服务热线:0551-65331310

凯发k8娱乐备用网址首页 > >

新闻资讯

公司新闻

合肥皖化电机技术开发有限责任公司 -凯发k8娱乐备用网址-首页

文字: 2017-11-2  浏览次数:1683

大型燃煤机组炉水循环泵国产化

 

徐成  姚荣祥

(合肥皖化电机技术开发有限责任公司,安徽  合肥  230088)

一、 前言

    炉水循环泵(boiler water circulating pump以下简称bcp泵)是大型发电机组锅炉安全经济运行的关键配套设备,也是电站锅炉实现宽负荷稳定脱硝的重要设备。输送的工质是温度在350℃以上、压力在20mpa以上的锅炉高温高压炉水,是一种承受高温高压的无轴封特种水泵。广泛应用于强制循环炉、直流循环炉和控制循环锅炉的系统中,直接参与锅炉的高压、高温水循环,工作条件十分苛刻,可靠性要求高,一旦运行中发生故障,无法在线更换,造成发电负荷下降或停机。因此bcp泵(特别是bcp泵驱动电机)的可靠运行对电厂安全生产有十分重要的意义。

1 不同锅炉bcp的设置、对锅炉性能及运行安全的重要性

 

锅炉类别

压力等级

bcp泵位置

bcp泵台数/台炉

压头

重要性

强制循环汽包锅炉

亚临界

集中下降管与下水包之间

3-4

0.2mpa左右

增加水循环动力,确保锅炉水冷壁得到足够冷却,使水冷壁管子既能充分吸收炉膛内的热量又不超温,对锅炉而言其重要性相当于人体的心脏,直接关系到锅炉整体运行性能和安全性.

低倍率循环锅炉

亚临界

汽水分离器及混合器之下

2

与强制循环汽包炉相仿

同上

()临界直流锅炉

()临界

汽水分离器及储水罐下,出口连接到省煤器前给水管道

1-2

1mpa以上

在启动中保证水冷壁得到充分冷却,并确保锅炉蒸汽参数逐步提高,负荷平稳上升,直到完成干、湿态转换。在这一过程中回收多余炉水及其携带的热量,有效调节启动过程中的蒸汽参数满足汽轮机要求,缩短启动时间,直接关系到锅炉整体运行性能及安全性

复合循环直流锅炉

介于亚临界超临界之间

与锅炉主给水管路并联的辅助管路上

2

介于强制循环汽包炉和直流炉选用参数之间

作用和重要性介于以上两种锅炉之间,在锅炉启动阶段和低负荷运行区段对锅炉整体性能和安全具有不可或缺的重要性

 

 

二、 国内外现状

技术要求高、制造难度大,bcp长期以来被德国、英国等外国公司垄断全球市场。单台bcp泵价格在1000多万元,质保期仅为1年,并且交货周期长(2年左右),质量不稳定。制约了我国电力工业的发展。90年代初期,国内曾引进德国ksb技术,但由于设计、工艺及制造存在一些问题,国产后的可靠性问题暴露得更严重,依赖进口的状况没有改变。因此bcp泵“中国制造2025发展战略中待实现国产化的发电机组关键辅机设备之一。

合肥皖化电机技术开发有限责任公司(以下简称皖化公司)自1999年进入bcp泵行业以来,多年来一直着重于bcp泵及驱动电机的科技创新和新技术、新品种的研究开发,目前拥有20多项bcp泵的专利,成为bcp泵设计制造领域国内首家、国际上继英国hayward tyler公司和ksb公司之后第三家具有自主知识产权的设计制造公司。2005年起已设计制造亚临界、超()临界机组用bcp10多台。不仅配套使用在石横、秦皇岛等30万千瓦亚临界燃煤发电机组中,还配套使用在漕泾电厂、华润铜山电厂、万州电厂等100万千瓦大型超超临界燃煤发电机组中,至今运行多年,性能良好、稳定可靠,得到广大电厂用户的肯定。其中为万州电厂制造的bcp设计压力为36.6mpa,额定电压10kv,是国内外技术参数最高、技术难度最大的bcp(目前进口产品最高设计压力为33mpabcp泵的全面国产化奠定了重要的基础。

不仅如此,皖化公司应用了此项目的专利和关键技术对700多台的国外公司生产的设备进行了技术改造,解决了原设备造成频发故障的缺陷,提高了运行可靠性,较大幅度提高了使用寿命。为100多家大中型发电厂的安全运行做出了贡献得到了用户的好评。并且走出了国门,进入了印度市场。

三、 bcp泵设计制造的技术难点

1bcp的工作原理:

bcp泵为上泵下机结构,悬挂式安装在主蒸汽管道上,泵和电机在同一密封的承压壳内,泵和电机的腔室连通,不设轴封,属于湿定子无轴封泵。泵壳内的叶轮,可泵送达500℃高温和40mpa高压的炉水。 bcp泵的驱动电机为湿定子电机,电机腔内也充满水,腔内压力和锅炉系统等同。电机绕组采用交联聚乙烯防水绕组线,推力轴承和导轴承采用高分子水润滑轴承。运行温度需在60℃以下。电机推力轴承推力盘上设有辅助叶轮,电机旋转时产生水动力,使电机腔内充的水强制闭式循环,将电机内的热量通过热交换器带走,使得电机腔内水温低于60℃。电机通过高压冷却系统(包括热交换器及低压冷却水系统)与外界进行热量交换,使得电机腔内水温低于60℃,保证bcp泵的安全运行。

2、进口bcp泵存在的问题

近年来国内新建燃煤电厂的进口bcp泵大多数在质保期内就出现质量问题,有的甚至刚运行一个多小时就发生故障,导致机组无法运行。例如内蒙古土右电厂、淮南平圩电厂、华能江苏南通电厂、浙江国华宁海电厂、广东惠州平海发电有限公司、江苏新海发电有限公司、浙能台州第二发电厂、大唐华银株洲攸县电厂等,均在质保期内出现质量问题。根据我们对国外产品的故障统计分析,认为主要存在以下问题:

l bcp泵电机电磁及结构设计不合理,造成绕组易过热,绝缘老化快,绕组寿命短。

l 摆动块非金属承磨面耐磨性能差、粘结性差易脱落,最终造成导轴承损毁。更严重的脱落的轴瓦碎块掉入电机内,造成定转子铁芯扫膛,铁芯严重变形,转子轴弯曲,定子线圈绕组损坏。

l 导电头密封结构不合理,在导电座易渗漏,影响电机的绝缘和密封性能。导电头绝缘套存在易开裂、易受潮、可靠性差等缺陷,易发生绝缘故障。

l 泵壳内的污垢容易进入电机内部,过滤网面积过小,因此极易堵塞,造成电机内高压循环冷却水流不畅,推力轴承水润滑条件变坏,轴承缺水损坏。

l 国外产品定子采用开口槽,转子大多也采用开口槽,这不但使水摩擦损耗很大,同时也容易在铁芯表面形成汽蚀,汽蚀严重时甚至会使转子露出铜条。

目前前文中提到的一些电厂损坏的bcp泵经过皖化公司改造后,已经能够稳定、可靠地运行。

四、 技术创新

1技术难点

由于bcp输送的锅炉炉水温度在350以上20mpa以上。电机采用交联聚乙烯水绕组线和高分子水润滑材料的轴承要求电机腔的温度必须控制在60以下,拖动电机电压为380v10kv,要求具有很高的运行可靠性,因此以下技术难点须解决

l 设计压力达40mpa、设计温度达500℃的球型泵壳。

l 输送高温、高压炉水的叶轮和扩散器等水力部件。

l 限制泵腔内炉水的高热量向电机腔传输,并控制电机腔内的温度在60℃以下。

l 在高水压和12kv电压工况下长期可靠运行的电机绕组。

l 在高水压和12kv电压工况下具有可靠的密封及绝缘性能的与外电源连接的导电接头。

l 高承载能力、设计寿命50000小时的水润滑轴承。

l 冷却电机绕组,冷却和润滑水润滑轴承的闭式循环的内循环冷却系统。

2、技术创新

1) 泵设计与制造

为保证炉水泵能在在40mpa500安全运行,炉水泵的压力室采用球状压力室,壶形排口,这种压力室采用有限元计算分析设计,既能保证压力室的安全性,又能保证高温高压工质的高效输送。

 

   2) 双单层四平面和六平面绕组结构

皖化公司创造性提出的炉水泵电机绕组有四平面单双层绕组(专利zl 02 2 19581.5)六平面双单层绕组(专利zl 2011 2 0451976.2)。适用于采用穿线方式完成绕组制作的湿定子绕组三相交流电动机,解决了压30mpa以上的炉水泵引出线导电头的密封性和绝缘可靠性。并可在绕组端部形成多个以上独立的水流冷却通道,可较好地改善端部冷却条件,提高运行可靠性,延长使用寿命适合于在高温高压工况下运行的大型发电机组用炉水泵中使用。定子绕组线采用德国nsw(北德意志海洋电缆公司)生产的耐水绕组线,在芯线表面可能产生的最大电场强度e=2331v/mm远小于绕组绝缘许用电场强度[e]=4250v/mm,因此电机绝缘是安全的。

同时电机经常会出现因磁拉力和振动而造成的绕组端部疲劳、开裂现象,为避免这一问题,我们将绕组端部固定在定子筒上,使整个端部形成一个整体。绕组的固定还可防止立式电机在运行时定子绕组向下窜动。并且采用皖化公司专有的水润滑无扭转减摩擦的定子绕组线穿线技术,减少穿线过程中对绕组线的摩擦、扭曲损伤。    

                       

明显有扭曲痕迹的国外绕组          没有任何扭曲的皖化公司绕组

3) 复合绝缘自密封内装式结构导电头

引出线导电头是炉水泵的关键部件,它不仅要将电源引入充满水的电机内腔里,还要防止内压最高达40mpa的电机腔内的水不向外发生泄漏。既要具有可靠的绝缘性能,又要具有良好的密封性。而强度好的材料绝缘性能差,绝缘性能好的材料强度低。皖化公司经过多年的试验研究,目前已发明出可满足40mpa12kv运行参数要求的导电头(专利zl 2014 2 0346966.6)该导电头采用复合绝缘自密封式内装入结构,采用壳体内压自行密封,密封性和绝缘稳定性都得到很大提高。

自密封导电头解决了进口产品导电头在湿度大的情况下易凝露、电机绝缘电阻明显下降的问题。该导电头在高湿度的状态下绝缘电阻也不会变化,非常适合山区、沿海等易结露地区电厂炉水泵的使用。

4) 抗汽蚀湿定子电机结构

bcp泵驱动电机腔内充满水的湿定子鼠笼式电机。这种结构的电机中,如果定、转子槽形都为开口槽或定、转子槽形一边为开口槽,那么随着转子的高速旋转,电机内的水会被转子槽口如同叶轮一样高速搅动电机内的循环水,在槽口的迎水边发生冲击,脱水边产生脱流现象,产生脱流的部分是极不稳定的。此处的局部压力下降,甚至下降到汽化压力以下,满足了形成气蚀的条件,从而发生气蚀。这种气蚀首先发生在定、转子槽槽口并逐步向外扩展,腐蚀定、转子铁心。严重时把转子槽齿桥蚀穿。使鼠笼转子的导条在离心力作用下从槽口中飞出,引起定子、转子相擦。行业术语称为扫膛,可损坏定子,乃至定子绕组线的绝缘,引起电气接地,最终使炉水泵电机停机。

针对炉水泵电机充水运行的特点,皖化公司研制出定、转子均为闭口槽结构的湿定子电机。(专利zl 2008 2 0041301.9)采用这一结构可大幅减少转子水磨损耗,定转子气隙间的冷却水流不易产生涡流及脱流现象,产生汽蚀的概率显著降低,减缓汽蚀作用对定、转子铁心的侵蚀,提高了电机的可靠性和效率试验证明可使转子水磨损耗下降20%40%电机效率提高2%3%

      

5) 解决了炉水泵高压内循环冷却水的清洁难题

研发出一种炉水泵防污结构(zl 2016 2 0847748.x)大幅度减少炉水内的污垢流入电机腔室内,保证电机的安全运行。在设计了防污结构的同时,还设置了高效外置式磁性过滤器,增加滤网面积,同时可以吸附冷却循环水中的铁磁性颗粒,该设备可以实现在线清理,与防污结构一起确保炉水泵冷却水的正常循环,炉水泵的可靠性和使用寿命大幅度提高,解决了炉水泵高压内循环冷却水的清洁难题。万州电厂的高效外置式磁性过滤器多次打开,没有发现有污物,防污效果非常明显。

6)散热翼片结构

泵壳和电机壳体过渡部分采用带有散热翼片的热屏结构(zl 2009 2 0142822.2),减少高温泵壳向电机部分传导热量,提高热屏部分的散热能力。

7)轴承结构

轴承是电机旋转运行的关键部件,可靠的受力设计、合理的轴承结构是bcp泵可靠运行的保证。如果过多考虑某一特性,忽略其他因素,就会造成严重的后果。如国外某厂商在设计制造中,为了达到转子自动调心的要求,采用了复杂的导轴承结构,结果导致导轴承应力过于集中,超出材料的承受力,造成导轴承损毁。更严重的脱落的轴瓦碎块掉入电机内,造成定转子铁芯扫膛,铁芯严重变形,转子轴弯曲,定子线圈绕组损坏。机组非正常停机。

皖化公司采用特有的加工和安装工艺,制造加工的整体式结构导轴承,采用金属瓦衬,高分子材料导瓦,依靠轴承加工和安装精度保障转子的同心度,安全可靠性高。

五、 与当前国内外同类技术主要参数比较

1. 主要参数对比

生产厂商

合肥皖化电机

德国ksb公司

日本酉岛公司

引进ksb技术

英国泰勒公司

产品型号:

350wlb-2/10

luvak200-300/1

hlav200-360/1k

440kw 6kv

设计扬程:m

135

121.4

119.5

110.3

设计流量: m3/h

965

1129.4

1020.5

1049

设计压力:mpa

36.6

33

33

33

试验压力:mpa

54.9

49.5

49.5

49.5

泵运行参数

输送流量:m3/h

965

1129.4

1020.5

1049

扬程:m

135

121.4

119.5

110.3

液体功率:kw

245.76

283.7

230.0

218.3

泵效率:%

80

76

73

73

所需轴功率:kw

307.2

373.3

315.2

299.0

电动机参数

额定功率:kw

450

500

500

440

额定电流:a

35.5

50

51.3

51.4

额定电压:v

10000

10000

10000

6000

输入功率:kw

370.1

497.7

425.9

347

功率因数

0.81

0.65

0.65

0.83

电机效率%

83

75

68.5

84

起动电流:a

225

272

359.1

350

机组效率%

66.4

57.0

50

61.3

注:参数对比以皖化公司生产的350wlb-965/135-450-2/10 10kv 450kw 36.6mpa bcp泵为例。数据由国家排灌及节水设备产品质量监督检验中心进行水泵和电机全性能测试。国外产品数据为其说明书提供的数据。可以看出整机效率比国外同类产品高5个百分点。

 

2017年元月5日,中国机械工业联合会对皖化公司生产的bcp泵产品,在北京组织了《超()临界电站锅炉启动系统再循环泵》科学技术成果鉴定,鉴定委员会由清华大学教授岳光溪院士担任主任委员,六大发电公司、三大锅炉厂、电力规划设计总院、各大电力设计院等电力系统十六位权威专家组成,鉴定意见性能优良,安全可靠性超过国外同类产品填补了国内空白,可替代进口产品,总体性能指标达到国际先进水平

六、 结束语

bcp泵实现国产化,不仅可减少发电企业对进口设备的依赖,缩短设备供货周期,还可减少设备的购置费用。国产后的bcp泵价格仅是进口同类设备的价格的二分之一左右,产品投放市场后,售后的检修、备件的供给也完全国产化,可大幅度减少备件的购置成本达60%以上,对降低炉水泵的运行成本有较大的作用,同时凯发k8娱乐备用网址的售后服务也可摆脱依赖进口的被动局面。并对进一步提高我国bcp泵的制造技术水平有积极的作用。