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旋膜式除氧器低位布置的计算及经济优势

旋膜式除氧器低位布置的计算及经济优势
 

600MW超临界机组为列,通过旋膜式除氧器的暂态计算及经济比枝,论述旋膜式除氧器低位布置在13.7m标高的可行桂。【关键词】旋膜式除氧器暂态计算;低位布置;给水泵汽蚀

旋膜式除氧器的布置高度必须确保机组各种运行工况下,给水泵进口处不发生汽蚀。汽轮机从满负荷甩负荷至零时,旋膜式除氧器抽汽量骤然降为零,旋膜式除氧器内饱和水压力和温度由额定工作压力和温度逐渐下降,由于给水泵入口流体温度变化滞后于旋膜式除氧器内饱和水温度的变化,导致给水泵汽蚀有效富裕压头偵减少,所以甩负荷工况为给水泵汽蚀的恶劣工况。通过旋膜式除氧器暂态计算程序,精确计算甩负荷丄况时给水泉的汽蚀情况,根据暂态计算结果及经济技术比较,论述旋膜式除氧器低位布置的可行性。

给水泵的布置型式电动、汽动给水泵,国外有的将其布置在汽机房运转层,也有的将其布置在汽机房0m层;在国内600MW超临界机组的布置中,均将电泵(若有的话)布置在0m层,汽动给水泵布置在汽机房运转层。对于汽泵前置泵,一种方式是布置在运转层,与汽动给水泵同轴布置,共同采用小汽轮机驱动;另外一种方式是布置在0m层,采用单独的电动机駆动。目前国内基本上是采用布置在0m层,采用单独的电机驱动。在假定电动给水泵组、汽前泵布置在Om层,汽动给水泵布置在运转层的前提下,确定旋膜式除氧器布置标髙,然后通过计算给水泵(前置菜)的汽蚀情况,综合考虑主厂房结构及管道投资等技术经济要求,确定旋膜式除氧器的低位布置在13,7m标高的可行性。目前国内600MW超临界机组的电动给水泵组一般为启动泵不具备用功能,扩建机组一般已经取消了电动给水泵组。另外,在釆用汽动给水泵和前置泵配置时,由于前置泵出口流体压力较高,汽动给水泵不会发生汽蚀,然而旋膜式除氧器内介质为饱和水,在汽泵前置泵容易产生汽蚀现象,因此主要考虑暂态过程中汽泉前置泵的汽蚀情况。

国内外旋膜式除氧器布置标高概况

关于旋膜式除氧器布置标髙的确定,《火力发电厂设计技术规程》中明确规定:旋膜式除氧器给水箱的安装标高,应保证在汽轮机甩负荷瞬态工况下,给水泵或前置泵的逬口不发生汽化。国内超临界机组根据规程要求,综合考虑设备,管道及检修空间布置要求,确定旋膜式除氧器布置标高情况见下表1。

1国内超临界机组旋膜式除氧器布置情况

电厂名称

华能沁北电厂一期

珠海发电

厂一期

3,4号机组

大唐潮州三百门电厂

阜阳华润2x600MW电厂

装机容t(MW)

2x600

2x600

2x600

2x600

旋膜式除氧器给水箱中心线标高(m)

29.0

28.94

28.50

27.5

给水棄及龍置泵中心线标高(m)

1.092

0.89

0.695

0.9

旋膜式除氧器和泵中心线高差(m)

27.908

28.05

27.805

26.6

旋膜式除氧器水箱正常水位容积(m)

235

235

235

235

旋膜式除氧器工作压力(MPa)

1.13

1.012

0.7

1.331

给水泉流量(t/h)

1178

1055

1026

1068

下降管管径(mm)

4>480xl4

4>480xl2

4480x12

<|>480xl2

 

20世纪90年代初期建设的沙角C电厂3x660MW机组,旋膜式除氧器布置在运转层平台上(▽12.0m),该工程总包,至今给水泵及前置泵运行度好。部分电厂旋膜式除氧器标高情况见表2。表设计的部分机组旋膜式除氧器布量情况

电厂名称

A.LM

(MEXICO)

MAJUBA(SOUTHAFRICA)

CEGB(U.K)

Shajiao

C(CHINA)

装机容量(MW)

4x350

6x660

1x900

3x660

旋膜式除氧器给水箱中心线标高(m)

13.80

18.93

19.05

14.95

给水泵及前置泵中心线标高(m)

1.1

1.0

1.6

1.2

旋膜式除氧器和泵中心线高差(m)

12.70

17.93

17.54

13.75

旋膜式除氧器给水箱容积(m3)

100

280

233

183

旋膜式除氧器工作压力(MPa)

1.232

0.44

0.79

1.17

给水泵流量(t/h)

598

1008

1441

1051

下降管管径(mm)

260.3

355,6

400

333.3

 

从上表1、2可以看岀,目前国内600MW超临界机组旋膜式除氧器布置标髙电厂的旋膜式除氧器布置标高有较大差异,国内机组旋膜式除氧器一般为较髙位布覺,中心线标高约为27-29m,而设计电厂的旋膜式除氧器为较低位布置,中心线标高约为13-19m,这也说明了国内600MW超临界机组旋膜式除氧器布置标高具有较大的裕量。旋膜式除氧器布置标高直接影响除氧层标高,进而影响主厂房建筑总体积、单位千瓦主厂房容积、单位千瓦造价,主厂房静态投资等指标。因此参考国外先进的布置理念,在汽泵前置泵不发生汽蚀的前提下,合理地降低旋膜式除氧器布置标髙,对降低造价、节省投资意义重大。

旋膜式除氧器暫态计算

3.1汽蚀现象

当泵入口某处水流的压力低于其温度对应的饱和压力时,水发生汽化,并旦原来溶解于水中的气体也同时逸出,形成蒸汽、气体泡。这些充满着蒸汽和气体的空泡很快胀大,并随着水流向前运动。当空泡流到压力较高的地方时,充满着蒸汽和气体的空泡迅速凝缩、溃灭。空泡溃灭时,水以高速填补空泡的位置,在空泡中心形成微射流,射流速度高达lOOm/s,且水流彼此发生撞击,形成局部水击,这种现象称为汽蚀现象。泵在汽蚀工况下运转时,空泡破灭产生的高压力,频繁地打击在过流部件上,使材料受到疲劳,产生机械剥蚀。同时,逸出气体中的氧气,藉助空泡凝缩时放出的热量,对材料产生化学腐蚀。由于汽蚀现象的危害性,所以我们应保证任何工况下泵不发生汽蚀。

3.2泵发生汽蚀的条件

汽泵前置泵不汽蚀的基本条件为泵入口有效富裕压头大于零,即有效汽蚀余量NPSHa大于必需的汽蚀余量NPSHr,即:NPSH=NPSHa-NPSHr>0(1)

有效汽蚀余量NPSHa是指当泵在一给定系统中运行时,泵入口流体压力高于当地流体温度对应的饱和压力的压头,在实际系统中,汽泵前置泵有效汽蚀余MNPSHa往往决定于旋膜式除氧器运行压力、旋膜式除氧器水箱水位与泵中心线高差及管道阻力等因素。必需的汽蚀余量NPSHr为水泵吸入口压降与入口流道压降之和,取决于泵本身的特性,如结构、转速和流量,其值由水泵制造厂提供。在实际系统中,汽泵前置泵有效汽蚀余量NPSHa可由下式得到:

,

NPSHa=%+H-h- (2)PdgPr8把(2)式代入(1)式,有效富裕压头NPSH可整理为:NPSH=^-+H-h-^—NPSHr=(H-h-NPSHrHPagPvg PvgPdgAh=(H-h-NPSHr),AH=NPSH=Ah_AH其中H旋膜式除氧器水箱水位至泵中心线之间的高度差,h旋膜式除氧器出口到泵入曰管道及附件的阻力,円为旋膜式除氧器饱和水压力,Pd旋膜式除氧器饱和水密度,已为泵人口流体温度对应的饱和压力,A为泵入口流体密度,g为重力加速度。在稳态工况时,由于旋膜式除氧器饱和水的压力与泵人口流体温度对应的饱和压力相等,即:AH=0此时有效富裕压头:NPSH=Ah(Ah为稳态工况下泵的有效富裕压头)。在甩负荷丁况时,旋膜式除氧器饱和水温度及压力不断下降,由于流体从旋膜式除氧器出口到泵入门需要一定的流动时间,因此泵入口的饱和压力下降滞后于旋膜式除氧器内饱和水的压力的下降,即:AHmO此时有效富裕压头:NPSHAh-AH(AH为甩负荷时附加的有效富裕压头下降值)从以上分析可知,甩负荷工况时由于附加有效富裕压头下降值的存在,有效富裕压头相对于稳态工况下有所减小,即表示甩负荷工况会恶化汽泵前置泵汽蚀的条件,因此我们应进行旋膜式除氧器暂态计算确保甩负荷工况时汽泵前置泉不汽蚀。

3.3旋膜式除氧器暂态计算

旋膜式除氧器滑压运行时电泵、汽泵前置泵汽蚀计算时的主要输入参数如下:

1 热力参数按主机VW0工况下热平衡图;

2 旋膜式除氧器正常水位水箱容枳为180m3;

3 管道布置及阻力按布置图;

4 各低压加热器数据参考同类型机组;

5 参考同类型600MW超临界机组的设备,汽前置泵必需汽蚀余量VW0丄况下0%NPSHr)估取为SSmHQ;

旋膜式除氧器暂态计算参数如F3所示:

3旋膜式除氧器暂态计算参数表

项目

符号

单位

低位布置

常规高

位布置

计算总时间

T

s

300

300

低压给水管径

D

mm

4>480xl2

4)480x12

除鐵水箱计算水位至前置泵中心线高度差

H

m

16.455

28.755

派网阻力

P

m

0.9

0.9

下降管局部阻力系数(不包括滤网阻力)

1

 

1.55

2.065

下降管等值粗糙度

m

0.0002

0.0002

下降管长度

L

m

23.1

34.6

甩负荷时单台给水泵流量

Q

kg/s

263.9

263.9

甩负荷时除氧水箱内饱和水焙

ho

kj/kg

776.2

776.2

甩负荷时5号低加进入旋膜式除氧器的擬结水焙

hi

kJ/kg

599.6

599.6

凝汽器热井水焙

he

kJ/kg

151.7

15L7

下降管道内水重

w

4

3333.8

4993.44

除氧水箱贮水重量与金属当量水重之和

wc

kg

193713

193713

5号低加入口至旋膜式除氧器入口管道内擬结水重址及金属当量水重之和

W(

kg

17540

18721

热井至旋膜式除氧器入口擬结水重量及所有低压加热器金属、%量水重之和

We

78930

84244

汽泵前置泵必需汽蚀余景

NPSHr

m

3.5

3$

旋膜式除氧器暂态计算结果如下*

 

从图中可以看出,旋膜式除氧器布覽在13.7m运转层和26.0m层,甩负荷工况时汽泵前置泵都不会发生汽蚀。对于旋膜式除氧器布置在13.7运转层,暂态过程中小有效富裕压头大约为5m,而对于旋膜式除氧器布置在26.0m层,暂态过程中小有效富裕压头为14.42m,值得说明的是旋膜式除氧器暂态计算没有考虑泵人口滤网堵塞时对有效富裕压头的影响,然而一般滤网发生50%堵塞时滤网阻力增大约3-4m,由于目前小有效富裕压头裕量较大,即使考虑汽泵前置泵入口滤网发生50%堵塞,汽泵前置泵仍不会发生汽蚀。

旋膜式除氧器高低位布置经济性比较

旋膜式除氧器低位布置和常规高位旋膜式除氧器布置及火电工程限额(2008年水平)布置标高的不同,会直接影响除氧层标高,进而影响主厂房建筑总体积、主厂房静态投资、单位千瓦主厂房容积、单位千瓦造价等指标,同时也会导致相应管道投资不同,所以需要综合经济技术分析以选择优的布置方案。如下表:

名称

除机器低

常规的除氧

火电丄程限额

位布置

器高位布置

2008年水平)

1

旋膜式除氧器布置标高m)

13.7

26

-32.4

2

旋膜式除氧器布置跨度m)

9

9

9

3

旋膜式除氧器布置长度m)

171.5

171.5

171.5

4

占主厂房的容积(奇)

21145.95

40131

49999

5

土建造价(暂按310元加?)(万元)

655.5

1244.061

1549.969

6

管道、材料费用(以低位布置为基准)(万元)

0

-+25.4

-+39.0

 

从上表结果可以看出,采用旋膜式除氧器低位布置比采用常规旋膜式除氧器高位布置可节省土建造价约588.561万元,比火电工程限额(2008年水平)的旋膜式除氧器布置可节省土建造价约894.469万元。由于旋膜式除氧器低位布置,与旋膜式除氧器相连接的相关管道如:凝结水管道、低压给水管道、给水再循环管道等的长度相应要减少,因此,采用旋膜式除氧器低位布置比采用常规旋膜式除氧器高位布置可节省管道、材料费用约25.4万元,比火电工程限额(2008年水平)的旋膜式除氧器布置可节省管道、材料费用约39.0万元。