1、多级立式凝结水泵配置方案与布置优化设计摘要：本文根据国内外建设以及投产的百万千瓦级机组凝结水泵配置和运行的经验，概况出凝结水泵配置的基本方案，并从技术性和经济性角度综合分析最优凝结水泵配置。最后以该最优配置为基础，提出多级立式凝结水泵优化布置设计方案。 关键词：凝结水泵；配置方案；布置优化设计；综合分析 中图分类号：S611 文献标识码： A 引言 凝结水泵作为发电厂的主要动力设备之一, 其配置直接影响机组整体运行的经济性和安全性。凝结水泵的台数和容量选择，取决于机组容量、设备质量、机组在电网中的作用、设备投资等诸多因素。另外，近年来高压变频技术在凝结水泵上运用越来越多, 提高了水泵流量适应性
2、，且使水泵在非设计流量时的运行效率也比较高1。 本文针对百万千瓦级机组常见的凝结水泵配置方案，从技术可靠性、运行经济性两方面进行比较, 提出百万千瓦级机组凝结水泵的优化配置方案。并以最优配置方案为基础，进行多级立式凝结水泵、电机以及进出口管线的优化布置设计。 1.多级立式凝结水泵常用配置方案与分析 目前国内百万千瓦级机组采用的凝结水泵一般采用多级立式、双吸离心泵。凝结水泵筒体采用钢制圆形或方形筒体，用混凝土浇筑于凝结水泵坑内，泵芯与筒体通过法兰连接，O 型圈密封。蜗形泵壳、短管、导管及出水导管之间采用法兰、止口连接方式，上轴顶部与电动机轴之间采用带法兰的套筒式联轴器连接。 根据国内外已建成的百
3、万千瓦级机组，凝结水泵的配置状况可以归纳为两大类，每类均可配置 1-2 台变频器，见表 1。 表 1 国内外已建成的百万千瓦级机组常见凝结水泵泵配置类型 在目前的生产技术条件下，凝结水泵的可靠性已经很高，但还是存在故障的可能性，2x 55%这种配置方案没有备用，一旦发生故障，会直接影响机组的可用率和经济性。故凝结水泵仅按 2 x 110%和 3 x 55%两种方案进行配置，这两种方案均设有备用，当其中 1 台发生故障，启用备用就能完全能满足整个机组需要，不会影响机组的可用率，符合火力发电厂设计技术规程 （DL5000-2000）和国内外机组凝结水泵配置和运行的经验。 1.1 方案技术性对比 每
4、台机组设 2 台 110%流量的凝结水泵时, 通过主管路上的调节阀或变频器调节来调节流量。此配置系统简单，节约厂房布置空间，运行维护方便,但低负荷工况下凝结水量接近泵的最小设计流量时，系统产生振动，能耗增加显著。 每台机组设 3 台 55%流量的凝结水泵时，低负荷工况下单台 55%流量的凝结水泵运行，避免低负荷工况下凝结水量接近泵的最小设计流量而带来的系统振动及能耗增加的问题。由于设备增加 1 台，对有限厂房空间内进行布置提出更高要求，但系统仍然比较简单，便于运行维护。 综上所述，从技术性角度考虑，每台机组配置 3 台 55%流量的凝结水泵更具优势，且当机组常年负荷基本稳定，一般不采用变频器。
5、 1.2 方案经济性对比 技术方案的经济性比较可采用有多种方法，常见的有属于静态分析法的抵偿年限法, 计算费用法等；又有属于动态分析法的现值法，最小年费用法等。相对于静态分析法，动态分析法考虑了资金的时间价值，对方案实施全过程中发生的所有资金款项, 如各年的投资, 运行维护费用等资金都考虑其时间价值, 因此用动态分析法来评价方案的经济性更合理。 最小年费用法采用下面公式，将技术方案的总投资，用折现率折算到基准年，然后平均分摊到经济运行期的各个年份，再和年运行费用相加之和。 其中：为年费用，万元； 为投资的现值，万元； 为折算的年运行费用(包括运行电费、维修费和管理费等)，万元； 为折现率，%；
6、 为为设备经济运行年限，年； 无论采用哪种方案，机组的年负荷基本不变，根据工程实际情况，主要考察当地电价、设备购置费用，取年费用最小的方案作为最优方案。根据国内外投产的百万千瓦机组运行经验，增加设备台数，虽然投资增加，但后续节省运行费用远大于设备购置费用和维护费用之和。故本文推荐百万千瓦级机组在常年负荷基本稳定情况下采用 3x55%容量的凝结水泵配置方案。 2.多级立式凝结水泵布置设计优化方案 2.1 3x55%凝结水泵布置 凝结水抽取系统由凝汽器、凝结水抽取泵组，以及管道阀门系统组成。凝汽器冷凝由低压缸排出的乏气，冷凝器热阱收集凝结水，凝结水抽取泵将凝结水送至低压加热器，如图 1。 凝结水泵
7、的布置标高，应根据选定的水泵扬程，确保或校核凝结水泵有足够的汽蚀余量，即： 其中：为除氧器凝结水入口与凝汽器热井最低水位间的水柱静压差，m； 分别为凝汽器热井最低水位和凝结水泵标高，m； 为凝结水泵必须汽蚀余量，m； 为凝汽器热井最低水位处压头，m； 为介质最高温度对应的饱和压头，m； 为吸入管线损失压头，m。 凝结水泵一般采取室内布置，在凝汽器热阱出水测一字布置，凝结水泵及进出口管线三维布置如图 2 所示。该布置紧凑，入口管线短，节省工程造价，同时有利于出口管线对称性布置。3 台凝结水泵一字布置便于运行和维护，在水泵上方可设置吊车用于检修，或预留吊装孔，通过厂房主行车吊装检修。 图 1 凝结
8、水抽取系统示意图 图 2 凝结水泵及进出口管线三维布置图 2.2 电机基础及布置设计 电机基础起固定和支撑电机的作用，同时承受通过联轴器传递的部分泵体重量。常见凝结水泵的电机与泵本体通过钢制基座相连，见图3（B） 。国内主要生产厂家有上海 KSB、沈阳透平机械、长沙水泵厂等，国外主要生产厂家有英国 Sulzer、德国 KSB、美国 Flowservere 等。 近年发展起来的，凝结水泵的电机基础设计为混凝土结构，通过基础钢板和地脚螺栓连接固定，电机与泵通过绕性联轴器连接传动，如图3（A）所示。这样的设计能更有效的将电机重力传至混凝土结构，减少震动，有利于泵的稳定运行。同时，降低了设备成本，减少
9、了检修维护成本。国内外采用该技术的机组有良好的运行数据，产生良好的经济效益。本文推荐采用混凝土结构基础替代钢制筒体基础，技能降低建设成本，又能在运行维护中节约成本。 图 3 凝结水泵电机混凝土基座与钢制筒体基座图 3.结语 本文总结了凝结水泵配置的基本方案，从技术性和经济性角度综合分析提出最优凝结水泵配置方案为 3 x55%凝结水泵配置（可按需配置 1-2 台变频器） 。在最优配置为基础上，本文对多级立式凝结水泵布置、进出口管线以及电机基础进行了优化设计。 参考文献: 1DL5000-2000 火力发电厂设计技术规程S. 2徐红波.1000MW 超超临界机组凝结水泵的选型J.中国电力教育,2009(2):406. 3朱全利.超超临界机组锅炉设备及系统(第一版)M.北京：化学工业出版社,2008. 4刘宏战.凝结水泵轴承振动超标原因分析及处理 J.华北电力技术,2007(2):148.
