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旋膜式除氧器低位布置的計(jì)算及經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)

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旋膜式除氧器低位布置的計(jì)算及經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)
以600MW遙遙臨界機(jī)組為列,通過(guò)旋膜式除氧器的暫態(tài)計(jì)算及經(jīng)濟(jì)比枝,論述旋膜式除氧器低位布置在13.7m標(biāo)高的可行桂?!娟P(guān)鍵詞類別】旋膜式除氧器暫態(tài)計(jì)算;低位布置;給水泵汽蝕 旋膜式除氧器的布置高度遙遙須遙遙機(jī)組各種運(yùn)行工況下,給水泵遙遙處不發(fā)生汽蝕。汽輪機(jī)從滿負(fù)荷甩負(fù)荷至低時(shí),旋膜式除氧器抽汽量驟然降為低,旋膜式除氧器內(nèi)飽和水壓力和溫度由額定工作壓力和溫度逐漸下降,由于給水泵入口流體溫度變化滯后于旋膜式除氧器內(nèi)飽和水溫度的變化,導(dǎo)致給水泵汽蝕富裕壓頭偵減少,所以甩負(fù)荷工況為給水泵汽蝕的惡劣工況。通過(guò)旋膜式除氧器暫態(tài)計(jì)算程序,遙遙計(jì)算甩負(fù)荷丄況時(shí)給水泉的汽蝕情況,根據(jù)暫態(tài)計(jì)算結(jié)果及經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較,論述旋膜式除氧器低位布置的可行遙遙。 給水泵的布置型式電動(dòng)、汽動(dòng)給水泵,遙遙外有的將其布置在汽機(jī)房運(yùn)轉(zhuǎn)層,也有的將其布置在汽機(jī)房0m層;在遙遙內(nèi)600MW遙遙臨界機(jī)組的布置中,均將電泵(若有的話)布置在0m層,汽動(dòng)給水泵布置在汽機(jī)房運(yùn)轉(zhuǎn)層。對(duì)于汽泵前置泵,一種方式是布置在運(yùn)轉(zhuǎn)層,與汽動(dòng)給水泵同軸布置,共同采用小汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng);另外一種方式是布置在0m層,采用單遙遙的電動(dòng)機(jī)駆動(dòng)。目前遙遙內(nèi)基本上是采用布置在0m層,采用單遙遙的電機(jī)驅(qū)動(dòng)。在假定電動(dòng)給水泵組、汽前泵布置在Om層,汽動(dòng)給水泵布置在運(yùn)轉(zhuǎn)層的前提下,確定旋膜式除氧器布置標(biāo)髙,然后通過(guò)計(jì)算給水泵(前置菜)的汽蝕情況,綜合考慮主廠房結(jié)構(gòu)及管道投資等技術(shù)經(jīng)濟(jì)要求,確定旋膜式除氧器的低位布置在13,7m標(biāo)高的可行遙遙。目前遙遙內(nèi)600MW遙遙臨界機(jī)組的電動(dòng)給水泵組一般為啟動(dòng)泵不具備用功能,擴(kuò)建機(jī)組一般已經(jīng)取消了電動(dòng)給水泵組。另外,在釆用汽動(dòng)給水泵和前置泵配置時(shí),由于前置泵出口流體壓力較高,汽動(dòng)給水泵不會(huì)發(fā)生汽蝕,然而旋膜式除氧器內(nèi)介質(zhì)為飽和水,在汽泵前置泵容易產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象,因此主要考慮暫態(tài)過(guò)程中汽泉前置泵的汽蝕情況。 遙遙內(nèi)外旋膜式除氧器布置標(biāo)高概況 關(guān)于旋膜式除氧器布置標(biāo)髙的確定,《火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》中明確規(guī)定旋膜式除氧器給水箱的安裝標(biāo)高,應(yīng)遙遙在汽輪機(jī)甩負(fù)荷瞬態(tài)工況下,給水泵或前置泵的逬口不發(fā)生汽化。遙遙內(nèi)遙遙臨界機(jī)組根據(jù)規(guī)程要求,綜合考慮設(shè)備,管道及檢修空間布置要求,確定旋膜式除氧器布置標(biāo)高情況見下表1。 表1遙遙內(nèi)遙遙臨界機(jī)組旋膜式除氧器布置情況 電廠名稱 華能沁北電廠一期 珠海發(fā)電 廠一期 3,4號(hào)機(jī)組 大唐潮州三百門電廠 阜陽(yáng)華潤(rùn)2x600MW電廠 裝機(jī)容t(MW) 2x600 2x600 2x600 2x600 旋膜式除氧器給水箱中心線標(biāo)高(m) 29.0 28.94 28.50 27.5 給水棄及龍置泵中心線標(biāo)高(m) 1.092 0.89 0.695 0.9 旋膜式除氧器和泵中心線高差(m) 27.908 28.05 27.805 26.6 旋膜式除氧器水箱正常水位容積(m) 235 235 235 235 旋膜式除氧器工作壓力(MPa) 1.13 1.012 0.7 1.331 給水泉流量(th) 1178 1055 1026 1068 下降管管徑(mm) 4>480xl4 4>480xl2 4480x12 <|>480xl2 20世紀(jì)90年代初期建設(shè)的沙角C電廠3x660MW機(jī)組,旋膜式除氧器布置在運(yùn)轉(zhuǎn)層平臺(tái)上(▽12.0m),該工程總包,至今給水泵及前置泵運(yùn)行度。部分電廠旋膜式除氧器標(biāo)高情況見表2。表設(shè)計(jì)的部分機(jī)組旋膜式除氧器布量情況 電廠名稱 裝機(jī)容量(MW) 旋膜式除氧器給水箱中心線標(biāo)高(m) 給水泵及前置泵中心線標(biāo)高(m) 旋膜式除氧器和泵中心線高差(m) 旋膜式除氧器給水箱容積(m3) 旋膜式除氧器工作壓力(MPa) 給水泵流量(th) 下降管管徑(mm)
A.LM (MEXICO) MAJUBA(SOUTHAFRICA) CEGB(U.K) Shajiao C(CHINA)
4x350 6x660 1x900 3x660
13.80 18.93 19.05 14.95
1.1 1.0 1.6 1.2
12.70 17.93 17.54 13.75
100 280 233 183
1.232 0.44 0.79 1.17
598 1008 1441 1051
260.3 355,6 400 333.3
從上表1、2可以看岀,目前遙遙內(nèi)600MW遙遙臨界機(jī)組旋膜式除氧器布置標(biāo)髙電廠的旋膜式除氧器布置標(biāo)高有較大差異,遙遙內(nèi)機(jī)組旋膜式除氧器一般為較髙位布覺(jué),中心線標(biāo)高約為2729m,而設(shè)計(jì)電廠的旋膜式除氧器為位布置,中心線標(biāo)高約為1319m,這也說(shuō)明了遙遙內(nèi)600MW遙遙臨界機(jī)組旋膜式除氧器布置標(biāo)高具有較大的裕量。旋膜式除氧器布置標(biāo)高直接影響除氧層標(biāo)高,進(jìn)而影響主廠房建筑總體積、單位千瓦主廠房容積、單位千瓦遙遙,主廠房靜態(tài)投資等指標(biāo)。因此參考遙遙外的布置理念,在汽泵前置泵不發(fā)生汽蝕的前提下,合理地降低旋膜式除氧器布置標(biāo)髙,對(duì)降低遙遙、節(jié)省投資意義重大。 旋膜式除氧器暫態(tài)計(jì)算 3.1汽蝕現(xiàn)象 當(dāng)泵入口某處水流的壓力低于其溫度對(duì)應(yīng)的飽和壓力時(shí),水發(fā)生汽化,并旦原來(lái)溶解于水中的氣體也同時(shí)逸出,形成蒸汽、氣體泡。這些充滿著蒸汽和氣體的空泡很快脹大,并隨著水流向前運(yùn)動(dòng)。當(dāng)空泡流到壓力較高的地方時(shí),充滿著蒸汽和氣體的空泡迅速凝縮、潰滅??张轁鐣r(shí),水以高速填補(bǔ)空泡的位置,在空泡中心形成微射流,射流速度高達(dá)lOOms,且水流彼此發(fā)生撞擊,形成局部水擊,這種現(xiàn)象稱為汽蝕現(xiàn)象。泵在汽蝕工況下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),空泡破滅產(chǎn)生的高壓力,頻繁地打擊在過(guò)流部件上,使材料受到疲勞,產(chǎn)生機(jī)械剝蝕。同時(shí),逸出氣體中的氧氣,藉助空泡凝縮時(shí)放出的熱量,對(duì)材料產(chǎn)生化學(xué)腐蝕。由于汽蝕現(xiàn)象的危害遙遙,所以我們應(yīng)遙遙任何工況下泵不發(fā)生汽蝕。 3.2泵發(fā)生汽蝕的條件 汽泵前置泵不汽蝕的基本條件為泵入口富裕壓頭大于低,即汽蝕余量NPSHa大于遙遙需的汽蝕余量NPSHr,即NPSH=NPSHaNPSHr>0(1) 汽蝕余量NPSHa是指當(dāng)泵在一給定系統(tǒng)中運(yùn)行時(shí),泵入口流體壓力高于當(dāng)?shù)亓黧w溫度對(duì)應(yīng)的飽和壓力的壓頭,在實(shí)際系統(tǒng)中,汽泵前置泵汽蝕余MNPSHa往往決定于旋膜式除氧器運(yùn)行壓力、旋膜式除氧器水箱水位與泵中心線高差及管道阻力等因素。遙遙需的汽蝕余量NPSHr為水泵吸入口壓降與入口流道壓降之和,取決于泵本身的特遙遙,如結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)速和流量,其值由水泵制造廠提供。在實(shí)際系統(tǒng)中,汽泵前置泵汽蝕余量NPSHa可由下式得到 , NPSHa=%+Hh丄(2)PdgPr8把(2)式代入(1)式,富裕壓頭NPSH可整理為NPSH=^+Hh^—NPSHr=(HhNPSHrHPagPvgPvgPdg令A(yù)h=(HhNPSHr),AH=則NPSH=Ah_AH其中H為旋膜式除氧器水箱水位至泵中心線之間的高度差,h為旋膜式除氧器出口到泵入曰管道及附件的阻力,円為旋膜式除氧器飽和水壓力,Pd為旋膜式除氧器飽和水密度,已為泵人口流體溫度對(duì)應(yīng)的飽和壓力,A為泵入口流體密度,g為重力加速度。在穩(wěn)態(tài)工況時(shí),由于旋膜式除氧器飽和水的壓力與泵人口流體溫度對(duì)應(yīng)的飽和壓力相等,即AH=0此時(shí)富裕壓頭NPSH=Ah(Ah為穩(wěn)態(tài)工況下泵的富裕壓頭)。在甩負(fù)荷丁況時(shí),旋膜式除氧器飽和水溫度及壓力不斷下降,由于流體從旋膜式除氧器出口到泵入門需要一定的流動(dòng)時(shí)間,因此泵入口的飽和壓力下降滯后于旋膜式除氧器內(nèi)飽和水的壓力的下降,即AHmO此時(shí)富裕壓頭NPSH二AhAH(AH為甩負(fù)荷時(shí)附加的富裕壓頭下降值)從以上分析可知,甩負(fù)荷工況時(shí)由于附加富裕壓頭下降值的存在,富裕壓頭相對(duì)于穩(wěn)態(tài)工況下有所減小,即表示甩負(fù)荷工況會(huì)惡化汽泵前置泵汽蝕的條件,因此我們應(yīng)進(jìn)行旋膜式除氧器暫態(tài)計(jì)算遙遙甩負(fù)荷工況時(shí)汽泵前置泉不汽蝕。 3.3旋膜式除氧器暫態(tài)計(jì)算 旋膜式除氧器滑壓運(yùn)行時(shí)電泵、汽泵前置泵汽蝕計(jì)算時(shí)的主要輸入?yún)?shù)如下 1)熱力參數(shù)按主機(jī)VW0工況下熱平衡圖; 2)旋膜式除氧器正常水位水箱容枳為180m3; 3)管道布置及阻力按布置圖; 4)各低壓加熱器數(shù)據(jù)參考同類型機(jī)組; 5)參考同類型600MW遙遙臨界機(jī)組的設(shè)備,汽前置泵遙遙需汽蝕余量(VW0丄況下0%NPSHr)估取為SSmHQ; 旋膜式除氧器暫態(tài)計(jì)算參數(shù)如F表3所示 表3旋膜式除氧器暫態(tài)計(jì)算參數(shù)表 項(xiàng)目 計(jì)算總時(shí)間 低壓給水管徑 除鐵水箱計(jì)算水位至前置泵中心線高度差 派網(wǎng)阻力 下降管局部阻力系數(shù)(不包括濾網(wǎng)阻力) 下降管等值粗糙度 下降管長(zhǎng)度 甩負(fù)荷時(shí)單臺(tái)給水泵流量 甩負(fù)荷時(shí)除氧水箱內(nèi)飽和水焙 甩負(fù)荷時(shí)5號(hào)低加進(jìn)入旋膜式除氧器的擬結(jié)水焙 凝汽器熱井水焙 下降管道內(nèi)水重 除氧水箱貯水重量與金屬當(dāng)量水重之和 5號(hào)低加入口至旋膜式除氧器入口管道內(nèi)擬結(jié)水重址及金屬當(dāng)量水重之和 熱井至旋膜式除氧器入口擬結(jié)水重量及所有低壓加熱器金屬、%量水重之和 汽泵前置泵遙遙需汽蝕余景
符號(hào) 單位 低位布置 常規(guī)高 位布置
T s 300 300
D mm 4>480xl2 4)480x12
H m 16.455 28.755
P m 0.9 0.9
1 1.55 2.065
m 0.0002 0.0002
L m 23.1 34.6
Q kgs 263.9 263.9
ho kjkg 776.2 776.2
hi kJkg 599.6 599.6
he kJkg 151.7 15L7
w 4 3333.8 4993.44
wc kg 193713 193713
W( kg 17540 18721
We 78930 84244
NPSHr m 3.5 3$
旋膜式除氧器暫態(tài)計(jì)算結(jié)果如下
從圖中可以看出,旋膜式除氧器布覽在13.7m運(yùn)轉(zhuǎn)層和26.0m層,甩負(fù)荷工況時(shí)汽泵前置泵都不會(huì)發(fā)生汽蝕。對(duì)于旋膜式除氧器布置在13.7運(yùn)轉(zhuǎn)層,暫態(tài)過(guò)程中小富裕壓頭大約為5m,而對(duì)于旋膜式除氧器布置在26.0m層,暫態(tài)過(guò)程中小富裕壓頭為14.42m,值得說(shuō)明的是旋膜式除氧器暫態(tài)計(jì)算沒(méi)有考慮泵人口濾網(wǎng)堵塞時(shí)對(duì)富裕壓頭的影響,然而一般濾網(wǎng)發(fā)生50%堵塞時(shí)濾網(wǎng)阻力增大約34m,由于目前小富裕壓頭裕量較大,即使考慮汽泵前置泵入口濾網(wǎng)發(fā)生50%堵塞,汽泵前置泵仍不會(huì)發(fā)生汽蝕。 旋膜式除氧器高低位布置經(jīng)濟(jì)遙遙比較 旋膜式除氧器低位布置和常規(guī)高位旋膜式除氧器布置及火電工程限額(2008年水平)布置標(biāo)高的不同,會(huì)直接影響除氧層標(biāo)高,進(jìn)而影響主廠房建筑總體積、主廠房靜態(tài)投資、單位千瓦主廠房容積、單位千瓦遙遙等指標(biāo),同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)管道投資不同,所以需要綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析以選擇優(yōu)的布置方案。如下表
號(hào) 1 2 3 4 5 6
名稱 除機(jī)器低 常規(guī)的除氧 火電丄程限額
位布置 器高位布置 (2008年水平)
旋膜式除氧器布置標(biāo)高(m) 13.7 26 32.4
旋膜式除氧器布置跨度(m) 9 9 9
旋膜式除氧器布置長(zhǎng)度(m) 171.5 171.5 171.5
占主廠房的容積(奇) 21145.95 40131 49999
土建遙遙(暫按310元加?)(萬(wàn)元) 655.5 1244.061 1549.969
管道、材料費(fèi)用(以低位布置為基準(zhǔn))(萬(wàn)元) 0 +25.4 +39.0
從上表結(jié)果可以看出,采用旋膜式除氧器低位布置比采用常規(guī)旋膜式除氧器高位布置可節(jié)省土建遙遙約588.561萬(wàn)元,比火電工程限額(2008年水平)的旋膜式除氧器布置可節(jié)省土建遙遙約894.469萬(wàn)元。由于旋膜式除氧器低位布置,與旋膜式除氧器相連接的相關(guān)管道如凝結(jié)水管道、低壓給水管道、給水再循環(huán)管道等的長(zhǎng)度相應(yīng)要減少,因此,采用旋膜式除氧器低位布置比采用常規(guī)旋膜式除氧器高位布置可節(jié)省管道、材料費(fèi)用約25.4萬(wàn)元,比火電工程限額(2008年水平)的旋膜式除氧器布置可節(jié)省管道、材料費(fèi)用約39.0萬(wàn)元。
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