凝结水泵变速运行参数定量计算方法

摘要：通过分析凝结水系统运行特点，完成凝结水泵变速运行H-Q曲线计算式的理论推导，实现了变速凝结水泵运行参数的定量计算.这为在实际工程项目中开展凝结水泵变速运行的节能效果评估提供了新思路。

关键词：凝结水泵；变速运行；计算方法

中图分类号：U464.138+.1文献标识码： A 文章编号：

Abstract: through the analysis of condensate water system operation characteristics, complete condensate pump variable speed H-Q curve calculation formula deduced, realizes the speed condensate pump operation parameter quantitative calculation. It is in actual engineering project to carry out the energy saving effect of the condensate pump variable speed operation assessment provides new thinking.

Key words: condensate water pump; variable speed; calculation method

0 引言

近年来,在节能减排力度不断加大的宏观背景下, 火电行业内开始对不同容量等级的火电机组的水泵和风机等主要辅助设备进行变频设计和改造工作, 其中以凝结水泵设置变频最常见。文献[1]从热经济学角度对凝汽机组凝结水泵运行调节方式的选择进行了分析,设计了6种不同的凝结水泵调节方案, 并对其进行了比较和计算,结果表明: 凝结水泵变频调速的运行方式具有很好的节能效果。但由于凝结水系统中除氧器的存在,凝结水泵出口存在一变化的背压,这不仅会缩小凝结水泵的调速范围, 还会导致节能效果下降[2],不考虑这一因素时,会得到过于乐观的计算结果。因此,在进行凝结水泵变频设计时,事先计算出凝结水泵变速运行时的主要参数，可正确评估节能效果，为改造提供决策依据。在目前变频泵实际能耗计算中，主要是基于泵的相似定律[3]，即流量减小一半，扬程减为1/4，功率减为1/8。这种简单计算的方法忽略了管路阻力的影响。事实上，相似定律的使用是有条件的，由于受系统参数和运行工况的限制，并不能简单地套用相似定律来计算节能效果。本文结合流体阻力计算公式，从理论上推导出凝结水泵变速运行H-Q曲线的计算式，并基于相似定律提出变速凝结水泵效率的计算方法，实现变速凝结水泵运行参数、能耗的定量计算。

1 凝结水泵变速运行的理论基础

凝结水泵变速节能的理论出发点是流体机械的相似定律,该定律给出变速运行凝结水泵的流量Q、扬程H、轴功率P 与转速n 的关系:

(1)

(2)

将(1)式平方与(2)式相比，可以得到在相似工况下泵的流量与扬程之间的关系

(3)

2 凝结水泵变速运行H-Q曲线计算式的理论推导

P0、P1、P2、P3、Pdea 分别为凝结水泵入口压力、出口压力、除氧器水位调节阀前、后压力以及除氧器压力。ΔH 为除氧器进口到凝汽器热井正常水位的总高度差, 由3部分组成:一是热井水位到凝结水泵入口高度差ΔH1；二是水位调节阀进口到凝结水泵出口高度差ΔH2； 三是除氧器进口到水位调节阀出口高度差ΔH3 ,ΔH =ΔH1 +ΔH2 +ΔH3。凝结水系统满足以下5个条件:

① 流体是不可压缩的,其密度ρ为常数；

② 除氧器水位调节阀全开阻力系数ξcv；

③ 凝结水管路阻力系数ξp不随流量变化而变化；

④ 除氧器压力Pdea与凝结水质量流量Q均与机组负荷成正比；

⑤ 凝汽器工作压力值忽略不计。

由调节阀工作原理,可得:

(4)

式中: F 为除氧器水位调节阀的通流面积

由图1可知:

(5)

(6)

(7)

(8)

式中:为凝结水泵入口管路的沿程阻力系数；

为凝结水泵出口到除氧器水位调节阀之间管路的沿程阻力系数；

为除氧器水位调节阀到除氧器进口之间管路的沿程阻力系数, 凝结水管路阻力系数可以表示为 ；

为凝结水系统管路中流体的体积流速,；

为凝结水管路的通流面积。

结合式(5)、(6)、(7)、(8)可得在机组正常运行状态下,凝结水泵变速运行时扬程与流量的关系式:

(9)

式中:,,

， ,

在除氧器水位调节阀全开的情况下,、、 、 均为不变的常数。

3 应用实例

下面针对某350MW机组，利用上述凝结水泵变速运行参数的计算方法，计算出典型工况下泵的运行参数，为分析典型工况下凝结水泵变速运行的节能效果提供依据。

本工程中，凝结水泵额定转速为1480r/min。在泵定速运行的情况下，扬程和效率均从泵厂家提供的性能曲线中查得。

首先确定凝结水泵变速运行H-Q函数关系式中的常数a, b, c。

对于a值，可通过泵设计选型计算中管道总阻力（包括管道、阀门、设备等）折算得出，对于b值，依据热平衡图中额定负荷下除氧器流量和压力的比值即可得到，对于c值，依据除氧器入口凝结水管道与凝汽器水位差能够得到。经计算，分别为a=1.87×10-6,b=1.31×10-3，c=3.76×10-1，由此确定H-Q函数关系式为：

H=1.87×10-6•Q2+1.31×10-3•Q+3.76×10-1

4 结论

本文提出了对电厂中工频凝结水泵改造为变频凝结水泵后变速运行参数的定量计算方法。通过理论推导，得出变速凝结水泵的Q-H曲线的函数关系式，式中各项所代表的物理意义清晰，能够对不同负荷下凝结水泵变速调节的扬程进行定量计算；对于泵变速运行效率的获取，可在工频泵的性能曲线图基础上，结合具体工况点，绘制相似工况下扬程随流量变化的抛物线，抛物线与泵额定转速Q-H曲线的交点即为该具体工况点的相似点，其对应的效率即为泵变速运行工况的效率。该计算方法可用于对凝结水泵变速运行节能效果的预评估，也可用于相关的仿真计算，丰富了凝结水泵变速运行理论。

参考文献

[1] 程伟良、王清照、王加璇 基于热经济学分析的凝结水泵运行调节方式选择[J] 中国电机工程学报2004 24(10)

[2] 智建平 630 MW超临界机组凝结水泵的变频改造[J] 发电设备, 2009, 23(6)

[3] 郭立军 泵与风机 中国电力出版社1997年6月

[4] 徐甫荣 高压变频调节技术应用实践[M] 中国电力出版社 2007

[5] 徐传海、徐世华 300MW机组变频调速凝结水泵应用探讨[J] 中国电力,2004

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。