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Hayward Tyler无密封型湿定子炉水循环泵技术

作者:张李明 海伍德泰勒泵业
前言:本文主要介绍了海伍德泰勒品牌无密封型湿定子炉水循环泵的工作原理与结构特点,涉及了大型燃煤火电机组的强制循环系统、启动系统、火电机组低负荷脱销环保改造、光热发电领域等方面的应用。由于所应用的领域皆需要设备在高温、高压等极端工况下长期工作,因此无密封型湿定子炉水循环泵在设计方面需要充分考虑在高温、高压等极端工况下运行的稳定性、可靠性和安全性,并需要设备具备长周期使用寿命。

从能源储藏的角度,中国的煤炭储量占全世界的12.5%,仅次于俄罗斯和美国。在近20年的高速发展中,我国的火电机组从亚临界发展到如今的超超临界。在各种发电技术中,我国今日的燃煤火电技术是全世界一流水准,不仅能够满足国内所需,更在海外博得了大量美誉,也顺应了中国“一带一路”的伟大发展战略。基于此,对整个锅炉发展而言,无密封型湿定子炉水循环泵一直是大型锅炉不可或缺的一部分(见图1)。

图1 海伍德泰勒无密封型湿定子炉水循环泵的悬挂安装

公司总部位于英国的海伍德泰勒集团(Hayward Tyler),于20世纪50年代为了配合日益增大的火电机组锅炉设备,同期研发了无密封型湿定子炉水循环泵。布置模式上,泵壳是直接焊接在锅炉的管道上,而电机则依靠高强度螺栓与泵壳连接为一个整体,泵壳内充斥高温、高压的锅炉水。


发展至今,海伍德泰勒的无密封型湿定子炉水循环泵已在全球累计售出超过2500台,广泛应用于全球各型号燃煤发电机组,占据全球各品牌炉水循环泵装机总量的三分之二。随着技术的发展,目前海伍德泰勒可设计并生产最高能够承受450 bar/400℃的无密封型湿定子炉水循环泵,可满足任何火电机组的需要。

1. 无密封型湿定子炉水泵在燃煤锅炉上的作用

锅炉运行中,下降管中的水密度大于水冷壁中的水密度,此密度差形成锅炉的流动压头。当水接近临界点时,密度差减小,不足以维持流动压头,于是在下降管部位加装炉水循环泵维持足够的流动压头,保证锅炉水循环的可靠性。正常稳定的水循环可以保证锅炉蒸发受热面得到有效冷却,是锅炉安全运行的基本条件之一。

现在大型机组以直流炉占主导,直流锅炉与汽包锅炉不同,在机组清管和点火之前,为减水少流动的不稳定性和避免水冷壁管壁温度低于允许值,需要建立一个不低于水冷壁最小流量的给水流量,但由于在启动和清管阶段,给水吸收热量较少,部分水无法蒸发成蒸汽,而这部分水不能进入过热器系统,这样就需要在过热器之前建立一个启动旁路,将多余的水排放出,因此直流锅炉的启动旁路系统的主要作用如下:

A.启动、停止锅炉系统和低负荷运行过程中,维持锅炉的最小给水流量,以保护炉膛水冷管,同时满足机组启、停及低负荷运行最小流量的要求。


B.超临界直流锅炉对给水品质有严格的要求,在锅炉点火时,给水品质必须满足要求,因此启动系统另一个作用是在锅炉冷态清洗时为清洗水返回给水系统提供了一个流通通道,请见图2。


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图2 超临界&超超临界燃煤机组锅炉启动系统示意图


2. 无密封型湿定子炉水循环泵的结构

炉水循环泵是由泵体、电机体及热交换器三部分共同组成。泵壳焊接在锅炉管道上,内置一个离心叶轮,用于泵送高温炉水;电机设计为湿定子,工作中电机内充满水;热交换器安装于电机侧面,用于对电机进行持续冷却。泵和电机之间采取了特殊设计,确保泵送的高压热水无泄漏。


图3 炉水泵的基本结构和解剖


图3 炉水泵的基本结构和解剖

(1)细脖子特殊设计—由于泵壳内温度非常高,通常在350℃左右,而电机温度又需要控制在50℃上下,因此海伍德泰勒无密封型湿定子炉水泵采用了细脖子的设计,即图3中泵壳和电机当中细如脖颈的部位,通过细脖子的设计,外界的低温空气对传导到细脖子处的热量进行有效散除的同时,由于其中的转子和细脖子内壁之间的间隙细小,因此可有效减少冷、热水的对流量。请见图4


图4 炉水泵的细脖子

(2)挡圈设计—在电机与泵壳连接处,有一块电机挡圈,电机挡圈可限制固态物质进入电机腔。

(3) 热交换器—用热交换器来维持电机内的低温,该热交换器采用闭路水循环系统,以带走电机运行中产生的热量及泵体传导的热量。另外,该水循环可以对轴承进行润滑。循环系统中还有一个内置过滤器,可过滤的电机内的杂质颗粒物。请见图5


图5 炉水泵的闭路冷却水循环系统

3. 无密封型湿定子炉水泵的特点与优势

悬空挂在锅炉管道上:大多数的锅炉制造商会在常规泵的设备底板下方安装弹性支架或在泵前安装管道膨胀回路来吸收固有的大型管道工作负荷。海伍德泰勒炉水循环泵可以自由地悬挂在锅炉管道上。当锅炉加热和冷却时,它可以随着管道的膨胀和收缩而移动。因此,它不需要额外的部件—例如减振器之类的,也不需要对锅炉有任何其他的要求。

无密封设计:在锅炉循环水工况下,常见的机械密封系统极度容易发生故障,导致锅炉系统的高压、高温水/蒸汽大量泄漏,因此需要频繁的定期更换,否则容易出现事故,造成严重的后果。而炉水循环泵是无机械密封泵,泵壳与电机是相通的,连在一起的,因此不需要机械密封组件,可靠性更高。

泵壳电机一体式贯通设计:由于我们的泵/电机轴是一个整体,并且完全封闭在泵/电机的外壳内,因此不需要联轴器或联轴器保护装置。结构上比普通的机封泵要更简单,同时不需要在现场进行调校。同样,由于我们是完全封闭的,所以不会有任何周遭环境中的砂砾灰尘进入我们泵电机内部的风险。

正是拥有这无法替代的特殊性和优势性,所以全世界范围内的火电机组在选择炉水泵的时候首选就是海伍德泰勒无密封型湿定子炉水循环泵。

4. 无密封型湿定子炉水泵的日常维护注意事项

(1)新电机到达电厂后,电厂无需在对电机进行耐压测试,该测试具有破坏性,对电机不利。可查看随电机的测试报告。炉水循环泵的测试与标准详情可见附件《炉水泵需要遵循的标准、测试》


(2)在调试期间,我们需要对电机进行三次5秒点动来排除注水时带入的空气,所以只有在电机重新注水后,每次启动前才需要对电机进行三次点动。


(3)电机运行中如果发现电流有较频繁大幅度波动、电机腔温有明显上升、电机绝缘出现大幅波动、电机连接的高压法兰处发生渗漏等异常情况,电厂方应及时与厂家取得联系,必要时可对电机进行返厂检修。


(4)当锅炉检修时,正确的放水顺序应该是,相对锅炉进行放水,然后对泵壳进行放水,最后才能对电机腔内进行放水。


(5)当锅炉处于冷态且此时环境温度低于2℃时,需要对电机实施保温措施,通常我们需要持续开启二次冷却水,水温控制在三十多度,依靠二次水持续对电机进行加热保温。如果电机已配备保温装置,请持续关注腔温变化。


(6)关于电机的储存,有备用电机的电厂,需要将电机端盖向下竖立稳定于木板上,确保接线盒不触碰到地面,并进行安全固定。然后向电机内注入保护液,保护液需要漫过叶轮为止,并委派人员定期检查是否有渗漏。


(7)对于新机组投运的炉水泵,电机在投运一年后进行一次保养和检修,以后机组每运行15000个小时对电机例行保养、检修一次。可交由海伍德泰勒集团的全资子公司--海伍德泰勒泵业(昆山)有限公司进行保养和检修,海伍德泰勒泵业(昆山)有限公司拥有各品牌炉水循环泵的保养及检修经验。


(8)保养和检修期间,建议试验项有:绝缘性能试验、铁损及热点试验、无损探伤试验及动平衡试验等。根据解体后各台泵/电机情况的不同,海伍德泰勒昆山工厂会为客户提供相应的报告,会有以下这些测试可进行更细致的检查:水力试验、泵性能测试等。


图6 炉水泵的连接螺栓的拆装示意图

5. 结论

综上所述,炉水泵本质上是一种无密封式的,湿式定子,鼠笼式电机驱动的特殊离心泵,它的工作环境非常极端(高温、高压),而它的作用非常关键,是整个锅炉的核心部件之一,在确保锅炉可靠运行的同时,提高了锅炉的使用效率。随着国家对环保要求的提高,炉水循环泵正在与时俱进的在环保和绿色能源等多个领域进行应用,为这些新兴的领域提供最好的解决方案。而海伍德泰勒人也如同他们的前辈一样,不仅是在做产品,而更多是在为他们的众多客户提供专业并高效的解决方案。


附件《炉水泵需要遵循的标准、测试》


DESIGN&INSPECTION & TESTING

New Unit Performance Testing


PerformanceTests will be performed in accordance with BS EN ISO 9906:2012 and BS EN60034:2011.

Before anypump is shipped standard unit tests are completedon all units.Where customersrequire witnessing of standardtests or additional unit tests, charges willapply.

When morethan one pump unit of the same type is being tested, the hydraulic performancetests will be carried out using one pump case only.

Routine Tests for all BCPs (included asstandard):

·      No Load Test

·      Locked Rotor Current Test

·      Hydrostatic Test

·      Vibration Test

·      Insulation Resistance and High

·      Voltage Withstand Test

·      Winding Resistance Test

·      Pump Performance Test

·      Starting Currents


Additionaltesting can be requested, and performed as agreed.


Uponcompletion of standard tests, the units are dismantled to permit inspection ofthe following:

·      Pump Case and Wear Ring

·      Impeller and Wear Ring

·      Bearing Sleeves and Pads

·      Motor leads and terminals

·      General Conditions, including ClearanceTesting on Wear Rings

Allequipment offered in this proposal is manufactured in accordance with ISO 9001 andBS EN 60034 and ASME VIII.


Allrequirements have been assessed and compared to HT standard equipment to offera cost effective, reliable and proven solution.


Allequipment included in the offer is of a high quality standard, giving you ahigh design reliability and cost effective lifetime solution.


Whereunspecified, recommended pump and motor instrumentation has been included inthe package. This is to ensure the unit can run reliably with the correctmonitoring equipment.


All unitsare tested and delivered with the necessary supporting documentation, includingan Operating & Maintenance Manual.




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