东北地区350MW供热机组循泵选型优化分析

东北350 MW供热机组循泵选型优化分析

耿树青

（东北电力设计院，吉林 长春 130021）

提 要：针对东北地区350 MW供热机组湿冷系统循环水泵选型情况，结合华能大庆2×350 MW热电联

产项目对寒冷地区供热机组循环水泵进行选型，结果表明，单级双吸卧式离心泵投资少、检修方便、运行可靠、运行成本低。

关键词 东北地区；350 MW供热机组；循环水泵类型；扩大单元制；选型优化 中图分类号：TM621.7 文献标识码：A 0 引言

循环水泵作为350 MW供热机组重要设备，其选型对整个循环冷却水系统的安全、经济运行至关重要。循环水泵选择基于两种类型：立式斜流泵和卧式离心泵。由于设计习惯和设计观念影响，近年来东北地区投运的近30台350 MW湿冷供热机组循环水泵，立式斜流泵占比为80%。20世纪90年代以前，与电站配套的循环水泵以沿用苏联的卧式离心泵为主。20世纪90年代以来，随着350 MW机组引进，国内各大水泵厂纷纷仿制或引进立式斜流泵制造技术。但立式斜流泵并非没有缺点。立式斜流泵组造价高，且系统复杂、可靠差、维护量大，增加了设备管理成本。本文结合近期完成的华能大庆2×350 MW热电联产项目循环水泵的优化设计，就湿冷系统中循环水泵的选型进行探讨。 1 泵型性能比较

常规湿冷塔系统循环水泵配置主要有立式斜流泵和单级双吸卧式离心泵两种型式[1]。 1.1 大型单级双吸卧式离心泵的结构和特点

水从左右吸水室进入叶轮，在叶轮内吸收能量且汇合后流进压出室，压出室末端连接泵出口管。叶轮安装在轴中部，转子由两端（滑动或滚动）轴承支撑，只要打开泵盖就可吊出转子检修。水泵叶轮采用双侧进水，水动力自动平衡，不存在轴向力；进出口部分和泵下壳铸成一体，泵的地脚设置在泵进出口部位，因此可有效承受和抵挡进出口管道传来的压力。电机和泵分别安装在各自基础上，由隔断振动的弹性（套）柱销连轴器相连。电机和泵安装基础稳固，电机和泵的刚性转子分别由承载力强的滑动或滚动轴承在两端支撑，运行稳定性好。

工程实践也证明，较小的转子不同心和轴线歪斜不会引起泵组振动。因此卧式泵组具有整体结构稳固、抗振力强、运行稳定、噪声小的特点。卧式泵结构简单、安装维护方便，检修工作量仅相当于立式泵的约1/4。 1.2 立式斜流泵的结构和特点

泵轴均为立式安装，吸入口垂直向下，吐出口水平外伸，转子部件有可抽出式和不可抽出式两种形式。安装方式有泵、电动机分别安装在2个基础层和泵、电动机直联安装在1个基础层2种形式。密封用填料密封。泵的吸入水池有湿坑式和干坑式两种。泵的轴向推力一般由电动机承受，小型泵也可由泵自身承受。叶轮通常为一级，根据需要也可设计成多级。泵的导轴承可选用橡胶轴承或赛龙轴承两种，当采用橡胶轴承时，泵轴设有保护套管，内充清洁压力水进行润滑。

泵的优点是占地面积小、轴功率曲线平缓不易过载、汽蚀性能好。检修时抽出泵转子，筒体不动，特别适于河流、沿海等进水较难隔离的场合。但由于效率和汽蚀因素影响，叶轮必须尽量向下布置，致使泵长度增加，造成厂房高度较大，基础挖深增加，特大型泵尤其明显。泵的悬挂式结构容易产生振动。实际上，国产立式斜流泵振动超标时有发生，造成检修频繁。立式斜流泵结构复杂、零部件多，检修水泵必须先拆除电机等，检修工作量大。具体体现在：泵体和转子分多段组成、组装难度大；和电机对中调整要求严格；电机含有复杂推力轴承系统，调整维护需要较高技能和较大工作量。泵组含有单独的润滑油系统、润滑水系统，电机含有更多热工保护监测系统等，这些都进一步增加了维修和运行成本。 2 泵型经济比较

大庆电厂气候特点为夏季温暖、冬季寒冷，冬季时间长。东北地区气候条件基本上都属于此种类型。为便于比较，根据大庆电厂招标结果，以目前市场占有率较高、性能参数较适中的两种类型泵进行比较。当然，不同型号、类型的循环水泵，同1个工况点水泵效率有差异，大约差1%~3%；出厂价格、使用寿命、噪音水平等也有差别。不同电厂采用不同制造厂生产的循环水泵其经济比较结果也会有一定不同，但比较结果的规律性原则上是相同的。 2.1 供水系统概述

冷却水系统采用再循环、扩大单元制系统[2]。每台机组配1座自然通风逆流式冷却塔、1条压力冷却水供水管和1条压力排水管。考虑到每台机组采暖期起动或停运及冷却塔水池防冻要求，在2座冷却塔之间设有联络沟，2台机排水管之间设有联络管，每个冷却塔还设有旁路管。循环水泵房布置在2座冷却塔之间，2台机共用1座泵房。由于东北地区冬季寒冷，采暖期180 d左右，冷却塔结冰时间长，融冰掉落容易堵塞滤网，东北各电厂多采用自动转刷网壁式清污机，并室内布置。同时，为延长双速电机使用寿命，提高电厂经济性，每台机组各设2台50%配双速电机的循环水泵[3]。 2.2 泵型布置方案选择 2.2.1 卧式离心泵泵房布置

出口联络阀门布置于卧式泵房内[4]，每台水泵入口各设1台DN 1 800 mm电动蝶阀。泵房平面尺寸为36 m×18 m，地下深度4.2 m，屋内顶高度8.6 m。紧邻泵房的滤网间平面尺寸为30 m×9 m，地下深度约7.5 m，屋内顶高度8.6 m。滤网间内共安装4套清污机，滤网宽

度为4.5 m，高度为7.5 m。循环水泵房内设置1台起重量为16 t/3.2 t、跨度为16.8 m慢速电动双梁桥式起重机，滤网间内安装1台起重量为10 t、跨度为7.8 m电动单梁桥式起重机。 2.2.2 立式斜流泵泵房布置

出口联络阀门、清污机布置于泵房内[4]。泵房平面尺寸为33 m×18 m，地下深度9.0 m，屋内顶高度约11.7 m。集中式水泵房内共安装4套清污机，滤网宽度为4.0 m，高度为9.0 m。清污机与循环水泵组共用1台起重量为32 t/5 t、跨度为16.8 m慢速电动双梁桥式起重机。

通过上述布置方案可知，卧式离心泵泵房占地较立式斜流泵泵房多出324 m2。 2.3 不同类型循环水泵的优化分析 2.3.1 工程造价比较

2种方案的泵房基础均采用天然地基。由于循环水泵房位置地下水埋深只有2.0 m，地基施工费用考虑了施工降水和土方开挖部分。投资计算参照最新的中国电力企业联合会“电力建设工程预算定额”进行。计算项目只限于2个方案的差异部分（见表1）。卧式离心泵组与立式斜流泵组相比，2台机组合计节约129×10元。从表1可知，循环水泵及其电机造价，对方案投资比较起了决定性作用。

表1 2台机组工程投资比较

项目名称 泵房土建结构 地基开挖及降水费用 循环水泵及电机 泵进口电动蝶阀及膨胀节 起吊设备 清污机 管道 合计 单位 ×104元 ×104元 ×104元 ×104元 ×104元 ×104元 ×104元 ×104元 卧式离心泵组 431 38 627 61 38 0 25 1 220 立式斜流泵组 428 56 808 0 42 3 12 1 349 4

2.3.2水泵效率及其对年费用的影响 华能大庆2×350 MW热电联产项目发电年利用小时数为5 500 h，其中冬季为3 491 h。发电成本为0.24元/(kW·h)。单台机组循环水量及运行台数[5]见表2。水泵长期在低效状态下运行，对叶轮和轴承的使用寿命均有很大负面影响[6]，所以不建议高、低速水泵同时并联运行。在同样供水冷却条件下，采用卧式离心泵组与立式斜流泵组相比，每台机组每年循环水泵电耗费用增加0.7×104元，2台机组共增加1.4×104元，按年费用最小法[2]计算，卧式离心泵组年费用较立式斜流泵组小17.0×104元。以上计算也说明水泵效率对方案优化结果影响较小。

表2 单台机组循环水量及运行台数

月份 每年1月至每年4月 每年5月 每年6月至每年9月 每年10月 流量系数 0.42 0.75 1.00 0.75 循环水量 m3/h 15 250 27 550 36 740 27 550 运行台数 1台低速 1台高速+1/2台高速 2台高速 1台高速+1/2台高速

每年11月至每年12月 0.42 15 250 1台低速 要体现表中的月份是哪年的：电站运行期间，每年12个月，每年都是相同的，谢谢。 3 结语

单级双吸卧式离心循环水泵具有安全可靠、便于维修、节约初投资和长期使用费用的优点。因此对于东北地区350 MW供热机组，当采用扩大单元制湿式冷却塔供水系统时，在场地允许条件下，循环水泵采用单级双吸卧式离心泵，在技术上可行，在经济上合理。建议东北地区350 MW供热机组投资方、设计院和在建电厂，本着安全可靠、便于维修、节约基建投资、降低运行成本的原则，以单级双吸卧式离心泵作为循环水泵优选对象。 参考文献：

[1] 姜乃昌.水泵与水泵站[M].第五版.北京:中国建筑工业出版社,2007.

[2] 西南电力设计院.DL/T5339-2006 火力发电厂水工设计规范[S].北京:中国电力出版社,2006. [3] 李亚文.300MW等级湿冷机组循环水泵的选择[J].山西建筑,39(15):108-109. [4] 中华人民共和国水利部.GB/T50265 泵站设计规范[S].北京:中国计划出版社,1997. [5] 刘 军.循环水泵调速运行的经济分析[J].西北电力技术,2001(06):48-50.

[6] 于俭礼,李国军,初立森.双辽电厂300MW机组循环水泵的改造[J].吉林发电,2003(06):45-47.

（责任编辑：高志凤）

收稿日期：2014-09-05

作者简介：耿树青，1965年生，男，吉林长春人，1988年毕业于大连理工大学水利水电工程建筑专业，高级工程师。 修改文中标色部分。