Hayward Tyler無密封型濕定子爐水循環(huán)泵技術(shù)

從能源儲藏的角度，中國的煤炭儲量占全世界的12.5%，僅次于俄羅斯和美國。在近20年的高速發(fā)展中，我國的火電機(jī)組從亞臨界發(fā)展到如今的超超臨界。在各種發(fā)電技術(shù)中，我國今日的燃煤火電技術(shù)是全世界一流水準(zhǔn)，不僅能夠滿足國內(nèi)所需，更在海外博得了大量美譽(yù)，也順應(yīng)了中國“一帶一路”的偉大發(fā)展戰(zhàn)略。基于此，對整個鍋爐發(fā)展而言，無密封型濕定子爐水循環(huán)泵一直是大型鍋爐不可或缺的一部分（見圖1）。

圖1 海伍德泰勒無密封型濕定子爐水循環(huán)泵的懸掛安裝

公司總部位于英國的海伍德泰勒集團(tuán)（Hayward Tyler），于20世紀(jì)50年代為了配合日益增大的火電機(jī)組鍋爐設(shè)備，同期研發(fā)了無密封型濕定子爐水循環(huán)泵。布置模式上，泵殼是直接焊接在鍋爐的管道上，而電機(jī)則依靠高強(qiáng)度螺栓與泵殼連接為一個整體，泵殼內(nèi)充斥高溫、高壓的鍋爐水。

發(fā)展至今，海伍德泰勒的無密封型濕定子爐水循環(huán)泵已在全球累計(jì)售出超過2500臺，廣泛應(yīng)用于全球各型號燃煤發(fā)電機(jī)組，占據(jù)全球各品牌爐水循環(huán)泵裝機(jī)總量的三分之二。隨著技術(shù)的發(fā)展，目前海伍德泰勒可設(shè)計(jì)并生產(chǎn)最高能夠承受450 bar/400℃的無密封型濕定子爐水循環(huán)泵，可滿足任何火電機(jī)組的需要。

1. 無密封型濕定子爐水泵在燃煤鍋爐上的作用

鍋爐運(yùn)行中，下降管中的水密度大于水冷壁中的水密度，此密度差形成鍋爐的流動壓頭。當(dāng)水接近臨界點(diǎn)時，密度差減小，不足以維持流動壓頭，于是在下降管部位加裝爐水循環(huán)泵維持足夠的流動壓頭，保證鍋爐水循環(huán)的可靠性。正常穩(wěn)定的水循環(huán)可以保證鍋爐蒸發(fā)受熱面得到有效冷卻，是鍋爐安全運(yùn)行的基本條件之一。

現(xiàn)在大型機(jī)組以直流爐占主導(dǎo)，直流鍋爐與汽包鍋爐不同，在機(jī)組清管和點(diǎn)火之前，為減水少流動的不穩(wěn)定性和避免水冷壁管壁溫度低于允許值，需要建立一個不低于水冷壁最小流量的給水流量，但由于在啟動和清管階段，給水吸收熱量較少，部分水無法蒸發(fā)成蒸汽，而這部分水不能進(jìn)入過熱器系統(tǒng)，這樣就需要在過熱器之前建立一個啟動旁路，將多余的水排放出，因此直流鍋爐的啟動旁路系統(tǒng)的主要作用如下：

A．啟動、停止鍋爐系統(tǒng)和低負(fù)荷運(yùn)行過程中，維持鍋爐的最小給水流量，以保護(hù)爐膛水冷管，同時滿足機(jī)組啟、停及低負(fù)荷運(yùn)行最小流量的要求。

B．超臨界直流鍋爐對給水品質(zhì)有嚴(yán)格的要求，在鍋爐點(diǎn)火時，給水品質(zhì)必須滿足要求，因此啟動系統(tǒng)另一個作用是在鍋爐冷態(tài)清洗時為清洗水返回給水系統(tǒng)提供了一個流通通道，請見圖2。

圖2 超臨界&超超臨界燃煤機(jī)組鍋爐啟動系統(tǒng)示意圖

2. 無密封型濕定子爐水循環(huán)泵的結(jié)構(gòu)

爐水循環(huán)泵是由泵體、電機(jī)體及熱交換器三部分共同組成。泵殼焊接在鍋爐管道上，內(nèi)置一個離心葉輪，用于泵送高溫爐水；電機(jī)設(shè)計(jì)為濕定子，工作中電機(jī)內(nèi)充滿水；熱交換器安裝于電機(jī)側(cè)面，用于對電機(jī)進(jìn)行持續(xù)冷卻。泵和電機(jī)之間采取了特殊設(shè)計(jì)，確保泵送的高壓熱水無泄漏。

圖3 爐水泵的基本結(jié)構(gòu)和解剖

圖3 爐水泵的基本結(jié)構(gòu)和解剖

（1）細(xì)脖子特殊設(shè)計(jì)—由于泵殼內(nèi)溫度非常高，通常在350℃左右，而電機(jī)溫度又需要控制在50℃上下，因此海伍德泰勒無密封型濕定子爐水泵采用了細(xì)脖子的設(shè)計(jì)，即圖3中泵殼和電機(jī)當(dāng)中細(xì)如脖頸的部位，通過細(xì)脖子的設(shè)計(jì)，外界的低溫空氣對傳導(dǎo)到細(xì)脖子處的熱量進(jìn)行有效散除的同時，由于其中的轉(zhuǎn)子和細(xì)脖子內(nèi)壁之間的間隙細(xì)小，因此可有效減少冷、熱水的對流量。請見圖4

圖4 爐水泵的細(xì)脖子

（2）擋圈設(shè)計(jì)—在電機(jī)與泵殼連接處，有一塊電機(jī)擋圈，電機(jī)擋圈可限制固態(tài)物質(zhì)進(jìn)入電機(jī)腔。

（3） 熱交換器—用熱交換器來維持電機(jī)內(nèi)的低溫，該熱交換器采用閉路水循環(huán)系統(tǒng)，以帶走電機(jī)運(yùn)行中產(chǎn)生的熱量及泵體傳導(dǎo)的熱量。另外，該水循環(huán)可以對軸承進(jìn)行潤滑。循環(huán)系統(tǒng)中還有一個內(nèi)置過濾器，可過濾的電機(jī)內(nèi)的雜質(zhì)顆粒物。請見圖5

圖5 爐水泵的閉路冷卻水循環(huán)系統(tǒng)

3. 無密封型濕定子爐水泵的特點(diǎn)與優(yōu)勢

懸空掛在鍋爐管道上：大多數(shù)的鍋爐制造商會在常規(guī)泵的設(shè)備底板下方安裝彈性支架或在泵前安裝管道膨脹回路來吸收固有的大型管道工作負(fù)荷。海伍德泰勒爐水循環(huán)泵可以自由地懸掛在鍋爐管道上。當(dāng)鍋爐加熱和冷卻時，它可以隨著管道的膨脹和收縮而移動。因此，它不需要額外的部件—例如減振器之類的，也不需要對鍋爐有任何其他的要求。

無密封設(shè)計(jì)：在鍋爐循環(huán)水工況下，常見的機(jī)械密封系統(tǒng)極度容易發(fā)生故障，導(dǎo)致鍋爐系統(tǒng)的高壓、高溫水/蒸汽大量泄漏，因此需要頻繁的定期更換，否則容易出現(xiàn)事故，造成嚴(yán)重的后果。而爐水循環(huán)泵是無機(jī)械密封泵，泵殼與電機(jī)是相通的，連在一起的，因此不需要機(jī)械密封組件，可靠性更高。

泵殼電機(jī)一體式貫通設(shè)計(jì)：由于我們的泵/電機(jī)軸是一個整體，并且完全封閉在泵/電機(jī)的外殼內(nèi)，因此不需要聯(lián)軸器或聯(lián)軸器保護(hù)裝置。結(jié)構(gòu)上比普通的機(jī)封泵要更簡單，同時不需要在現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)校。同樣，由于我們是完全封閉的，所以不會有任何周遭環(huán)境中的砂礫灰塵進(jìn)入我們泵電機(jī)內(nèi)部的風(fēng)險(xiǎn)。

正是擁有這無法替代的特殊性和優(yōu)勢性，所以全世界范圍內(nèi)的火電機(jī)組在選擇爐水泵的時候首選就是海伍德泰勒無密封型濕定子爐水循環(huán)泵。

4. 無密封型濕定子爐水泵的日常維護(hù)注意事項(xiàng)

（1）新電機(jī)到達(dá)電廠后，電廠無需在對電機(jī)進(jìn)行耐壓測試，該測試具有破壞性，對電機(jī)不利?？刹榭措S電機(jī)的測試報(bào)告。爐水循環(huán)泵的測試與標(biāo)準(zhǔn)詳情可見附件《爐水泵需要遵循的標(biāo)準(zhǔn)、測試》

（2）在調(diào)試期間，我們需要對電機(jī)進(jìn)行三次5秒點(diǎn)動來排除注水時帶入的空氣，所以只有在電機(jī)重新注水后，每次啟動前才需要對電機(jī)進(jìn)行三次點(diǎn)動。

（3）電機(jī)運(yùn)行中如果發(fā)現(xiàn)電流有較頻繁大幅度波動、電機(jī)腔溫有明顯上升、電機(jī)絕緣出現(xiàn)大幅波動、電機(jī)連接的高壓法蘭處發(fā)生滲漏等異常情況，電廠方應(yīng)及時與廠家取得聯(lián)系，必要時可對電機(jī)進(jìn)行返廠檢修。

（4）當(dāng)鍋爐檢修時，正確的放水順序應(yīng)該是，相對鍋爐進(jìn)行放水，然后對泵殼進(jìn)行放水，最后才能對電機(jī)腔內(nèi)進(jìn)行放水。

（5）當(dāng)鍋爐處于冷態(tài)且此時環(huán)境溫度低于2℃時，需要對電機(jī)實(shí)施保溫措施，通常我們需要持續(xù)開啟二次冷卻水，水溫控制在三十多度，依靠二次水持續(xù)對電機(jī)進(jìn)行加熱保溫。如果電機(jī)已配備保溫裝置，請持續(xù)關(guān)注腔溫變化。

（6）關(guān)于電機(jī)的儲存，有備用電機(jī)的電廠，需要將電機(jī)端蓋向下豎立穩(wěn)定于木板上，確保接線盒不觸碰到地面，并進(jìn)行安全固定。然后向電機(jī)內(nèi)注入保護(hù)液，保護(hù)液需要漫過葉輪為止，并委派人員定期檢查是否有滲漏。

（7）對于新機(jī)組投運(yùn)的爐水泵，電機(jī)在投運(yùn)一年后進(jìn)行一次保養(yǎng)和檢修，以后機(jī)組每運(yùn)行15000個小時對電機(jī)例行保養(yǎng)、檢修一次。可交由海伍德泰勒集團(tuán)的全資子公司--海伍德泰勒泵業(yè)（昆山）有限公司進(jìn)行保養(yǎng)和檢修，海伍德泰勒泵業(yè)（昆山）有限公司擁有各品牌爐水循環(huán)泵的保養(yǎng)及檢修經(jīng)驗(yàn)。

（8）保養(yǎng)和檢修期間，建議試驗(yàn)項(xiàng)有：絕緣性能試驗(yàn)、鐵損及熱點(diǎn)試驗(yàn)、無損探傷試驗(yàn)及動平衡試驗(yàn)等。根據(jù)解體后各臺泵/電機(jī)情況的不同，海伍德泰勒昆山工廠會為客戶提供相應(yīng)的報(bào)告，會有以下這些測試可進(jìn)行更細(xì)致的檢查：水力試驗(yàn)、泵性能測試等。

圖6 爐水泵的連接螺栓的拆裝示意圖

5. 結(jié)論

綜上所述，爐水泵本質(zhì)上是一種無密封式的，濕式定子，鼠籠式電機(jī)驅(qū)動的特殊離心泵，它的工作環(huán)境非常極端（高溫、高壓），而它的作用非常關(guān)鍵，是整個鍋爐的核心部件之一，在確保鍋爐可靠運(yùn)行的同時，提高了鍋爐的使用效率。隨著國家對環(huán)保要求的提高，爐水循環(huán)泵正在與時俱進(jìn)的在環(huán)保和綠色能源等多個領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用，為這些新興的領(lǐng)域提供最好的解決方案。而海伍德泰勒人也如同他們的前輩一樣，不僅是在做產(chǎn)品，而更多是在為他們的眾多客戶提供專業(yè)并高效的解決方案。

附件《爐水泵需要遵循的標(biāo)準(zhǔn)、測試》

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.