靖边燃气发电厂余热锅炉给水系统改造
靖边燃气发电厂
靖边燃气发电厂余热锅炉给水系统改造
摘 要：本文根据靖边燃气发电厂给水系统存在的给水系统压力低和给水泵电机电流高的实际问题，从安全与节能两个角度分析了对余热锅炉造成的危害，通过对造成给水系统压力低和给水泵电机电流高的实际问题进行了原因分析，经过论证，制定了解决方案，进行了实施，最终从根本上解决了给水系统压力低，给水泵电流高的问题, 保障了余热锅炉安全正常运行。
关键字：余热锅炉 给水系统 原因分析 改造 安全 节能
一．概述
靖边燃气发电厂是一座由燃气轮机（2台），余热锅炉（2台）蒸汽轮机（1台）构成的燃气——蒸汽联合循环模式的发电系统。其中，余热锅炉是中国船舶重工集团第703研究所设计，江苏南通万达锅炉厂生产的Q282/472-36.2-3.82/445型螺旋翅片管，自然循环余热锅炉。作用是吸收燃气轮机排出的472℃烟气的热量，将水加热为445℃的蒸汽，推动汽轮机进行作功，发电。余热锅炉的稳定运行，直接关系到汽轮机的稳定运行。然而，余热锅炉系统中，影响余热锅炉稳定运行的最关键设备是两台给水泵。给水泵是沈阳第一水泵厂生产的DG45-80*7型多级离心泵（流量45m 3/h、扬程560m ，配套沈阳电机股份有限公司生产的JK113-2型电动机，功率150KV 、电压380V 、电流270A 、转速2940rpm ）。给水泵将经过除氧的132.9℃给水从除氧器经过升压至5.6Mpa ，送至省煤器进行进一步加热。一旦给水泵停止供水，整个水循环系统将被打破。3分钟之内不能正常恢复，直接导致汽轮机停机的严重事故，其中余热锅炉给水系统分为两部分：一路是
给水管线系统另一路循环管线系统。给水管线系统是由除氧器的除氧水经过管道进入给水泵，由给水泵升压后送入省煤器入口，经过在省煤器内进行加热后，再从省煤器出口进入中压汽包。另一路是给水再循环管线系统，除氧器的除氧水经过管道进入给水泵，由给水泵升压后经过给水再循环管线回到除氧器。给水再循环管内设有，孔径5mm 的节流孔，给水再循环管线作用是保护给水泵防止憋压。 二．问题的提出
下面我们来看一下在日常运行中给水系统压力的实际运行情况。表1是长庆靖边燃气发电厂2＃余热锅炉2006年5月1日、2007年5月1日、2008年5月1日部分时段运行参数：
下图表格是给水系统压力和给水泵电流不同时期变化
表一
从上图表格中我们可以看出主蒸汽流量与给水流量和给水压力的关系：主蒸汽流量增加，给水流量增大，给水压力减小；同时也可以看出从2006年到2008年间给水压力在不断降低。其中参数反映的都是锅炉给水压力瞬间运行参数，实际运行过程中给水压力是不断变化的有时给水压力会更低。当负荷增加主汽流量增大汽包水位降低，中压给水气动阀开大（中压给水自动调节气动阀主调节信号是汽包水位，水位低开，水位高关）给水流量增大给水压力降低，反之则高。特别是主蒸汽流量增大到一定程度，给水压力过低，造成给水困难，锅炉很难维持运行。
（余热锅炉给水系统原系统流程）
三、给水系统压力低、给水泵电流高对余热锅炉的安全的影响
〈一〉给水系统压力低对联合循环造成的危害主要有以下几个方面：
1、给水系统压力低，对给水泵运行带来不利影响。
容易引起给水泵及给水管道汽化。余热锅炉给水系统是由给水泵直接从除氧水箱降水打至省煤器，给水系统给水泵管道上弯头较多、阻力较大，且给水是根据汽包液位不停的调节给水气动阀的开度，这样在流量突然增大或减小的时候，比较容易造成给水泵的汽化，引起管道及水泵的振动。同时，给水泵为克服给水系统给水泵管道上弯头、阀门等阻力而消耗了一部分无用功，降低给水泵效率，增大给水泵出力，减少泵寿命。
2、给水系统压力低，对省煤器、汽包和汽水系统带来不利影响。
在锅炉正常运行时，汽包内部压力为4.12MPA ，省煤器略低于汽包内部压力。当锅炉正常运行时，给水系统压力低于省煤器和汽包内部压力时中压给水将无法进入省煤器和汽包内部，从而造成省煤器蒸发管屏水循环停止蒸发管屏干锅过热变形损坏。汽包缺水干锅，汽水系统破坏，锅炉停炉。
3、给水系统压力低，对锅炉保护带来不利影响。靖边电厂余热锅炉运行中采用DCS 集散系统远程控制，为了能更好的安全运行锅炉上采用了多种保护，有超压保护、紧急烟道保护、事故放水保护、给水泵联动保护，事故照明保护等。其中给水泵保联动保护是在锅炉运行中为防止给水泵故障停止或给水泵出口压力低于3.0MPA 时另外一台给水泵自动联动的一种保护。给水系统压力低会造成给水泵频繁联动或长时间联动两台泵同时运行造成水泵出口压力高，同时不利锅炉保护。
〈二〉给水泵电机电流高对余热锅炉的影响 1. 从上图表格一中我们可以看出，主蒸汽流量增大则给水流量增大，在给水泵电压不变的情况下给水泵电流升高。我们也知道P=I*U也就是功率等于电流乘于电压，在电压不变情况下功率升高电流升高自用电量增加，加大生产成本。
2. 给水泵是沈阳第一水泵厂生产的DG45-80*7型多级离心泵流量45m 3/h、扬程560m ，配套沈阳电机股份有限公司生产的JK113-2型电动机，功率150KV 、电压380V 、电流270A 、转速2940rpm 。锅炉运行规程中规定给水泵电机运行中温度不超过90度，滚动轴承65
度，滑动轴承75度。而实际运行中给水泵电机出力增大电流升高运行中温度已超过90度。电机在长期高温下运行会发生绝缘漆损坏，线圈融化，轴承弯曲变形电机烧毁等，严重影响了锅炉的安全运行。
从以上分析可以看出，目前给水系统压力低给水泵电流高的问题已经影响到了安全、经济的运行，我们必须研究一个合理的改进方法，
尤其是解决给水系统压力低的问题来确保余热炉的安全经济运行。
四、给水系统存在的给水系统压力低给水泵电流高原因分析。 经过运行人员和技术专工等人员的共同研究和商讨并结合流体力学原理分析造成给水系统压力低给水泵电流高的原因有三种：
1、给水泵长期运行效率低，扬程减小。
①在余热锅炉冷态启动过程中，大约有半个小时给水流量几乎为零。给水泵仅依靠再循环管路散热，给水泵在小负荷下效率低，动力传递损失转变成给水的热量，长时间环流使给水温度升高，平衡盘泄漏水通过间隙过程引起部分汽化，产生高频诱振，从而发生平衡盘的磨损。②除氧器设计温度132.9度压力0.2兆帕，在实际运行当中除氧器水温度也能达到120度左右。而DG45-80*7型多级离心泵级与级之间用橡胶垫密封长期在高温下运行导致橡胶垫变形密封不严，泄漏损耗能量造成给水泵压力低电流高。
2、给水系统管线设计不合理，弯头阀门过多，沿程阻力和局部阻力过大，造成流体能量损失使给水系统压力低。
给水系统管线的总损失称为流体的水头损失，而其中包括沿程阻力损失和局部阻力损失，沿程阻力损失与管壁粗糙度和管线长度有
关，局部阻力与局部状态有关，如阀门，弯管，流量孔等。而中压给水要经过八个直径76mm 的90度弯头，五个截止阀，两个止回阀。造成流体能量损失使给水系统压力低。
3、给水再循环截流孔经给水长时间冲刷孔径变大。
给水系统分为中压给水系统和给水再循环系统。给水再循环管内按有孔径5mm 厚15mm 的截流孔，给水再循环的作用是保护给水泵，在中压给水气动阀开度过小或关闭时使给水管线内的水有所流动。防止由于给水气动阀关闭造成给水泵憋压，压力不断上涨而损坏给水泵。其次是防止给水气动阀开度过小或关闭，给水泵内水无法流动，叶片与水不断摩擦产生高温使泵汽化。在锅炉正常运行当中负荷不断变化给水流量和压力也不断变化，通过给水再循环截流孔的水流量也在不断变化，在长期的交变水流的冲刷下截流孔径变大，使通流能力增强，造成给水系统压力的给水泵电流高。
五、给水系统压力低给水泵电流高的改进办法。
我们经过分析了解了一些锅炉特点，结合靖边电厂实际的情况，和中国船舶重工集团第703研究所设计，江苏南通万达锅炉厂及个别电厂相关技术人员进行了探讨，针对我厂余热锅炉给水系统压力给水泵电流高问题，提出了以下两个改进办法：
方案1. 拆除现有给水泵出口阀门管道拆至流量孔板前1m 将原来水平弯头改为垂直弯头，管道垂直向下至标高2.1m 处变为水平走向，与原走向相同。给水泵出口逆止阀，出口截止阀改为垂直式安装去掉两个直径为76mm 的90度弯头，如图二所示。此方法的优点是改造
项目小，费用低、便于施工，扩展给水泵处的空间，而且可以提高给水泵出口压力，减小给水泵做的无用功提高经济效益。缺点是由于给水泵出口处阀门高度增加操作较困难，需要增加一个操作平台，高50cm 、铁制，造价100元左右。
图一：给水泵出口改造前 图二：给水泵出口改造后
方案2. 此方案是在不改变原有设计理念的情况下。将原有截流孔孔径5m m 厚10mm 的截流孔板更换为前孔径5mm 厚15mm, 后孔径8mm 厚10mm, 总厚度为25mm 的程扩散状截流孔如图1-3所示。同时，由于不锈钢比20G 钢耐冲刷，将再循环管线更换为不锈钢材质，再循环管线与给水管线的连接采用法兰连接的方式。其优点是，耐用，性能稳定，易施工，造价低，而且可以减小由于给水经过截流孔形成的高压水柱对再循环管壁的冲击。缺点是截流孔处于常开状，在给水泵运行过程中损失一些能量，降低给水泵效率，增加了自用电。
图表1-3为截流孔的剖面图
六、改造设备的试行
（余热锅炉给水系统改造后流程图）
在设备大修期间我们对上述两个方案进行了具体实施，在根本上
解决了给水系统压力低给水泵电机电流高的问题。下面是改造后运行数据。
下图表格是给水系统压力和给水泵电流不同时期变化
表二
根据试运行期间的各项数据表明给水泵的电流和给水压力明显提高，根据图表一和图表二的对比给水泵的电机电流明显下降，我们大致计算下：根据图表一给水泵电流平均值300A ，图表二给水泵电流平均值240A ，改造后的电流值平均下降了60A 。以给水电压标准值为380V ，功率因数0.8 计算，每小时可节约18.24度电，一天就节约437.76度电，每度电按0.5元计算，一天就节约218.88元。一年按300天计算可节约65660元。其二，由于给水泵的出口压力增高，电机的出力减小电机的温度降低，延长了给水泵电机的使用寿命。而改造项目费用，人工费，材料费及截流孔的制造费用共计不超过500元。
七、结论
通过这次改造，使锅炉的安全性能得到提高，降低了维修成本，减少了自耗电量，创造了一定效益。所以这次改造项目是成功的。 八、参考文献 《离心泵工作原理》 《流体力学》
《靖边电厂余热锅炉操作运行规程》