.3改造后电机技术参数
高速低速
型号：YL1000-1611730YL1000-1611730
额定功率：1000kW700kW
额定电压：6kV6kV
额定电流：134.5A101A
额定转速：371r/min330r/min
接线方式：
绝缘等级：F级F级
额定频率：50HZ50HZ
功率因数：0.740.74
4.4改造后电机接线图
联锁关系：
两台循环泵互为备用，当工作泵因事故跳闸时，备用泵自动投入。当循环泵出口阀门开启时，闭锁合闸。当循环泵投入运行稳定后，联锁开启出口阀门。当循环泵出口阀开启时，闭锁手动跳闸。
5、循环水泵电机改造的经济性
5.1、节约用电可以最大限度地降低综合发电成本
发电厂是能量转换工厂，从热力学分析看，经过锅炉、汽轮机和发电机把燃料的化学能依次转变为热能、机械能和电能，能量在转换过程中不可
避免地存在各种损失，可用能逐步降低，’但能量的价值却逐步增加，热能的能价大于煤的能价，而电能的能价大于热能的能价。如发热量为20MJ/
kg的原煤价格为260元/t，其能价为0.013元/MJ;而价格为0.33元//(kW"h)的电能，其能价为0.0917元/MJ。电煤能价比为7，即节约1MJ电能给企业带来的效益相当于节约7MJ煤的能量。因此，发电厂节能工作要抓住“同能不同价”的特点，因地制宜，最大限度地降低综合发电成本。
5.2、双速循环水泵改造的经济性
改造完成后,2#机组的循环水泵可能的运行方式有:单泵低速运行、单泵高速运行、1台高速和1台低速并联运行、两台高速并联运行四种方式。
估算电机节能效果,2B循泵电机其高速与低速运行的输入功率之差为970kW,若每年按低速运行4个月,则节能效果为:970kW×120(天)×24h=279万kW·h，假设电力上网费以0.4元/kW·h计算,则节电效益为:279×0.4=111万元,投资回报明显可见。
结语
通过对循环水泵的双速改造,满足了机组在不同季节和不同负荷工况下对循环水量的要求,不仅增加了循环水泵系统调节方式的灵活性,也取得了相当显著的节能效果,降低了发电成本,提升了电厂的经济效率。
参考文献
[1]林柏,李东辉,胡光,马景冬.火力发电厂循环水泵双速节能改造分析[J].黑龙江电力,2003,06:429-431.
[2]王锐,姚志春,王健,廖霜和.火力发电厂循环水泵电机双速改造的应用[A].江苏省电力工程学会、安徽省电力工程学会、浙江省电力学会.第六届电力工业节能减排学术研讨会论文集[C].江苏省电力工程学会、安徽省电力工程学会、浙江省电力学会:,2011:3.
关键词：循环泵；水系统；能耗；扬程；损失
1冷水循环泵在空调水系统中的重要作用
空调冷水系统利用循环泵将冷水从制冷机房输送到各空调设备，以实现空调冷热量的交换、转移，达到空气调节目的。循环水泵是联系制冷主机和房间用冷设备的纽带，为水系统的循环提供动力，是空调系统的重要组成部分。
空调系统是建筑能耗的主要项目，据统计，空调系统约占整个建筑能耗的60%～70%，空调循环水泵作为系统的重要组成部分，在整个空调能耗组成中也占有重要地位，约占整个空调系统能耗的15%～20%。卷烟厂因高大空间多、工艺性空调房间较多、设备发热量大等原因，导致卷烟厂的空调能耗在平时的运行能耗中占有了更大的比重，因此如何在空调系统中挖掘潜力，对烟草行业节能减排会有重大意义。由于现在水泵在选择、设计及运行时的不合理因素，使得水泵系统的能耗仍有很大的空间可以挖掘利用。
2冷水循环泵选用的注意事项
2.1两管制空调水系统中，宜分别设置冷水和热水循环泵。如果冷水循环泵兼做热水循环泵使用，冬季输送热水时宜改变水泵的转速，使水泵运行的台数和单台水泵的流量、扬程和系统的工况相吻合。
2.2选用循环水泵时一般不少于两台，同时应该考虑设置备用泵，用来保证有水泵出现故障时仍能满足系统的正常运行。
2.3冷水系统的循环泵，宜选用低比转速的单级离心泵；一般可以选用端吸泵，流量大于500m3/h时，宜选用双吸泵。
2.4根据减震要求宜在水泵底座下设置具有较大质量的钢筋混凝土板惰性块，再在板下配置减振器，水泵的进出水口应该安装减震接头。
2.5在水泵的出水管应该安装止回阀，以防止突然启停造成的水锤作用。水锤作用具有极大的破坏性，可导致管道系统的强烈振动、噪声，造成阀门破坏，甚至管道破裂等事故。
2.6在高层建筑中的循环水泵，必须考虑泵体所承受的静水压力，并提出对水泵的承压要求；同时水泵选定后需符合系统的工作压力是否满足系统设置的需要，如有超过系统内部件的承压能力，应该更换承压能力大的部件，或者重新划分系统设置降低系统工作压力。
2.7选择配置水泵时，应充分分析和考虑在部分负荷下水泵运行和调节的对策，空调设备绝大部分时间是处于部分负荷情况下工作，部分负荷时水泵运行费用的高低，决定了整个系统循环泵能耗的多少，该部分是水泵节能运行最大的保证。
3冷水循环泵主要参数的选定
3.1水泵的主要参数
冷水循环泵主要参数有流量、扬程、转速、配电功率以及噪声等。主要需要计算的水泵参数是流量和扬程。流量根据水泵负责的系统水量来选取，选定水泵时流量应附加5%~10%的裕量。水泵的扬程是极为关键的一个参数，包含了较多的影响因素，需仔细计算。计算压头损失若不足会造成环路供水压力不够，不能将冷水送到压力损失较大的环路，如计算压头损失考虑偏大，会造成水泵扬程选取的过大，势必带来能耗增大，造成了能源的浪费。
3.2循环水泵扬程计算
3.2.1水泵扬程计算总公式
以闭式冷水系统为例，水泵扬程计算公式如下：
H＝P1＋P2＋Pg（公式3.1）
其中H――计算的压力总损失kPa
P1――制冷机组压力损失（见表3.1）kPa
P2――计算管路的末端设备压力损失（见表3.1）kPa
Pg――管路的压力损失（见公式3.2）kPa
主要设备的压力损失可由设备厂家提供，计算数据缺乏时可按照表1进行估算。
表1部分设备的压力损失值
3.2.2管路压力损失计算
管路的压力损失计算公式如下：
Pg＝Py＋Pj（公式3.2）
其中Pg――管路的压力损失kPa
Py――管路的沿程压力损失（见公式3.3）kPa
Pj――管路的局部压力损失（见公式3.4）kPa
⑴管路沿程压力损失计算
管路的沿程压力损失简易计算公式如下：
Py＝R・L（公式3.3）
其中Py――管路的沿程压力损失kPa
R――单位长度直管段的摩擦阻力（习惯称比摩阻）Pa/m
L――直管段长度m
通常空调冷水系统的比摩阻控制在100～300Pa/m，小管径管路的比摩阻会相对大些，较大管径的管路比摩阻会略小些。最大不应超过400Pa/m。
⑵管路局部压力损失计算
管路的局部压力损失是水在流动过程中遇到各种配件如弯头、三通、阀门等时，由于摩擦和涡流而导致的能量损失。习惯上称之为局部阻力。局部阻力和水流速度（动压）以及遇到的配件的有关。不同的配件有不同的局部阻力系数。局部阻力简易计算公式如下：
Pj＝ζ・ρ・v2/2（公式3.4）
其中Pj――管路的局部压力损失kPa
ζ――管道配件的局部阻力系数
ρ――流体的密度，水取1000kg/m³
v――管道内流体的流速m/s
也可采用局部阻力当量长度来进行局部阻力计算，本文不再赘述。
当冷水系统管路较大，或者集中冷热源需向多个单体建筑进行供冷供热，需输送较长管路时，可参照《城镇供热管网设计规范》（CJJ34-2010）第7.3.8条中的局部阻力和沿程管路的比值进行系数选取，见表2
表2管道局部阻力与沿程阻力比值
3.2.3扬程计算结果的附加
根据公式汇总后得出的便是空调水系统的总压头损失，需要注意的是水泵扬程的选定时也应该对计算的结果附加5%～10%的裕量。
4冷水循环泵低能耗运行的措施
水泵低能耗运行可为节能减排做出有力贡献，可以从空调系统设置、水泵自身、管路设计、空调设备选取等多种形式，多种途径入手，对水泵运行能耗进行降低。
4.1合理设置系统
前面我们也讲到空调系统多数时间是部分负荷运行，合理配置部分负荷下的机组和水泵的设置，使之在部分负荷下也能高效率运行，以滕州烟厂为例，空调系统设置三台冷水机组及对应的三台冷水循环泵，则保证在1/3及2/3负荷情况下机组及水泵都能维持在设计的最高效率点工作；同时水泵设计为变频泵，在单台设备部分负荷情况下启动变频装置，保证水泵仍旧在最高效率点或最高效率点附近工作。
4.2选择工作效率较高的设备
目前市场上已经出现了工作效率≥0.85的水泵，选用此类高效率水泵可使得空调水系统的输送能效比（ER值）比《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2005）中的限值降低17%左右。此举在降低运行能耗上也具有明显的效果。
4.3控制管路压力损失
优化布置冷热源及管路走向，使冷热源尽量靠近负荷中心，减少管路敷设，同时也减少为平衡管路压力损失而增设的平衡阀、调节阀等，也就减少了相应的沿程损失和局部损失。有效降低了循环水泵的扬程，也就降低了循环水泵的配电功率。
此外，适量加大供回水温差或适当放大供回水管路管径，也都可以在一定程度上低循环水泵的沿程损失和局部损失，对降低选用水泵的扬程也有很大作用。
4.4选择高效低阻的空调设备
【关键词】炉水循环泵；超温
一、事故过程描述
1.2011年11月26日00：02左右启动#6锅炉炉水循环泵，发现循环泵电机冷却水温度不断上升至55℃，于2011年11月26日00：15：左右停运。随后拆开循环泵滤网，发现滤网有黑色的泥状堵塞物，清理滤网并恢复。2011年11月26日06：15分左右再次启动循环泵，发现循环泵电机电流和冷却水温度上升很快，最高电流49.87A，最高冷却水温度54.10℃，于2011年11月26日06：22停运。随后拆开循环泵滤网，发现滤网内又有黑色的泥状堵塞物，并且电机腔室内也有褐色的泥状物。对电机腔室用除盐水进行水冲洗，又冲洗30分钟后，水色正常；对滤网进行再次清洗，完成后恢复。2011年11月26日17：25左右，启动循环泵，发现循环泵电机电流和冷却水温度波动大，最高电流56.17A，最高冷却水温度55.85℃，于2011年11月26日17：32停运。
2.#7锅炉已经移交业主运行，2011年12月3日13：15分，由于A一次风机油站由远控切换至就地，风机跳闸，业主手动降负荷，由于汽机侧汽泵遥控失灵，导致给水量下降，锅炉侧水冷壁垂直段壁温上升至532℃，MFT动作，于2011年12月3日13：27分机组停运。随后业主对一次风机和汽泵遥控进行处理，处理好后于2011年12月3日13：43分左右启动炉水循环泵，发现循环泵电机冷却水温度不断上升至69℃，于2011年12月3日13：47分左右循环泵跳闸。2011年12月3日14：05分左右再次启动炉水循环泵，发现循环泵电机冷却水温度不断上升至60.18℃，于2011年12月3日14：06左右循环泵停运。随后拆开循环泵滤网，发现滤网有黑色的泥状堵塞物，清理滤网并恢复。2011年12月3日16：40左右，启动循环泵，发现循环泵电机冷却水温度升高，最高冷却水温度60℃，于2011年16：45分左右停运。判断炉水循环泵推力盘出现问题，炉水循环泵不拆解，不使用循环泵锅炉点火机组启动，等配件到场后对炉水循环泵维修处理。
3.2011年12月1日，在炉水循环泵厂代指导下，对#6机组炉水循环泵进行了更换，并调试合格后投用。2011年12月4日，#6机组因锅炉爆管停运，2011年12月6日，清理循环泵滤网，于2011年12月7日，化验电机冷却水（PH值6.6，固体颗粒含量0.25ppm）合格后恢复系统。2011年12月9日1：20左右，启动炉水循环泵，发现电流稳定，温度上升很快，于2011年12月9日1：34分左右停泵，最高温度50℃。判断炉水循环泵推力盘故障，试运指挥部决定不使用循环泵启动锅炉点火机组启动，等配件到场后对炉水循环泵维修处理。
二、事故原因分析
通过与国内某检修公司开展的关于炉水循环泵研讨会，结合该项目炉水循环泵的实际情况，经综合分析，确定该公司的炉水循环泵的设计缺陷为主要原因，具体分以下三方面：
1.电机过滤器设计缺陷
该炉水循环泵电机设有内置式过滤器，缺点为过流面积极小，极易堵塞循环水路，堵塞后造成冷却循环水流量减小，使得电机内部循环水温度过高而引起故障。另外在这些杂物中含有铁质颗粒，一旦进入电机推力轴承及导轴承摩擦副间，将加速轴承的磨损，如果冷却水流量不足造成“干磨”现象，会直接造成轴承损坏。
2.叶轮无水推力平衡孔
该炉水循环泵叶轮无水推力平衡孔，运行时叶轮将给转子轴系一个向上的推力F，见下图。在此推力F的作用下，转子轴系将向上拉动推力盘压紧上止推块运行，因此将加剧推力盘上承磨面及上止推块的磨损。
3.推力轴承循环水流道设计缺陷
电机推力轴承冷却水流道设计偏小，同时在轴向推力F的作用下，转子轴系将向上拉动推力盘压紧上止推块运行，致使滑动轴承表面水流量减少，推力瓦表面水膜形成较困难，推力瓦条件变差，加剧推力盘上承磨面及上止推块的磨损直至损坏。
三、纠正（预防）措施
（一）针对该项目的炉水循环泵的技改措施：
1.增加外置过滤器，加大过滤面积，避免滤网堵塞。
2.在叶轮上钻水推力平衡孔。
3.对推力轴承循环水流道改造。
（二）对公司后续项目的预防措施：
1.在设计阶段审核锅炉厂配套的炉水循环泵，如再选择该公司的炉水循环泵要求采用改进型的循环泵型号，或选择其它公司的优良产品（要求具有成熟的技术和稳定运行的业绩）。
2.严格按照厂家要求安装和调试炉水循环泵。
3.在施工过程中控制好系统清洁度：
a.对所有受热面的封口做好监督检查，及时恢复封口措施脱落的情况。b.受热面的通球应由安排专人管理，对通球用球统一编号，统一发放回收，建立详细的钢球收发记录。c.对地面组合焊接后可进行二次通球的管排要进行二次通球，检验焊口是否有内凸超标现象，发现问题后及时处理并做好检查处理记录。d.对于管排和集箱组合件，在吊装前再次进行吹扫以确保内部清洁无杂物。e.管道焊接过程中严禁施工人员将各种物件放入管道内，如焊丝、焊条、锉刀、磨头等；如磨头等杂物不甚掉入管道，应及时通知处理，不得隐瞒。f.管道对口前检查内部确认清洁无杂物。g.受热面集箱焊口焊接结束前，应在集箱两段合适位置预留一个手孔或2-3个管口，安排专人用内窥镜对集箱内部进行检查确保无杂物。
4.严格控制酸洗和吹管质量，并做好系统割管检查，确保系统内部清洁无杂物。