350MW机组无锅炉除氧器热力系统改造的水泵性能计算 

      350MW机组无锅炉除氧器热力系统改造的水泵性能计算，无锅炉除氧器热力系统在国内外已有工程应用，技术可靠并可取得一定经济效益。电厂进行无锅炉除氧器热力系统节能改造后，凝结水泵和给水泵的工作条件将发生变化，无锅炉除氧器热力系统工作的可靠性在很大程度上取决于水泵的正确选择。对现役典型350MW机组提出无锅炉除氧器系统改造方案，其系统结构简单、改造工作量小、改造费用低，运行方便、安全可靠，并对一级凝结水泵、二级凝结水泵、给水泵和低加疏水泵等的性能参数进行了分析研究，为工程中对各水泵的计算选型提供了理论依据与工程参考。
     电厂进行无锅炉除氧器热力系统节能改造后，凝结水泵和给水泵的工作条件将发生变化。无锅炉除氧器热力系统工作的可靠性在很大程度上取决于水泵的正确选择。在有除氧器的系统中，除氧器较大的水箱容积可以保证给水泵具有一定的备用容量。而在无锅炉除氧器热力系统中给水泵直接由二级凝结水泵供水，实际上是二级凝结水泵与给水泵串联的系统。在这种系统中为保证给水泵不断水，必须要求凝结水泵工作绝对可靠。
     一级凝结水泵只需将凝汽器中的主凝结水输送到混合式低压加热器，所需扬程降低；二级凝结水泵将混合式低压加热器中的凝结水通过各级表面式低压加热器供入给水泵，其流量和扬程等主要性能参数以及汽蚀余量必须满足无锅炉除氧器热力系统的要求；给水泵运行是否可靠对无锅炉除氧器热力系统具有决定性意义。
      此外，在某些无锅炉除氧器热力系统中往往将沿主凝结水流程的一台高压加热器改作后一台低压加热器(利用原系统中供给除氧器的抽汽),这时给水泵入口的水温将升高。对此，给水泵的结构和材料必须能与较高的水温相适应。同时给水泵入口必须具有足够的剩余压头(即有效汽蚀余量),以保证给水泵在较高水温下也不会发生汽蚀。
      研究现役典型350MW机组无锅炉除氧器节能改造后，其凝结水泵和给水泵等的性能参数，为工程中对各水泵的计算选型提供理论依据与工程参考。
1无锅炉除氧器节能改造热力系统
如图1所示，为某电厂典型350MW
      机组汽水系统的原则性热力系统图。该锅炉除氧器系统中采用传统“三高四低一除氧”的配置方式，即设置3台表面式高压加热器，4台表面式低压加热器，1台锅炉除氧器。系统采用汽动给水泵，汽源来自汽轮机四级抽汽。
1-锅炉；2-汽轮机高压缸；3-汽轮机中压缸；4汽轮机低压缸；5-给水泵汽轮机；6-凝汽器；7-凝结水泵；8-轴封加热器；9-表面式低压加热器；10-除氧器；11给水泵前置泵；12-给水泵；13-表面式高压加热器；14-阀门
      350MW机组汽水系统的无锅炉除氧器节能改造热力系统如图2所示，在上述原系统中取消了除氧器，将1级(沿锅炉给水方向)表面式低压加热器改为混合式低压加热器，在混合式低压加热器出口增设一组二级凝结水泵，原系统中6级高压加热器改作5级低压加热器且采用四级抽汽，原系统三级抽汽停用，高压加热器从3台减到2台，低压加热器从4台增为5台。在给水泵人口安装混合器，原系统中7级和8级高压加热器的疏水引入混合器。该系统结构简单、改造工作量小、改造费用低，运行方便、安全可靠。
      1-锅炉；2-汽轮机高压缸；3-汽轮机中压缸；4汽轮机低压缸；5-给水泵汽轮机；6-凝汽器；7-一级凝结水泵；8-轴封加热器；9-表面式低压加热器；12-给水泵；13-表面式高压加热器；14-阀门；15-混合式低压加热器；16-二级凝结水泵；17-低加疏水泵；18-混合器
2原热力系统主要水泵配置情况
2.1凝结水泵
      上述350MW机组原热力除氧器系统中，每台机组配备2台9LDTNB-5PS型立式凝结水泵，1台运行，另1台备用。其主要性能参数如下。
      流量：Q=969t/h;扬程：H=287m;转速；n=1480r/min轴功率：P=935kW;配用功率：P=1120kW;必需汽蚀余量：NPSH=3m;效率：η=81%。
2.2给水泵
      上述350MW机组原热力系统中，每台机组的给水系统采用1x100%BMCR的汽动给水泵+1×50%的启动/备用电动调速给水泵。给水泵型号为HPT300-340M-6S,其主要性能参数如下。
      流量：Q=1321m3/h;扬程：H=3260m;转速：n=5953r/min;轴功率：P=12689kW;效率：η=83.3%。
3无锅炉除氧器节能改造系统水泵性能分析
3.1一级凝结水泵性能计算与分析
      原系统改为无锅炉除氧器热力系统后，一级凝结水泵的任务只是将凝汽器中的主凝结水送入1级混合式低压加热器，如果利用原系统中的9LDTNB-5PS型凝结水泵则扬程太高。因此，需要重新选择。
      在无锅炉除氧器热力系统方案中，通过一级凝结水泵的流量Gw包括主凝结水量Gk和轴封加热器的疏水量Ga。在额定负荷(汽轮机流量1064t/h)时，主凝结水量Gx=707.37t/h,轴封加热器疏水量Ga=0.94t/h。此时，一级凝结水泵的流量为GM=Gx+Ga=708.31t/h一级凝结水泵的扬程Hn用来克服额定负荷时以下部件的水阻：
      1级混合式低压加热器中有压配水室的水阻ho=3m;
      1级混合式低压加热器有压配水室与一级凝结水泵出口管路中心线间的标高差h=10.6m;
      1级混合式低压加热器与凝汽器的压力差Poi-Px=1.55m;轴封加热器水阻hq=2m;
      1级混合式低压加热器水位调节阀阻力hn=15m;从一级凝结水泵出口至1号混合式低压加热器进口管路系统的阻力损失(包含管道沿程阻力和管件局部阻力):h=1.6m。因此，一级凝结水泵的扬程应为Hm=hm+h?+(Pm-Pk)+hy+hm+h=33.75m。
      一级凝结水泵的吸入条件是：凝汽器中的饱和压力为0.0118MPa,饱和水温度为49.1℃。根据以上计算参数可选择公司的GLN700-1型立式凝结水泵，可选用2台，其中1台运行，另1台备用。该泵性能参数如下。
      流量：Q=710m3/h;扬程：H=34m;转速：n=1480r/min;效率：η=80%;必需汽蚀余量：NPSH,=2.8m;轴功率：P=82.2kW;配用功率：P。=110kW。原系统中的凝结水泵安装标高为-4.625m,凝汽器底部标高为-0.54m,正常水位为0.53m。即倒灌高度为4.615m。因此，选用上述一级凝结水泵且仍安装在-4.625m标高处没有汽蚀问题。另外，凝结水的实际温度和压力对该泵也不存在问题。
3.2二级凝结水泵性能计算与分析
      在无锅炉除氧器热力系统方案中通过二级凝结水泵的流量G包括主凝结水量Gx、轴封加热器疏水Ga、1号混合式低压加热器疏水Gm和2号表面式低压加热器疏水Gm。在额定负荷时以上各部分水量为Gm=Gx+Ga+Gm+G=756.38t/h在额定负荷下从二级凝结水泵至给水泵的系统阻力由以下各项组成：低压加热器总水阻hp=30.6m;给水泵前孔板水阻ha=3m;二级凝结水泵与给水泵的安装标高差h=4.6m；
      从二级凝结水泵至给水泵间管路系统的阻力失(包含管道沿程阻力和管件局部阻力):h=6.1m。因此，总阻力损失Zh为Zh=hm+har+hz+h=44.3m二级凝结水泵从1级混合式低压加热器中吸水，该加热器内的饱和压力为0.025MPa,相应饱和温度为65.3℃,水的密度p=980.39kg/m3。
      为节省改造费用，拟用原系统中之凝结水泵9LDTNB-5PS作为二级凝结水泵。该泵的流量可以满足要求，必需汽蚀余量为3m,汽蚀性能较好，只要保持原系统中-4.625m的安装标高和4.615m的倒灌高度就没有汽蚀问题。根据以上计算，系统的阻力只有44.3m。但是，作为二级凝结水泵其扬程除了用以克服上述管路系统阻力外，还必须在给水泵入口造成足够的压头以保证给水泵不发生汽蚀。
3.3给水泵性能计算与分析
      无锅炉除氧器热力系统方案仍用原来的HPT300-340M-6S型给水泵，但在该系统中泵的吸入条件发生了变化。因此必须校核其入口的温度和压力，以确定该给水泵是否可以满足要求。上面已计算出二级凝结水泵的流量为756.38t/h,即771.5m3/h(水的密度p=980.39kg/m3)。根据9LDTNB-5PS型泵的性能曲线在此流量下的扬程Hw=320m水柱。泵的吸入扬程Hwa=(10?xPi)/p+Z-Ah式中：P=00255MPa为吸入压力(绝对);p=980.39kg/m3为凝结水密度；Z=4.6m为倒灌高度；△h=0.3m为吸人侧管路阻力损失。因此，Hv=6.9m泵的出口扬程Hvz(绝对)为Hxz=Hn?r+Hw?=326.9m这样，给水泵入口的静扬程(即有效汽蚀余量)Ha(绝对)为Ha=H∠-Zh=282.6m为将给水泵前的剩余扬程Hc转化为剩余压Pct,必须先求得给水泵前压力水的密度pci。为此需先计算给水泵前的给水焓值h4。对图2所示的方案，给水泵前的焓值为hi=764.64kJ/kg,给水温度为Ta=180.13℃,计算得出给水泵前压力水的密度pc=888.02kg/m3。
      此时，给水泵前给水的真正剩余压力(绝对)Pa=pc·Hai=2.510MPa根据给水泵前给水的温度Ta=180.13℃,可得到相对于此Tc的饱和压力(绝对)Psαi=1.026MPa。
      因此，原系统的HPT300-340M-6S型给水泵可以满足无锅炉除氧器热力系统方案的要求。给水泵前的有效汽蚀余量NPSH.为NPSH=(Pc?-Pscu)/pq=167.11mHPT300-340M-6S型给水泵应保证在原系统除氧器标高12.6m的情况下没有汽蚀现象。因此，在无锅炉除氧器热力系统方案中，当有效汽蚀余量NPSHa=167.11m时，不会发生汽蚀。
      另外，原系统中给水泵入口温度177.3℃,无锅炉除氧器方案给水泵前的计算给水温度Tc=180.1℃,仅高出2.8℃,给水泵可以安全运行。
3.4低压加热器疏水泵性能计算与分析
      在无锅炉除氧器热力系统方案中，3级低压加热器需加装疏水泵。下面对该疏水泵进行计算和分析。3级低压加热器疏水泵承接3级、4级和5级低压加热器的疏水，故疏水泵的流量Gs=Gms+Gm?+Gms=110.66t/h(折合114.7m3/h)疏水泵的吸入条件是：3级低压加热器内的压力为0.2MPa,水温为117℃,疏水密度为964.88kg/m3。根据以上计算参数建议选择以下两种泵作为疏水泵。
      1)NW120-9型疏水泵，该泵性能参数如下。流量：Q=115m3/h;扬程：H=270m;转速：n=1480r/min;效率：η=72%;必需汽蚀余量：NPSH,=1.3m;轴功率：P=117kW;配用功率：Pa=160kW。
      2)公司生产的150NW-77x4型疏水泵，该泵性能参数如下。流量：Q=126m3/h;扬程：H=301m;转速：n=2960r/min;效率：η=72%;必需汽蚀余量：NPSH=2.5m;轴功率：P=152kW;配用功率：Py=160kW。疏水泵的安装标高为0m,3级低压加热器壳体底部标高13m,正常水位0.32m,因此，泵的倒灌高度有13.3m,大于泵的必需汽蚀余量，不会发生汽蚀。另外，这两种泵的允许介质温度为135℃,大于实际疏水温度，因此可以安全运行。
      当泵的流量为114.7m3/h时，泵的扬程H?=270m(150NW-77x4型疏水泵扬程为305m)。泵的进口扬程Hs(绝对)为Hsi=(Pm?x10?)/p+z=36.5m泵的出口扬程H?(绝对)为Ha=Hs+Hs=306.5m主凝结水在3级低压加热器出口处的压力H?。可用二级凝结水泵出口扬程和二级凝结水泵出口至3级低压加热器出口间系统的阻力(包含管道沿程阻力和管件局部阻力)来计算，即：H?=Hvz-(hm+hmg+h?)=301.2m
由此，H?<Hs?。所以该疏水泵向3级低压加热器出口主凝结水管排水没有问题。
      研究现役典型350MW机组无锅炉除氧器节能改造，配备一级和二级凝结水泵、给水泵、疏水泵的性能参数。在无锅炉除氧器系统的工作条件下，对原常规系统中的水泵进行了校核计算或泵型推荐，为工程中对各水泵的计算选型提供理论依据与工程参考。
      一级凝结水泵只需将凝汽器中的主凝结水排入1级混合式低压加热器，因此所需扬程不高，经计算可以选用GLN700-1型立式凝结水泵。
      二级凝结水泵的任务是抽吸1级混合式低压加热器中的凝结水并直接向给水泵供水。为了节省改造费用，可将原常规系统中的9LDTNB-5PS型凝结水泵改作二级凝结水泵，经计算其流量、扬程和汽蚀余量可以满足要求。
      给水泵的吸入压头由二级凝结水泵保证，9LDTNB-5PS型二级凝结水泵可以使给水泵入口具有足够的剩余压头，以保证给水泵不发生汽蚀。给水泵入口的计算水温仅提高2.8℃,可以安全运行。无锅炉除氧器热力系统中的3级低压加热器加装疏水泵是可行的，NW120-9型疏水泵和150NW-77x4型疏水泵的流量、扬程、汽蚀余量和允许使用温度都可以满足无锅炉除氧器热力系统中的使用条件。