論小型蒸汽鍋爐給水泵的節能

1  前言
        我國小型蒸汽鍋爐均為成套出廠。配套的鍋爐給水泵多數為臥式多級離心泵（GC型,DG型）,1 t/h以下的蒸汽鍋爐也配渦流泵，基本按鍋爐額定壓力選擇給水泵。鍋爐給水泵在運行中表現為能力大、電耗高。為節約用電，一些用戶配置了變頻器，采用調速節電。一些文獻也推薦采用變頻器，但變頻器投資高，而且往往達不到預期的效益。本文以臥式多級離心泵為例，尋求鍋爐給水泵節能新途徑。由于我國70萬臺工業鍋爐中約2/3為蒸汽鍋爐，因此小型蒸汽鍋爐給水泵節能具有現實意義。
2  GC型、DG型鍋爐給水泵電耗高的原因
        (1 )GC型、DG型鍋爐給水泵為多級離心泵，水泵規格少，缺少小流量泵，而且每個規格的流量差很大，每級葉輪揚程高達20一25m。鍋爐給水泵選型時只能按就近規格選用。按我們習慣的設計原則：鍋爐給水泵流量是以鍋爐容量乘以一定的安全系數；揚程以鍋爐安全閥開啟壓力、管道阻力、位差之和乘以一定的安全系數來考慮的。這樣的設計，容量肯定偏大。但按結果選型，仍然沒有相應的水泵，只能就近配置更大容量的水泵。以DZL2一1.25蒸汽鍋爐為例，按設計原則鍋爐給水泵Q=2.5m3/h,H=160一180m，選用GC型鍋爐給水泵時因無相應規格的泵，只能就近選用的泵。
        (2)GC型、DG型鍋爐給水泵原設計效率低，水泵NPSH值高。其葉輪為普通鑄造葉輪，比較粗糙；軸封為填料密封，易漏水；泵需用冷卻水；而且裝配不夠精密，水泵實際性能和樣本性能參數有較大差距。一些企業生產的改進型GC型、DG型泵標明有較高效率，但仍需配套很大功率的電動機。
        (3)現鍋爐給水泵出廠時按鍋爐額定壓力配套，由于絕大多數蒸汽鍋爐不在額定壓力下運行，很多鍋爐運行壓力和額定壓力有很大差距。按額定壓力選型的鍋爐給水泵在實際運行中的揚程和流量均高于實際需要，其運行效率也遠離效率曲線最高點。以DZL2一1.25蒸汽鍋爐為例，實際運行壓力0.6-0.8MPa,配套的鍋爐給水泵（1 GC一5×7）效率約為25%，多級泵的實際效率更低，估計GC型泵其實際效率僅為25％一35%。因此，鍋爐給水泵節能的重點是如何提高其效率。
3 GC型鍋爐給水泵變頻節電效果
        不少文獻資料和變頻器生產廠給出的變頻水泵節能效果計算公式：泵能耗與泵轉速的三次方成正比。如果泵轉速是其額定轉速的1/2，其能耗是其額定值的1/8，節能87.5%，果真如此嗎？
        蒸汽鍋爐在正常運行中，絕大多數鍋爐供汽壓力變化范圍較小。變頻鍋爐給水泵接近于恒壓供水。從水力相似條件下的水泵特性公式可知：
Q₁/ Q₂=n_l/ n₂;P_l/P₂＝(n_l/n₂)²;N₁/N₂＝(n_l/n₂)³
        可見，鍋爐給水泵節電效果僅與轉速的一次方成正比，而不是同三次方成正比。鍋爐給水泵變頻節電效果比想像的要小得多。
        在水力相似條件下，水泵效率保持不變，即使鍋爐給水泵采用變頻調速節電，其效率仍然很低。
4  小型蒸汽鍋爐給水泵的節能
        (1)蒸汽鍋爐給水泵節能須以提高效率為原則現在進口的或國產的立式多級管道泵，其效率曲線長而平坦，對應的流量范圍變化大，可在較大流量范圍內保持較高的運行效率。對DZL2-1.25蒸汽鍋爐，選擇CR3型給水泵，其效率達到50％以上。流量范圍為1.6--4.0m3/h，比GC型泵運行效率至少提高1倍，節電達50%。該類泵規格多，流量間隔明顯，便于選型。
        立式多級管道泵葉輪為不銹鋼沖壓成型，葉面光滑；采用機械密封，軸承為自潤滑形式，不會漏水；水泵NPSH值小。安裝方便無需現澆基礎，而且泵的振動很小，運行時感覺不到明顯的噪聲。由于該泵NPSH值小，運行時不易損壞，可靠性很高。
        (2)應改變設計理念
        現有的小型蒸汽鍋爐多為臥式快裝鍋爐，多數鍋爐出力很難達到額定出力，而且用戶在選用時已經考慮了安全系數，導致大馬拉小車的狀況。
GC型,DG型水泵性能不穩（高效曲線不平坦，高效段對應的流量變化范圍小），因此在設計選型時考慮了較大的安全裕量。立式多級管道泵高效曲線段長且對應的流量變化范圍大。在選用鍋爐給水泵時按鍋爐容量對應的水泵即可。如DZL2一1.25蒸汽鍋爐選用CR3型泵即可滿足要求，對加長爐排的快裝鍋爐，因其出力足，可放大一個型號選用鍋爐給水泵。
        (3)應按實際運行壓力選型
        立式多級鍋爐給水泵每級葉輪揚程為5一6m,按不同級數組裝的水泵其揚程變化范圍寬，可滿足不同運行壓力的鍋爐配套，從而確保鍋爐給水泵運行效率不偏離效率最高曲線段。鍋爐給水泵應由鍋爐設計者或使用者根據實際運行壓力選型。水泵最高揚程為：鍋爐最高使用壓力十（0.2-0.3)MPa。
        (4)特殊情況下（水泵揚程變化較大）采取的措施
        對已按鍋爐額定壓力選擇的高效鍋爐給水泵，當鍋爐降壓運行后，由于離心水泵的特性，其運行點右移，水泵揚程降低，流量增加，效率下降。水泵NPSH上升，水泵易損壞。對此狀況，宜用變頻調速，使鍋爐給水泵仍舊回到原流量范圍。在水力相似的條件下，降低水泵揚程，使其效率仍保持在高效段，根據水泵特性：
P₁/P₂＝（n₁,/n₂ )²；N₁/N₂＝（n1/n₂ )²
        在此條件下變頻水泵的節電效果與轉速的平方成正比，同樣比想像的要小得多。因此，除非有較大的揚程變化，小型鍋爐給水泵安裝變頻調速效果不明顯。
5   結論
        (1)小型蒸汽鍋爐給水泵應以“效率”為選擇原則。用CR型多級離心泵替代原有的GC, DG型，可以節能50％以上。
        (2)小型蒸汽鍋爐給水泵選用時可不考慮安全系數，按照鍋爐噸位直接選擇相應的水泵。
        (3)小型蒸汽鍋爐給水泵揚程應按實際運行壓力選取，其揚程為：最高使用壓力＋(0.2--0.3)MPa。
        (4)鍋爐給水泵變頻節電效果不明顯，在考慮給水泵節電時應優先考慮高效水泵。除非水泵揚程富裕過大，可考慮變頻調速節電。
參考文獻
[1]周漠仁．流體力學泵與風機〔M〕北京：建筑工業出版社．作者簡介：金涌(1967一），男，工程師，從事設備管理和技術改造工作。