定速泵與調速泵給水中的技術經濟分析

1　定速泵與調速泵的工作原理和特性：
　　
         當泵安裝在一定的管路中工作時，實際的工作狀態不僅取決于泵本身的性能曲線，還取決于整個管路的特性曲線。這2條曲線的交點決定了泵在管路系統中的運行工況。在管路特性曲線相

         1、1　定速泵與調速泵的工作原理和特性

　　   當泵安裝在一定的管路中工作時，實際的工作狀態不僅取決于泵本身的性能曲線，還取決于整個管路的特性曲線。這2條曲線的交點決定了泵在管路系統中的運行工況。在管路特性曲線相同的裝置系統中，對于不同的泵，其工作點是不同的。定速泵和調速泵的工作點就有很大的差別，從而使流量、揚程、效率不同。

　　   定速給水泵在給水系統中一般為離心式，其工作原理是利用旋轉產生的離心力使流體獲得能量。它是通過一定功率的電動機帶動泵以一定轉速轉動，使流體得到一定的壓能和動能。調速給水泵（以YT62型液力偶合器為例）有一特殊件—液力偶合器。它是安裝在原動機（電動機等）與給水泵之間的轉動件，以液體的動能來傳遞動力的液力傳動裝置。其工作原理是：在主動軸端部有1個泵輪，在從動軸上與主動軸相對的一端有1個渦輪，泵輪與渦輪間保持一定間隙，兩者形成1個腔型，稱為循環圓。當原動機帶動主動軸旋轉，工作液體便在泵輪中獲得能量，并以一定的速度從泵輪甩出，沖向渦輪，將能量傳遞給渦輪，從而帶動被動軸旋轉，實現了動力的傳遞。    
             
         循環圓中工作油的循環只有在泵輪和渦輪處以不同的轉速（存在滑差）即存在離心力差時，才能保持循環。在額定運行條件下的滑差≤3％，只要改變循環圓中的油量，即改變充油量，就能調節從動軸的轉速和傳遞功率，實現無級調速。
 
2　定速泵、調速泵的技術經濟性比較

　　 河北熱電有限責任公司八期技改工程為2臺200 MW雙抽供熱機組和4臺410 t／h的循環流化床鍋爐，每2爐1機為1個單元，計劃每個單元設置銘牌出力為440 t／h，揚程為1 400 m的2臺調速泵和1臺定速泵。下面比較當系統中定速泵（或調速泵）單獨運行、2臺定速泵（或2臺調速泵）并列運行、1臺定速泵與1臺調速泵并列運行的狀況。 

2．1　定速泵（或調速泵）單獨運行　　
 
　　 改變泵本身性能曲線的方法有變速調節、動葉調節和汽蝕調節。改變管路特性曲線的方法主要有出口節流調節、入口節流調節，而*普遍采用的調節方式是出口端節流調節，它是利用改變閥門開度來進行調節的方式。一般定速泵為出口端節流調節，調速泵為變速調節。

　　 鍋爐的啟動時間較長，而且將鍋爐的負荷帶至410 t／h的整個提壓過程按機側的要**逐步達到的，也就是說在這個過程中如果采用調速泵可以僅僅靠改變轉速就能滿足機爐的啟動要求。從調速泵特性曲線可看出，流量在120～450t／h時對應的揚程可根據爐的逐步升溫升壓從800m（或者更低）提升到1 400 m，而不需要調節給水調節閥。如此時采用定速泵，則需長時間的節流給水調節閥去滿足所需的流量，因此耗費較高的能頭。
         
　　 流量從120～450 t／h，對應的揚程為1 680～1 430 m，多余的能頭被給水調節閥消耗掉，見式（1）： 式中　

      N———電機消耗的功率，k W； 
      g———重力加速度，m／s2； 
      Q———質量流量，kg／s； 
      H———揚程，m； 
　　η———泵的效率，％。 

　　可以看出，在其他參數一定的情況下，功率N和揚程H是成正比的。由于調速泵可以在管路特性曲線不變的情況下僅通過改變轉速就可達到機爐啟動要求，因此其節能效果是顯著的。如在120 t／h時，調速泵可比定速泵省一半的功率。 
 
2．2　泵的并聯運行 

　　 泵并聯的目的是在壓頭相同時增加流量，由此再畫出共同管路特性曲線b與泵的并聯特性曲線的交點C，即并聯工作時的工作點，此時流量為QC，揚程為HC。并聯工作的特點是：揚程彼此相等，總流量為每1臺泵（同性能泵）輸送流量之和，即QC＝2 QA。該期工程采用2爐1機制，當第2臺鍋爐點火帶負荷時需要啟動第2臺給水泵。下面對2臺定速泵的并聯和1定1調及2調的情況做一比較。
 
2．2．1　2臺定速泵在給水系統中的并聯運行 

　　 定速泵并聯運行時是靠改變管路特性曲線的方法即調節鍋爐給水調節閥的開度來達到調節流量的目的。這樣工作點是隨著流量的變化，揚程也發生變化。一般設計點是在給水調節閥全開的情況下設計給水泵的流量、揚程、效率，此為經濟工況點，而通過節流調節的方法雖然簡單方便，但所產生過高的揚程由給水調節閥消耗掉，造成能量損失，低負荷時經濟性更差。特別是河北熱電有限責任公司為供熱機組，熱負荷受工業熱用戶及采暖熱負荷的影響很大，主給水流量經常變化，長期靠調節給水調節閥的開度來調節流量，必將導致比純凝機組更大的經濟浪費，而且使給水調節閥的沖刷損壞嚴重。
 
　　 當系統在額定負荷（2 Q0）運行時，揚程為給水泵的額定揚程H0，流量為2臺給水泵的額定流量之和2 Q0，此時的管阻曲線為b，即給水調節閥處于全開狀態；當系統在0．75額定負荷（1．5 Q0）運行時，由于管路特性曲線變為b′，即給水調節閥為節流狀態，從而使并聯泵的工作點由原來的A變為A′，此時流量為1．5 Q0，揚程為H1，對應單個泵的工作點由B變為B′，即流量為0．75 Q0，揚程為H1，也即揚程由原來的H0，增加了H1－H0。
 
2．2．2　1臺調速泵與1臺定速泵的并聯運行 

　　 如果每個單元為2臺定速泵，再加入1臺調速泵。正常運行中通過調速泵來調節機組所需的給水流量，就可克服給水母管壓力過高的缺陷。這種運行方式要求調速泵的出口壓力保持為定速泵的額定出口壓力，而流量在30％～100％之間變化，這就需要同時調節給水泵特性曲線（通過調節給水泵轉速）和管阻特性曲線（通過調節給水調節閥開度）。使工況點落在揚程為H的直線段上。
 
　　并聯運行中，滿負荷工況下運行于A點，流量為2 Q0，壓頭為H0，定速泵與調速泵均運行于B點。當負荷減至1．5 Q0，將調速泵轉速降低，泵特性曲線變為a2，以使給水泵組總揚程曲線至a2′。同時改變給水調節閥開度，使管阻特性曲線至b′。此時運行工況點為A0，定速泵仍運行在B點（即泵的額定運行工況點），調速泵則運行于B0點，流量為0．5 Q0，壓頭仍為H0，這樣在1．5 Q0的流量下，比前面所說的純定速泵系統節省了H1－H0壓頭差的能耗。 

　　假如此時不調節管阻特性曲線，可將原管阻特性曲線向下延長與原單臺定速泵的特性曲線相交，會發現定速泵的負荷過高，調速泵只能帶較少的負荷，這將導致定速泵過負荷和調速泵負荷過小而發熱、振動甚至汽化的**現象，故當有調速泵時應采取同時調節給水泵特性曲線和管阻特性曲線的方法來達到調節流量的目的。
 
2．2．3　2臺調速泵并聯運行 

　　 調速泵并聯運行時靠改變調速泵的轉速使揚程與流量均滿足鍋爐的要求，這樣既避免了2臺定速泵并聯時，泵在較低流量（額定流量以下）運行時，高揚程所帶來的浪費；又克服了當1臺鍋爐帶滿負荷另一臺鍋爐點火或帶小負荷時，1定1調并列運行使定速泵過負荷，調速泵負荷過小對泵的損傷。保證了機組的經濟性和**性。

   3　結論 

　　綜上所述，調速泵、定速泵并聯的系統比全為調速泵的系統節省了初投資，與全為定速泵的系統相比降低了給水單耗，特別作為供熱機組，在河北熱電有限責任公司八期技改工程給水系統中設置2臺調速泵的技術經濟性較好，以1臺定速泵作為備用是比較合理的。