汽動(dòng)給水泵組同軸以及上排汽布置分析

焦靈燕 吉威寧 陳朋強(qiáng)

內(nèi)蒙古電力勘測設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010011

為了有效地將大容量機(jī)組(600MW、1000MW)的廠用電減少，最大程度地提升機(jī)組效率，同時(shí)減少主廠房的結(jié)構(gòu)體積，將造價(jià)降低，故給水泵、前置泵以及小汽機(jī)同軸設(shè)置以及給水泵汽輪機(jī)上排汽的方案被廣泛應(yīng)用于一些工程實(shí)踐設(shè)計(jì)中[1]，本文對汽動(dòng)給水泵組同軸以及上排汽布置情況進(jìn)行研究與分析，以期為汽動(dòng)給水泵的發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。現(xiàn)報(bào)道如下:

1 汽動(dòng)給水泵、前置泵以及小汽機(jī)的同軸布置

國內(nèi)大容量的汽動(dòng)給水泵組往往組成部分包括，給水泵驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)一臺(tái)、電動(dòng)驅(qū)動(dòng)的前置泵一臺(tái)以及汽動(dòng)給水泵一臺(tái)。一般來說，要同軸布置汽動(dòng)給水泵與給水泵驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)，一般在運(yùn)轉(zhuǎn)層以及汽輪機(jī)下排汽加以布置，為滿足甩負(fù)荷汽輪機(jī)汽蝕余量的要求，汽輪機(jī)應(yīng)單獨(dú)布置，要布置在0m高度。一些發(fā)電廠將采用給水泵，前置泵和給排水驅(qū)動(dòng)渦輪同軸布置來降低廠用電率，這種方案的核心內(nèi)容便是將電動(dòng)的前置泵驅(qū)動(dòng)方式改為汽動(dòng)[2]。

正常來說，同軸布置汽動(dòng)給水泵有兩種方式，第一種方式是兩頭出軸給水泵汽輪機(jī)，其中主泵與一端相聯(lián)接，而另一端聯(lián)接前置泵通過減速器。第二種方式是將主泵布置成兩頭輸出軸，輸出軸一端通過減速機(jī)與增壓泵連接，另一端通過減速機(jī)與增壓泵連接。正常情況下，雙流小汽輪機(jī)的軸兩端，主泵與一端連接，另一端與增壓泵通過減速機(jī)連接。我們以某工程為例，該工程采用的給水泵汽輪機(jī)為杭州汽輪機(jī)股份有限公司生產(chǎn)的容量為50.0%的給水泵汽輪機(jī)[3]。生產(chǎn)公司采用了西門子技術(shù)生產(chǎn)的WK型雙分流反動(dòng)式工業(yè)汽輪機(jī)，但是卻使用了三菱的電動(dòng)盤車方案，不能達(dá)到小汽輪機(jī)兩頭出軸。故該工程最適合使用方案二。見圖1。

圖1 給水泵汽輪機(jī)―給水主泵―減速箱―前置泵連接方式模型

通過核算，與前置泵電動(dòng)的方案相比，選取該方案，其小汽輪機(jī)汽耗提高2.2%，根據(jù)計(jì)算熱平衡的結(jié)果顯示，建議采用汽動(dòng)給水泵組同軸布置方案，主汽輪機(jī)的THA工況熱耗值上升為7318.6KJ/KW·h，但是同時(shí)會(huì)將前置泵的電機(jī)減少，從而降低了廠用電率，降低約2.0%。

根據(jù)上述數(shù)據(jù)，上文提出的兩類方案的具體數(shù)據(jù)如下:

單位 前置泵電動(dòng)方案汽動(dòng)給水泵組同軸布置方案機(jī)組熱耗(THA工況)KJ/KW·h 7315.8 7309.9管道效率 % 100 99鍋爐效率 % 93.10 93.10發(fā)電設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)煤耗 g/KW·h 270.88 270.64供電設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)煤耗 g/KW·h 283.05 283.05廠用電率 % 4.306 4.396供電設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)煤耗差 g/KW·h ―0.05 基準(zhǔn)全年兩臺(tái)機(jī)所耗標(biāo)煤(按額定負(fù)荷5500h計(jì)) 噸 ―550 基準(zhǔn)

由上述表格可以看出，采用汽動(dòng)給水泵組同軸布置方案后，供電設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)煤耗有所減少，減少量約為0.05g/KW·h，共計(jì)一年可以節(jié)約550噸標(biāo)煤，用電量減少1800k W。

2 汽動(dòng)給水泵、前置泵的汽蝕裕量的要求

由于汽輪機(jī)要布置在運(yùn)轉(zhuǎn)層上，如果前置同軸方案仍然在運(yùn)轉(zhuǎn)層布置時(shí)，需要對前置泵的汽蝕裕量問題著重考慮。在給水泵及其前置泵的選購和布局中，需要仔細(xì)計(jì)算汽蝕余量和有效果汽蝕余量，應(yīng)充分考慮除氧器瞬時(shí)狀態(tài)對汽蝕的危害。通過算結(jié)果來確定除氧器的標(biāo)高，以保證給水泵組在任何工況下的安全運(yùn)營。滿足主泵的汽蝕余量要求是前置泵的設(shè)置目的，但如果前置泵發(fā)生汽蝕，會(huì)迅速降低流量壓頭曲線，主泵也會(huì)產(chǎn)生汽蝕等情況。

通過泵生產(chǎn)商的檢測獲取所需的凈正吸入壓頭(NPSHR)值。當(dāng)泵的第一級葉輪壓頭下降3%時(shí)，凈正的吸入壓頭設(shè)置為NPSHR的3%，而不發(fā)生汽蝕時(shí)的凈正吸水頭規(guī)定為NPSHA0%，如果NPSHA0%等于NPSHR3%時(shí)，則泵入口葉輪便會(huì)發(fā)生汽蝕，在此種情況下，即使僅僅運(yùn)行幾個(gè)小時(shí)，也會(huì)損傷泵。

3 汽動(dòng)給水泵組汽輪機(jī)上排汽方案

要想在運(yùn)轉(zhuǎn)層上布置前置泵且不發(fā)生汽蝕，需要將除氧器布置在一定的高度上，其高度一般為40米，這樣必須將土建結(jié)構(gòu)的造價(jià)增大，如果設(shè)計(jì)時(shí)按照常規(guī)前置泵電動(dòng)方案，需要在除氧框架0米處布置前置泵，但是還需要對其他設(shè)備以及管道布置等因素加以考慮，一般要設(shè)置31.0米的除氧器層標(biāo)高，泵組要保證汽蝕裕量足夠，故不會(huì)發(fā)生汽蝕。除氧器布置高度思路要按照前置泵低位的布置降低，從而產(chǎn)生將前置泵和給水泵同軸布置于主廠房0米的方案[4]。具體布置的模型見圖2。

圖2 汽動(dòng)給水泵組汽輪機(jī)上排汽進(jìn)主機(jī)凝汽器布置模型

在我國的機(jī)組中，主要分為兩個(gè)等級，即1000MW和600 MW，現(xiàn)在給水泵汽輪機(jī)排汽機(jī)組尚未投運(yùn)，但300mw機(jī)組有給水泵汽輪機(jī)排汽的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，例如在鄒縣1期運(yùn)行的機(jī)組等級為335MW，至今運(yùn)行狀態(tài)良好。國內(nèi)的制造廠也向國際上制造廠(韓國斗山重工、美國CAMPUS電廠)給水泵汽輪機(jī)上排汽的業(yè)績。

4 結(jié)論

綜上所述，采取汽動(dòng)給水泵組同軸布置方案可以達(dá)到最佳的效果，可以將廠用電量降低，將機(jī)組煤耗略降低，從技術(shù)上講，除氧器可布置在0米同軸位置上，可有效地降低除氧器的高度和初始投資。