孙玉庆，张新海，李日鑫

（山西省电力勘测设计院，山西 太原 030001）

间接空冷系统循环水泵选型及布置研究

孙玉庆，张新海，李日鑫

（山西省电力勘测设计院，山西 太原 030001）

阐述了间接空冷系统中不同循环水泵的选型比较、运行方式及运行工况的调节。通过列举某工程300 MW机组不同型式循环水泵的布置，并对其进行分析比较，得出合理的循环水泵布置及其辅助设备的选用。

间接空冷系统；循环水泵；选型；布置

0 引言

间接空冷系统中循环水泵的主要功能是将从凝汽器出来的热水输送到空冷散热器中进行散热，冷却后的循环水再返回凝汽器中去冷却汽轮机排汽[1]。循环水泵房是安装泵组、辅助设备及电气设备的建筑物，它为机组运行和工作人员提供良好的工作环境。泵房的结构型式主要由泵组类型及布置方式、泵房地基、检修场地、配电间、电气室等因素所确定，其中泵组包括循环水泵及其配套的电动机，是间接空冷系统中重要组成部分，为保证系统安全、高效运行及节省工程投资，需对循环水泵选型、结构、性能、运行工况及合理布置予以充分论证[2]。

本文以表凝式间接空冷系统的循环水泵为例分析。

1 循环水泵选型

循环水泵选型应满足以下要求：能符合设计扬程及设计流量的要求；循环水泵工作期间应在高效率范围内运转；机组大小和台数应使泵站投资较省；便于维修及管理，运行费用较低。

1.1 循环水泵类型选择

对于表凝式间接空冷系统低扬程及闭式管路系统，多选用高效率的离心式泵。它结构简单、转子短；泵与电动机可直联、总长度短；占地面积小；高效率运行范围广，能适应变工况的扬程变化；检修较易，使用寿命长。

离心式泵根据泵轴的位置不同分为立式和卧式两种型式。

1.2 循环水泵结构选择

单级单吸立式蜗壳离心式泵占地面积小，泵房高度大；扬程较低（最大能达60 m），流量范围较大，一般国内最大约为25 000 m3/h（在扬程20 m时，最大流量约为22 000 m3/h）。

单级双吸轴向中开蜗壳离心式泵，卧式安装，电动机可根据需要设置在泵的左侧或右侧；占地面积大，泵房高度小；扬程较高（最大能达140 m），流量范围较小，一般国内最大约为23 000 m3/h（在扬程20 m时，最大流量约为18 000 m3/h），易于检修，轴向力很小，比较稳定。

1.3 循环水泵运行方式及台数选择

间接空冷系统需求的循环水量很大，由于循环水泵流量的限制及运行安全性，需要把几台水泵并联运行，以满足流量的需求。选用的水泵宜采用相同型号及转数，并联后总扬程不变[3]。

在选择循环水泵的型式及台数时要综合考虑水泵的布置方式及泵组的价格，目前工程中多采用1台机组配2台或3台水泵，若选用2台水泵，每台水泵的容量按50%循环冷却水量考虑，若选用3台，每台水泵的容量按35%循环冷却水量考虑。下面以2台水泵为例，说明水泵并联后的运行特性，如图1所示。

图1 2台水泵并联运行特性示意图

图1 中曲线①为单台水泵的性能曲线，曲线②为2台水泵（2台水泵型号相同） 并联后的性能曲线，曲线③为管路阻力特性曲线，交点c为并联后单台水泵的实际运行点，流量为Qc，交点a为单台水泵（单独运行时）的运行工况点，点a处的流量Qa＞Qc，交点b为2台水泵并联后的运行工况点，点b处的流量Qb=2Qc。

水泵运行是否经济合理，要通过研究各水泵并联后或单独运行时效率而定，以确保水泵的运行点（点c—点a间）在高效区[4]。

1.4 循环水泵运行工况的调节

可通过如下方式来调节循环水泵运行工况。

a）在水泵转数不变的情况下，通过调节管路阀门开度（节流）来改变管路性能曲线。

b）可通过采用可变磁极对的双速电动机及变频调速来改变电动机转数。其他变速调节方法有调换皮带轮变速、齿轮箱变速等。

c）可通过切削水泵叶轮来调节水泵性能曲线。

d）改变并联水泵运行的台数。

其中最简单的方法为调节管路出口阀门，通过增大管路阻力损失来降低流量，此方法操作简单，但能耗很大。目前比较节能的方法为采用变频器来改变电动机的转速以达到改变水泵转数来调节流量，在直接空冷系统中风机转速的调节是通过变频器来实现的，但在间接空冷系统中循环水泵的调节一般通过改变并联水泵的运行台数来实现流量的调节。

采用变频器调节，可通过“一变多定”或“全部同步变速”的方法来实现，其中采用“一变多定”方法时，要注意当其中1台水泵在较低转速工作时，与定速泵再并联一起运行，相当于小泵与大泵的并联，可能会使并联后的水泵都在低效区运行，不但没有起到水泵的并联效果，还会额外增加管路阻力。

在间接空冷系统中，循环水泵和电动机的外形尺寸均较大，一般为3 m左右，加在一起为6 m左右。如果采用变频器调速，在直接空冷系统中它的尺寸比较小（1台变频器尺寸约为456×326× 1 400 mm），价格也比较低（1台低压变频器价格约为600元/kW），而在间接空冷系统中，它的尺寸一般比较大（1台高压变频器尺寸约为4 900× 1 250×3 000 mm），价格也比较高（1台高压变频器价格约为1 100元/kW），会增大泵房的长度及增加初投资。如表1所示，对变频器在直接空冷及间接空冷系统中的运用及收益做了简单对比（非供热机组），其中假设增加变频器后的节电率为20%（根据厂家一般估算和一些文章中有关水泵的节电率数值），当节电率为10%时，间接空冷系统增加变频器投入的回收年限约为8年，如果循环水泵的运行小时数或节能小时数降低时，回收年限会更长。在直接空冷系统中增加变频器后，汽轮机的背压调节效果比较明显，因为在直接空冷系统中，散热器既是凝汽器又是散热器，受外界环境空气的影响比较明显，而在间接空冷系统中，凝汽器通过中间介质水来换热，水又具有热惰性，通过冷却塔中散热器散热后再流回凝汽器，有个时间反应的阶段，不像直接空冷那样反应快，所以变频器在间接空冷系统中的运用不如在直接空冷系统中运用的明显，即节电效果不如直接空冷系统（在一定程度上直接系统的节电效果＞20%）。

现在北方300 MW容量大多为供热机组（2台机组需要配4台循环水泵），即冬季需要抽汽用于供暖，如果采用2机1塔，把2台机组循环水管道合成1根，这时冬季采用1台循环水泵供水即可，夏季需要4台供水，春秋季可采用4台或3台供水，因为在冬季汽机的排气量小，而夏季温度高，需要的循环水量大，春秋季汽机排气量的波动不是很大。如果采用1机1塔，夏季时水泵全开，冬季时需要2台水泵，但此时循环水量约为每台水泵的流量的一半，可通过采用双速电动机来调节水泵的转速，并要保证在其运行的高效区（水泵的最小转速最好在额定转速的70%～100%的范围内），即每台水泵均采用双速电动机（全部同步变速）。

表1 变频器在直接空冷及间接空冷系统中运用及收益的对比

1.5 泵组价格的比较

一般立式水泵与卧式水泵（同一级别） 的价格相差不是很大，但立式电动机的价格要比卧式电动机的价格高，约为 1.3～1.5倍（高压电动机）。

2 循环水泵布置

在混凝式间接空冷系统中，循环水泵吸水侧为真空系统，输送介质的水温在40℃左右，因此在选择循环水泵布置及计算泵房深度时，需注意汽蚀问题。因凝汽器水位与循环水泵中心线之间有一定的水柱高度，会增大泵房的深度，而在表凝式间接空冷系统中，循环水泵吸水侧为正压，约为0.1～0.2 MPa,因此在选择循环水泵布置时，不需注意汽蚀问题，即泵房的深度只与水泵的结构及循环水管道的标高有关，可降低泵房的深度。

某工程2台300 MW间接空冷机组，循环水泵分别采用立式与卧式离心式泵来布置，两者在水泵房内的总体布置型式是一样的，其中卧式水泵采用交错排列布置（可节省一定空间）。当采用立式水泵布置时，水泵台数取为4台（1机配2台），当采用卧式水泵布置时，水泵台数可分别取为4台及6台（1机配2台或3台），如图2及图3所示的循环水泵布置。

图2 立式水泵布置图

图3 卧式水泵交错排列布置图

2.1 选用立式与卧式循环水泵布置的比较

a）可根据进冷却塔（间接空冷系统）处循环水管的标高来初步确定泵房中循环水泵的出口管的标高（可以减少管路阻力），同时应保证管子的顶部处在当地冰冻线以下。当选用立式水泵布置时，泵房高度应能满足通过最大物件（水泵或电动机）的高度与起重绳的垂直长度之和，经过比较可得出立式水泵的电动机为最大物件，其高度及宽度都要比卧式水泵（最大物件为水泵） 的水泵高度及宽度要大，所以两者在泵房地上部分高度能相差2～3 m，地下部分高度能相差1～2 m。

b)当采用6台卧式水泵交错排列布置时，泵房长度要比采用4台立式水泵布置的泵房长度多出1柱距。

c） 当采用卧式水泵交错排列布置时，泵房的宽度要比采用立式水泵布置的泵房宽度多出1跨距。

2.2 循环水泵的辅助设备

a）当采用卧式水泵布置时，为消除水泵出口及进口处的管段因温度变化而引起管道的热膨胀，通常均在水泵的进出口管处安装伸缩节或传力接头，经过比较，通用型补偿器也可以起到相同的作用，价格也要比他们较便宜，有些厂家现已不再生产传力接头；当采用立式水泵布置时，因水泵的进口管与出口管不在同一个标高处，并相差比较大，会产生一个很大的弯矩，所以在水泵的进出口管处应安装直管压力平衡补偿器来消除进出管因热膨胀产生的应力。

b）水泵进出口管处蝶阀宜选择双偏心密封蝶阀。

3 结论

a）循环水泵的型式宜选择离心式水泵。

b）通过立式与卧式循环水泵布置的比较，单台300 MW及以下机组既可以采用卧式水泵布置，也可以采用立式水泵布置，但因卧式电动机要比立式电动机便宜，所以选取2台卧式水泵布置比较合理；单台600 MW及以上机组因单台水泵最大流量的限制，采用卧式水泵布置需要4台，立式水泵布置需要3台，采用立式水泵布置比较合理。

c）当选择卧式水泵布置时，进出口管处选用通用型补偿器比较合理；当选用立式水泵布置时，进出口管处选用直管压力平衡补偿器比较合理。

d）增设变频器，会使工程的初投资增大，泵房的长度也要加长。如果不是供热机组，通过简单估算，最长约8年可以回收增加的投资部分。并联的水泵宜采用“全部同步变速”的调节方式，即每台水泵配1台变频器。如果上网电价能进一步提高，对回收成本会更有利。

e）如果是供热机组不宜采用变频器，因为冬季排汽量少，可通过改变并联水泵的台数或每台水泵采用双速电动机来调节水泵的转速，均可达到节能的目的。

[1] 丁尔谋.发电厂空冷技术[M].北京：水力水电出版社，1992.

[2] 田家山.水泵与水泵站 [M].上海：上海交通大学出版社，1988.

[3] 蔡增基，龙天渝.流体力学泵与风机 [M].北京：中国建筑工业出版社，2002.

[4] 孙一坚，潘尤贵.空调水系统变流量节能控制（续2）：变频调速水泵的合理应用 [J].暖通空调，2005（10）：90-92.

Type Selection and Layout Scheme of Circulating Water Pump in Indirect Air Cooling System

SUN Yuqing,ZHANG Xinhai,LI Rixin
（Shanxi Electric Power Exploration and Design Institute,Taiyuan,Shanxi030001,China）

This paper briefly introduced indirect air-cooling system in terms of type selection of circulating water pumps,operation mode and the adjustment of operation conditions.After comparing and analyzing the layout of different types of 300 MW circulating water pump,reasonable layout scheme ofcirculatingwater pumps and auxiliaryequipment selections are summed up.

indirect air coolingsystem；circulatingwater pump;selection;arrangement

TM621

A

1671-0320（2017）04-0063-04

2017-04-06，

2017-06-05

孙玉庆（1981），男，山西运城人，2008年毕业于内蒙古工业大学热能专业，高级工程师，硕士，从事电站空冷工程设计及科研开发方面的工作;

张新海（1964），男，山西曲沃人，1984年毕业于太原工业学院给排水专业，教授级高级工程师，从事电站空冷工程设计及科研开发方面的工作；

李日鑫（1978），男，山西朔州人，2002年毕业于太原理工大学热能动力专业，高级工程师，从事电站空冷工程设计及科研开发方面的工作。