1050MW超超临界高效一次再热机组国产炉水循环泵的优化

摘要：综述了火电厂主要辅助设备炉水循环泵国内外情况，经过广泛调研、选型优化，万州电厂配置了国产炉水循环泵，安装、调试、试运行均满足设计使用技术要求，运行可靠性高，质量明显优于国外进口产品。
前言

炉水循环泵(Boiler Water Circulating Pump以下简称BCP泵)是锅炉系统中承受高温高压的一种无轴封特种水泵，一般用于强制循环锅炉、直流循环锅炉和控制循环锅炉的系统中，直接参与锅炉的高压、高温炉水循环，工作条件十分苛刻、工作性质又十分重要，如何提高BCP泵(特别是BCP泵电机)的可靠性对电厂安全运行有十分重要的意义。BCP泵是超超临界大型发电机组的关键配套设备，作用是机组在启动及低负荷运行阶段、锅炉达到最低直流负荷之前确保炉膛水冷壁的安全，即保持水冷壁可靠冷却和流动稳定性，最大限度地回收启动工质和热量，提高机组启动的经济性[1]。

01
BCP泵国产化

BCP泵自1959年第一台200Mw的强制循环炉在英国Highmarnham发电厂投入运行，该技术至今已发展了五十多年。国际上仅有英国HAYWARDTYLER、德国KSB及日本TORISIMA(引进KSB技术)等少数几家公司能生产BCP泵(目前投用产品最高设计压力为33MPa，最高工作电压为10kV)。由于BCP泵技术难度大、要求高，几家外国公司产品垄断了国内和全球市场，单台BCP泵价格在1000多万元，并且交货周期要2年左右，质保期仅为1年，设备运行故障多，售后服务条件苛刻等问题严重影响了电厂的长周期安全运行。

国内许多电厂和电力设备制造厂均期望有国产BCP泵的诞生。合肥皖化电机技术开发有限责任公司(以下简称皖化公司)是目前国内第一家，世界第三家拥有BCP泵制造自主知识产权的公司。

万州电厂是国产化示范项目，为实现主辅设备国产化，满足项目工期要求，经过广泛调研，万州电厂认为皖化公司设计制造的BCP泵技术先进质量可靠，在价格、交货期和售后的服务方面有较强的优势和竞争力，具备1050Mw等级新一代超超临界高效超低排放燃煤发电机组BCP泵的设计制造能力。并协调锅炉供货方东方锅炉股份有限公司与皖化公司签订了万州电厂两台1050Mw机组BCP泵采购合同。

02
国产BCP泵的选型优化

2.1 直流锅炉启动系统设置BCP泵的优点

(1)在启动过程中回收热量。

(2)在启动过程中回收工质。与简易启动系统相比，带BCP泵的启动系统可以回收工质，采用再循环泵，再循环流量与给水混合后进人省煤器，从而可以节省由于此部分流量进入扩容器后膨胀、蒸发而损失的工质。

(3)开启BCP泵进行水冲洗。采用再循环泵系统，可以用较少的冲洗水量与再循环流量之和获得较高的水速，达到冲洗的目的。

(4)在锅炉启动初期，渡过汽水膨胀期后，锅炉不排水，节省工质与热量。

(5)汽水分离器壁厚较小，热应力低，锅炉启动、停炉灵活。

2.2 技术经济比较

万州电厂对带锅炉BCP泵和不带锅炉BCP泵两种启动系统优缺点进行了分析和研究，并进行了两种系统的技术经济比较，其结论为:

(1)两种启动系统在技术上均已比较成熟，且均在国内同类机组上有运行业绩，技术上均可行。两种启动系统各有优缺点:带BCP泵启动系统较复杂、设备多，运行维护工作量大，但在启动过程中能够缩短启动时间、减少热量损失、减少补给水量，能更有效地控制蒸汽温度，易满足汽轮机冲转参数的要求[2];而不带BCP泵的系统简单可靠，运行维护方便，但在启动过程中回收的工质和热量小，延长了启动时间，增加了锅炉补给水量和燃料的消耗量[3]。
(2)在经济性方面，带BCP泵运行成本较低，每年可节约运行维护费47.2万元;带BCP泵的系统较不带BCP泵的系统单台锅炉初投资仅增加约500万元;万州电厂机组每年启停频繁(重庆区域)，单台锅炉每年按10次启停计算，全寿命期(按20年计)综合收益:带BCP泵的单台锅炉可节约1870万元，综合经济性显著。

(3)神华万州电厂新建工程2×1050Mw超超临界燃煤发电机组主机采用高效一次再热技术，是国内首次采用28.00MPa/600°C/620°C百万等级超低排放的火电工程，能耗指标达到世界先进水平。通常来讲，随着国内节能调度的逐步实施，热效率较高、发电标煤耗较低，会得到更多的上网发电机会，频繁启停概率较小，且在上网期间负荷较高;但是，重庆区域负荷容量小，水电丰沛，黄万线潮流返送，导致万州电厂负荷经常受限、必须经常参与深度调峰、经常面临低负荷运行、经常面临频繁启停的困境。

2.3 专利技术

神华万州电厂2台超超临界机组锅炉设计蒸汽参数为29.4MPa/605°C/623°C，结合厂用电电压等级的要求，配套的BCP泵设计压力要达到36.6MPa，设计温度为360°C，驱动电机电压等级为10kV，BCP型号选择为:350WLB一965/135—450—2/10，为目前国内电压等级及压力参数最高的BCP泵。为提高BCP泵的可靠性，皖化公司在汲取国外和自己以前生产的BCP泵经验的基础上，进行了多项技术攻关，应用了多项专利技术，提高了设备可靠性。

(1)定子绕组采用单双层六平面同心式绕组，改善了绕组端部的散热条件，增加端部绕组的固定措施，防止运行中绕组振动磨损。

(2)定、转子冲片采用专利技术的闭口槽结构，减少磨损和定、转子气蚀，提高电机效率和使用寿命。

(3)采用外置式磁性过滤器，提高冷却水的清洁度和通流能力，防止过滤网堵塞造成轴承损坏和电机腔内超温停机，实现在线清理。

(4)定子绕组引出线密封导电接头采用复合绝缘自密封式内装结构，提高了导电接头的可靠性，解决了超(超)临界机组BCP泵导电接头事故多发的问题。

(5)推力轴承采用新型结构，提高了轴承的承载能力和耐磨性。

(6)炉水泵电机采用热屏散热翼片结构技术，可提高散热能力20%~30%，改进热屏的隔热性能，降低电机腔内的温升，减缓绕组绝缘老化。

(7)在泵和电机之间加装防污密封装置，减少泵内颗粒物进入电机腔室造成轴承异常磨损，延长推力轴承和导向轴承的使用寿命，减少过滤器的堵塞。

03
BCP泵的安装和调试[4]

3.1 水压试验

锅炉安装后的水压试验和化学清洗应在电机安装前进行，此时参加水压试验和化学清洗的泵壳体加装配套的临时堵板密封。由于泵壳体内是空敞的，可打开各泵的出口阀以使锅炉内均匀充水。在水压试验完成并将锅炉水放掉后，清洗下降管和汇合集箱，以防污物进入泵腔。对泵的水压试验压力为常温下泵的设计压力(水温不得低于21°C)。所有接点、密封面和焊缝应承受试验压力且持续足够时间以便全面检查螺栓、垫圈等接口的严密性，不应有泄漏发生。化学清洗后，拆除临时堵板，安装泵轮和电机组件。

3.2 BCP泵注水注意事项[5]

倒置式BCP泵(电机置于泵的下端)的设计在布置结构上已大大减少了泵内贮存空气的危害，然而仍必须留心并采取合理措施防止泵内滞留气穴。由于轴承与电机绕组的间隙很小，即使贮存很少量的空气也会破坏这些部份润滑和冷却而导致严重损坏。

在运行前，BCP泵注水时，空气容易贮存在高压冷却水系统内。当冷态启动和在低压条件下初始运转时，空气就可能排到泵内。为了保证电机注水充满，防止滞留气穴，注水时应特别注意下列几点:

(1)在第一次充水时，不建议用来自给水泵的锅炉给水，最好选用机组补水，即合格的除盐水，注水前必须对注水管路进行清洗，化验注水水质合格(pH值7~9，电导率<10uS/cm)。

(2)注水冷却器后水温必须在21°C~50°C之间，且进入电机内充水温度要恒定，监视好清洗水量，注水速度不大于3L/min。
(3)电机腔室排水电导率小于10uS/cm时方可结束注水。

(4)电机注水前严禁向锅炉上水，以防泵体内杂质进入电机，禁止通过泵壳向电机内注水。

(5)高、低压冲洗水不可以同时使用。

(6)泵体注水过程中应经常检查各注水滤网压差<0.145MPa。

(7)注水时应排尽电机腔室内部空气，对于首次启动或检修后启动应进行点动排气。

在之后的机组吹管和带负荷调试期间，BCP泵启停十余次，均能正常投运，其流量、扬程、电流、温度及振动等各项指标均达到设计要求，运行情况良好。2015年2月9日1号机组顺利通过I68h满负荷试运行投入了正常生产。由于川渝电网的结构特点，1号机组投运后随电网调度又多次启停。锅炉启动系统的BCP泵均能正常投入，并满足锅炉在各种工况下的运行要求。

2015年9月18日万州电厂2号机组投产，其中在2号机组调试阶段，由于安装人员的失误将BCP泵的电源相序接反造成电机反转，安装人员发现BCP泵流量异常时才停BCP泵，反转运行已达十几个小时(使用手册要求不允许反转运行，国外的BCP泵反转5min轴承就可能损坏造成严重故障)，该BCP泵调整电源相序后再次启动投运，一切正常。此后BCP泵随着2号机组调试多次启停，各项技术指标和参数在各种启动工况下均达到设计要求。

04
BCP泵的运行和维护

4.1 BCP泵投运前检查与准备

(1)BCP泵的检修工作已结束，现场已清理;

(2)检查BCP泵电机外壳接地良好，电机绝缘合格，对地电阻>20OMΩ;

(3)BCP泵进出口电动门、再循环电动门、过冷水电动门、出口360阀、361阀电源气源送上，开关良好;

(4)确认储水箱的水位变送器投运正常;

(5)确认BCP泵各项联锁试验合格;

(6)检查泵体所有温度测点、压力、压差、流量变送器均完好，一、二次门位置正确;

(7)检查投运BCP泵的低压冷却水系统;

(8)对BCP泵电机腔室的注水管路冲洗，排水水质满足要求时，冲洗结束;

(9)对BCP泵的电机腔室注水(按注水的相关要求操作)。

4.2 BCP泵启动前试验

BCP泵初次或检修后首次投运前，联系热工人员共同进行下列跳闸保护试验:

(1)BCP泵运行，进出口压差≤60kPa;
(2)BCP泵电机腔室温度≥65°C;
(3)BCP泵运行，进口电动门关;
(4)BCP泵运行，出口电动门关与上再循环电动门关。
(5)BCP泵运行，储水箱水位低低。
(6)检查确认泵高压冷却器闭式水无流量低报警;
(7)检查确定泵入口水温与泵体温差小于55°C:
(8)点转BCP泵5S，停15min后再点转5S，反复三次，使BCP泵及高压冷却水系统中的空气充分逸出;
(9)15min后启动泵;
(10)调整储水箱水位正常，投入BCP泵出口调门自动，设定省煤器进口给水流量，检查BCP泵电流正常;
(11)检查BCP泵进出口压差、电机高压冷却水温升、电机腔室温度等参数正常。

4.4 BCP泵运行监视与调整

(1)检查BCP泵无异常的振动和声音，无渗漏;

(2)检查BCP泵出口调门自动良好，省煤器进口流量正常，BCP泵电流正常;

(3)BCP泵高压冷却器闭式水无流量低报警，电机冷却水进水温度<49°C，电机外壳温度<45°C；

(4)B(泵运行时，泵进、出口压差应>60kPa

(5)电机接线盒密封良好，无水、汽冲刷;

(6)BCP泵自由膨胀良好，有充足的自由膨胀空间;

(7)BCP泵停运后，检查暖管疏水电动门开启，暖管调门控制储水箱水位正常;

(8)BCP泵泵进口工质温度>65°C时，必须保证BCP泵冷却水压力和流量正常，严禁中断BCP泵冷却水。

4.5 BCP泵跳闸

现象1)BCP泵跳闸，DCS报警;(2)省煤器进口给水流量低;(3)储水箱水位上升。

原因1)BCP泵电机腔室温度高;(2)BCP泵进出口电动门关闭;(3)BCP泵压差小于60kPa;(4)BCP泵电机电气保护动作。

处理1)BCP泵跳闸时，应监视省煤器进口的给水流量，立即提高给水泵的转速，保证省煤器进口的给水流量，防止锅炉因给水流量低低触发MFT;(2)如果给水流量低保护动作，按MFT动作处理;(3)若储水箱水位上升较快，检查确认储水箱361阀动作正常;(4)若由于电机腔室温度高引起跳闸，应检查温度高的原因并消除后才能启动;(5)若锅炉已转为干态运行，做好BCP泵停运后的各项工作。

4.6 BCP泵定期检查保养

BCP泵每6~12个月进行检查和保养，在对BCP泵进行维修之前，必须确保电机的电源已被隔绝，开关在检修位。主要检查保养项目1)拆开接线盒，拆除电缆线，清除引出线绝缘套管和绝缘柱上的污垢并进行干燥处理。(2)测量定子绕组的绝缘电阻，冷态时不小于200MΩ (额定电压≥3kV)，热态时(水温50°C)不小于10MΩ (额定电压10kV)。(3)测量定子绕组的直流电阻符合厂家说明书要求，线间直流电阻相差不大于1。(4)检查清理各冷却系统过滤器。

05
结语

神华万州电厂新建工程作为国家超超临界火电机组关键设备国产化示范工程，在国产化的道路上进行了许多尝试，并取得了示范性成果，其中BCP泵性能优良、运行可靠，几乎没有维护量，质量明显优于国外产品。通过在万州电厂2台机组锅炉启动系统的运行实践，国产BCP泵完全能够满足大型超超临界发电机组锅炉启动系统和其他型式锅炉强制循环泵的要求，加上其价格、交货期和售后服务等方面的优势，值得大力推广和应用。

来源：《锅炉技术》2017年