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【摘 要】介绍了某电厂热网供水泵的型式，对影响供水泵经济运行的问题进行了调查分析，就导致出现问题的原因提出了可行的改造措施，对叶轮进行了切削，对通流部分进行了改造，并在实际生产过程中验证了处理方法的正确性，改造后#2热网供水泵单泵运行电流下降50A左右，平均每小时节电400KWh左右，年经济效益53万元，达到了节能降耗的目的。
【关键词】热网供水泵；通流；节能；改造
引言
包头第一热电厂新厂装机容量为2×300MW，机组型式为国产亚临界、中间再热、双缸双排汽、直接空冷、供热凝汽式机组。两台300MW供热机组，供热能力为800万m2，主要担负着向市区集中供热的重任，缓解了老厂淘汰小机组后市区供热能力下降的短缺局面，并满足了市区供热负荷增长的需求。但由于新厂地理标高较低，供热管线较长、供热供水泵节流损失较大，造成供热厂用电率偏高，于是该电厂在热网供水泵节电方面做了大量文章。300MW机组热网供水泵属于热网系统中的高耗能设备，尤其在供热初、末期时造成很大浪费，所以降低供热厂用电率的很大裕量是想办法降低热网供水泵耗电量。
包头第一热电厂新厂供热机组配置了五台热网供水泵，其型号与设计参数如表1所示。
表1热网供水泵规范
热网供水泵 型号 KQSN400-M4/900T
流量t/h 1943
扬程Mpa 1.78
数量 5
热网供水泵电机 型号 YKK5602-4
功率Kw 1400
电压V 6000
转速rpm 1400
1.热网供水泵改造前存在的问题
由于热网供水泵扬程裕量太大，运行中供水泵电机易过电流，不得不采用出口阀门节流85%的方式来调节，以达到泵扬程与管路阻力特性相匹配。这种调节方法导致经济性下降，根据运行数据推算，平均50-60%的扬程被节流损失掉，节流损失增大。另外，采用节流调节方式对出口门及热网加热器的安全运行也很不利。
2.原因分析
2.1 泵选型时管路阻力设计偏高
热网管路阻力原设计为165 mH2O（流量8000 m3/h），其中管线总阻力110 mH2O，供热末站阻力25 mH2O，供热首站阻力30 mH2O，合计165 mH2O，其中三项阻力均有裕量考虑，故合计总阻力的裕量为三项叠加，总体偏大，扬程偏高。
2.2 实际运行中热网循环水量达不到设计值，同性能五台泵组的配置满足不了现场实际运行节能方面的要求
由于受机组负荷率、城市集中供热发展状况等因素限制，近几年电厂对外供热面积实际为650万平方米，而设计供热面积为800万平方米，所以供水流量也达不到设计的8000 t/h，热网系统采用量调节时，泵组的配置在工程设计时宜选取不同性能的泵组。由于工程设计时存在诸多不确定因素，在泵的选取上采用了同性能五台泵组的配置满足不了现场实际运行节能方面的要求。
3.热网供水泵节能改造方案
针对实际情况通过大量调研论证及时提出方案，2014年对#2热网供水泵通流部分进行了优化节能改造，以提高泵的流量，降低泵的扬程，达到预期的节能效果。
3.1降低泵的扬程，车削叶轮外径的尺寸
根据模型试验及优化设计计算，采用特殊的车削方式车削叶轮外径13.2%。
3.2由于叶轮外径大量车削后泵的效率将造成明显下降，为此必需对热网循环水泵实施通流部分改造，对原叶轮及蜗壳应用高效鱼头形叶型，改变叶轮及蜗壳局部关键型线，提高泵的流量、效率和汽蚀性能以及稳定性。具体改进措施如下：
3.2.1叶片入口端头采用鱼头形叶型，增大入口角β1和开口数a1，同时消除叶片入口节距误差，使入口均匀对称；增大叶片出口角β2，并使叶片出口平均厚度由9mm减少到3.2mm，同时也消除叶片出口节距误差，从而使叶轮出口流道均匀对称。
3.2.2叶轮进口直径D0由φ313mm优化到φ31mm，轮毂直径Dd由φ165mm优化成φ162mm；叶轮出口宽度b2由65mm优化扩宽到74mm。
3.2.3提高叶轮流道光洁度和平整度。
4.优化改进结果及分析
4.1 优化改进前后性能测试结果
为了准确测量改后泵的性能和节电效果，在改前和改后对#2热网循环水泵分别进行了不同工况下的性能测试，测试结果见表2：
表2. #2热网循环水泵改前后性能测试数据
序号 项目名称 符号 单位 改前诊断测试工况 改后性能测试工况
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅰ Ⅱ
1 入口压力 p1 MPa 0.525 0.48 0.396 0.47 0.47
2 出口压力 p2 MPa 2.08 1.8 2.12 1.52 1.57
3 供水压力 p3 MPa 0.697 0.709 0.771 0.881 0.876
4 回水压力 p4 MPa 0.56 0.519 0.436 0.51 0.51
5 进出口压力标高差 h1 m -0.82 -0.82 -0.82 -0.82 -0.82
6 电功率 Pd KW 1366 1496 1288 1009.1 886.1
7 电流 A 安 145.5 159.5 135.9 108.5 95.1
8 电机效率 ηd % 92.5 92.5 92.5 92.5 92.5
9 出口门开度 φ % 5.5 15.5 5 20 18
10 供水流量 G t/h 2085 2445 1810 2385 2115 11 供水体积流量 Q m3/s 2107.3 2461.5 1822.7 2411.5 2138
12 水密度 ρ kg/m3 989.4 993.3 993 989 989
13 扬程 H m 159.39 134.64 176.16 107.4 112.56
14 节流损失 △H m 136.73 107.48 133.44 62.41 67.91
15 回水水温 t回 OC 47 37 38 46 46
16 供水温度 t供 OC 92 82 69 72 73
17 泵效率 η % 70.62 63.82 71.91 74.85 79.21
4.2 改后效果对比分析
通流部分改造后的KQSN400-M4/900T型泵不但可改善叶轮和蜗壳进出口流动，明显提高泵的流量、效率和汽蚀性能，使高效区向大流量推移，而且可使叶轮和蜗壳内的液流均匀对称，提高泵的稳定性。单泵运行时，电流下降了50A左右；平均每小时至少可节电400Kwh，按全年供热期6个月计算，可节电170万Kwh，按上网电价0.31元/Kwh计算，年效益53万元。
5.运行调整
5.1 #2热网循环水泵改后与其他任何一台泵并联运行时，出口门可调整为任何开度，直至全开，均安全稳定。#2泵单泵运行时，出口门全开时，由于流量太大（3100t/h），有汽化现象的响声，属于轻微汽化现象，电机电流为128A，运行稳定（不过负荷），但为了安全稳定，避免汽化对泵产生损伤，单泵运行时要求电流120 A以下或流量控制在2850t/h以内。
5.2 #2热网循环水泵与其他一台泵并联运行时，以电流之和为最小作为运行优化的准则，并尽量多让高效的#2热网循环水泵运行，使之达到最佳的节电效果。
6.结论
6.1 对于处于工程设计阶段的热电厂，在热网系统设计时应考虑避免出现泵在选型过程中扬程过于偏大的问题。也即以下两点：
一是避免出现热网管路阻力计算时各项安全裕量的叠加导致泵在选型的过程中扬程远远偏离泵实际工作点的情况。
二是热网系统采用量调节时，对于多台泵组配置的工程，设计时宜选取不同性能的泵组配置以满足现场实际运行节能方面的需要。
6.2 本次热网供水泵的改造是在所有部件及管道均不变动的前提下，通过叶轮切削及叶轮、蜗壳通流部分改造，解决了运行中泵设计扬程高，电机易过电流等问题，提高了泵的安全稳定性，值得推广应用。
参考文献：
[1] 叶轮切削律在调节水泵运行工况中的应用.江西能源，2002.
[2] 吴民强.泵与风机节能技术[M].北京：水利电力出版社，1991.
[3] 李善化等.集中供热管道水力计算.《集中供热设计手册》1996.
作者简介：
李永刚（1973-），男，包头第一热电厂运行部，工程师，从事运行管理工作。
【关键词】热网供水泵；通流；节能；改造
引言
包头第一热电厂新厂装机容量为2×300MW，机组型式为国产亚临界、中间再热、双缸双排汽、直接空冷、供热凝汽式机组。两台300MW供热机组，供热能力为800万m2，主要担负着向市区集中供热的重任，缓解了老厂淘汰小机组后市区供热能力下降的短缺局面，并满足了市区供热负荷增长的需求。但由于新厂地理标高较低，供热管线较长、供热供水泵节流损失较大，造成供热厂用电率偏高，于是该电厂在热网供水泵节电方面做了大量文章。300MW机组热网供水泵属于热网系统中的高耗能设备，尤其在供热初、末期时造成很大浪费，所以降低供热厂用电率的很大裕量是想办法降低热网供水泵耗电量。
包头第一热电厂新厂供热机组配置了五台热网供水泵，其型号与设计参数如表1所示。
表1热网供水泵规范
热网供水泵 型号 KQSN400-M4/900T
流量t/h 1943
扬程Mpa 1.78
数量 5
热网供水泵电机 型号 YKK5602-4
功率Kw 1400
电压V 6000
转速rpm 1400
1.热网供水泵改造前存在的问题
由于热网供水泵扬程裕量太大，运行中供水泵电机易过电流，不得不采用出口阀门节流85%的方式来调节，以达到泵扬程与管路阻力特性相匹配。这种调节方法导致经济性下降，根据运行数据推算，平均50-60%的扬程被节流损失掉，节流损失增大。另外，采用节流调节方式对出口门及热网加热器的安全运行也很不利。
2.原因分析
2.1 泵选型时管路阻力设计偏高
热网管路阻力原设计为165 mH2O（流量8000 m3/h），其中管线总阻力110 mH2O，供热末站阻力25 mH2O，供热首站阻力30 mH2O，合计165 mH2O，其中三项阻力均有裕量考虑，故合计总阻力的裕量为三项叠加，总体偏大，扬程偏高。
2.2 实际运行中热网循环水量达不到设计值，同性能五台泵组的配置满足不了现场实际运行节能方面的要求
由于受机组负荷率、城市集中供热发展状况等因素限制，近几年电厂对外供热面积实际为650万平方米，而设计供热面积为800万平方米，所以供水流量也达不到设计的8000 t/h，热网系统采用量调节时，泵组的配置在工程设计时宜选取不同性能的泵组。由于工程设计时存在诸多不确定因素，在泵的选取上采用了同性能五台泵组的配置满足不了现场实际运行节能方面的要求。
3.热网供水泵节能改造方案
针对实际情况通过大量调研论证及时提出方案，2014年对#2热网供水泵通流部分进行了优化节能改造，以提高泵的流量，降低泵的扬程，达到预期的节能效果。
3.1降低泵的扬程，车削叶轮外径的尺寸
根据模型试验及优化设计计算，采用特殊的车削方式车削叶轮外径13.2%。
3.2由于叶轮外径大量车削后泵的效率将造成明显下降，为此必需对热网循环水泵实施通流部分改造，对原叶轮及蜗壳应用高效鱼头形叶型，改变叶轮及蜗壳局部关键型线，提高泵的流量、效率和汽蚀性能以及稳定性。具体改进措施如下：
3.2.1叶片入口端头采用鱼头形叶型，增大入口角β1和开口数a1，同时消除叶片入口节距误差，使入口均匀对称；增大叶片出口角β2，并使叶片出口平均厚度由9mm减少到3.2mm，同时也消除叶片出口节距误差，从而使叶轮出口流道均匀对称。
3.2.2叶轮进口直径D0由φ313mm优化到φ31mm，轮毂直径Dd由φ165mm优化成φ162mm；叶轮出口宽度b2由65mm优化扩宽到74mm。
3.2.3提高叶轮流道光洁度和平整度。
4.优化改进结果及分析
4.1 优化改进前后性能测试结果
为了准确测量改后泵的性能和节电效果，在改前和改后对#2热网循环水泵分别进行了不同工况下的性能测试，测试结果见表2：
表2. #2热网循环水泵改前后性能测试数据
序号 项目名称 符号 单位 改前诊断测试工况 改后性能测试工况
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅰ Ⅱ
1 入口压力 p1 MPa 0.525 0.48 0.396 0.47 0.47
2 出口压力 p2 MPa 2.08 1.8 2.12 1.52 1.57
3 供水压力 p3 MPa 0.697 0.709 0.771 0.881 0.876
4 回水压力 p4 MPa 0.56 0.519 0.436 0.51 0.51
5 进出口压力标高差 h1 m -0.82 -0.82 -0.82 -0.82 -0.82
6 电功率 Pd KW 1366 1496 1288 1009.1 886.1
7 电流 A 安 145.5 159.5 135.9 108.5 95.1
8 电机效率 ηd % 92.5 92.5 92.5 92.5 92.5
9 出口门开度 φ % 5.5 15.5 5 20 18
10 供水流量 G t/h 2085 2445 1810 2385 2115 11 供水体积流量 Q m3/s 2107.3 2461.5 1822.7 2411.5 2138
12 水密度 ρ kg/m3 989.4 993.3 993 989 989
13 扬程 H m 159.39 134.64 176.16 107.4 112.56
14 节流损失 △H m 136.73 107.48 133.44 62.41 67.91
15 回水水温 t回 OC 47 37 38 46 46
16 供水温度 t供 OC 92 82 69 72 73
17 泵效率 η % 70.62 63.82 71.91 74.85 79.21
4.2 改后效果对比分析
通流部分改造后的KQSN400-M4/900T型泵不但可改善叶轮和蜗壳进出口流动，明显提高泵的流量、效率和汽蚀性能，使高效区向大流量推移，而且可使叶轮和蜗壳内的液流均匀对称，提高泵的稳定性。单泵运行时，电流下降了50A左右；平均每小时至少可节电400Kwh，按全年供热期6个月计算，可节电170万Kwh，按上网电价0.31元/Kwh计算，年效益53万元。
5.运行调整
5.1 #2热网循环水泵改后与其他任何一台泵并联运行时，出口门可调整为任何开度，直至全开，均安全稳定。#2泵单泵运行时，出口门全开时，由于流量太大（3100t/h），有汽化现象的响声，属于轻微汽化现象，电机电流为128A，运行稳定（不过负荷），但为了安全稳定，避免汽化对泵产生损伤，单泵运行时要求电流120 A以下或流量控制在2850t/h以内。
5.2 #2热网循环水泵与其他一台泵并联运行时，以电流之和为最小作为运行优化的准则，并尽量多让高效的#2热网循环水泵运行，使之达到最佳的节电效果。
6.结论
6.1 对于处于工程设计阶段的热电厂，在热网系统设计时应考虑避免出现泵在选型过程中扬程过于偏大的问题。也即以下两点：
一是避免出现热网管路阻力计算时各项安全裕量的叠加导致泵在选型的过程中扬程远远偏离泵实际工作点的情况。
二是热网系统采用量调节时，对于多台泵组配置的工程，设计时宜选取不同性能的泵组配置以满足现场实际运行节能方面的需要。
6.2 本次热网供水泵的改造是在所有部件及管道均不变动的前提下，通过叶轮切削及叶轮、蜗壳通流部分改造，解决了运行中泵设计扬程高，电机易过电流等问题，提高了泵的安全稳定性，值得推广应用。
参考文献：
[1] 叶轮切削律在调节水泵运行工况中的应用.江西能源，2002.
[2] 吴民强.泵与风机节能技术[M].北京：水利电力出版社，1991.
[3] 李善化等.集中供热管道水力计算.《集中供热设计手册》1996.
作者简介：
李永刚（1973-），男，包头第一热电厂运行部，工程师，从事运行管理工作。