600MW给水泵选型研究Word文件下载.docx
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1.概论
根据国内外实践经验,400MW以上机组(包括亚临界和超临界)的给水泵以稳定地趋向于采用冷凝式汽轮机传动。
其主要原因在于冷凝式汽轮机传动使主汽轮机的净热耗得到改善,节省了厂用电,使机组的综合经济技术指标为最佳。
600MW机组泵组的台数选择有两种方案,一种是采用2*50%,即由两台50%容量的主给水泵并列运行,另设一台50%容量或更小的启动备用电动泵组。
这种配置方式的优点是运行灵活,不因泵组故障或检修影响主机运行。
国内600MW机组,以及日本600MW机组其典型的泵组形式,就是采用这种配置方式。
另一种是采用1*100%的主给水泵,另设一台小容量的启动备用电动泵。
这种方式比前一种的优点是设备初投资少,可靠性高(其运行可靠性及大修间隔要求要求能做到与主机相同),运行维护方便,如美国的GE公司提供的小汽轮机给水泵组的324个电厂中,有123个采用1*100%汽泵方案。
随着泵组可靠性的提高,1*100%的方案是发展的趋势。
第一台600MW汽轮机组投产发电是1986年在内蒙赤峰元宝山电厂,是由法国阿尔斯通公司全套引进的。
国产引进型(第一代)第一代600MW汽轮机组是1989年在平杅电厂投产发电。
到二十世纪九十年代,引进及国产600MW汽轮机发电机组,已经成为全国各大电网主力机组。
进入二十一世纪随着国产引进技术制造的超临界和超超临界600MW和1000MW机组相继投产发电,随着600MW机组的越来越多,给水泵选型的确定越发具有研究意义。
2.配置方案的确定
2.1600MW机组给水泵组主要有以下几种配置方式:
方案一:
2×
50%汽动给水泵+1×
50%电动调速给水泵(湿冷机组);
方案二:
3×
50%电动调速给水泵(空冷机组);
方案三:
50%汽动给水泵(湿冷小机)+1×
30%电动调速给水泵;
方案四:
50%汽动给水泵(空冷小机)+1×
方案五:
1×
100%汽动给水泵+1×
30%电动调速给水泵。
方案六:
100%汽动给水泵
2.2电动泵与汽动泵的分析
对于电动方案,600MW超临界机组单台给水泵流量约1110t/h,扬程约3200m,水泵需要轴功率约10500KW,若每台机组配3台50%容量的电动调速给水泵,则电动机足功率约为12800KW,电动机制造难度很大,对偶合器要求很高。
经与厂家了解,目前还没有用于配置600MW超临界机组50%电泵的液力耦合器,如果使用。
耦合器采用行星齿轮调速装置的价格将很昂贵,大约1000元/台。
因此对于电动泵方案将不考虑采用方案一和方案二。
对于汽动方案:
给水泵汽轮机排汽采用自带凝汽器的独立的间接空冷系统的给水泵配置方案,因其采用间接空冷造价高,占地面积大,且其冬季防冻性能较差,因此对于汽动方案将不考虑推荐采用汽轮机排汽采用自带凝汽器的独立的间接空冷系统的给水泵。
因此将不考虑方案三。
2.3.汽动给水泵台数分析
2.3.1经济性比较
采用100%方案可简化系统,而且机组热耗比50%方案低,根据生产厂家提供的资料可知:
在阀门全开工况、汽轮机热耗保证工况、最大连续功率工况、汽轮机额定工况下,600MW机组采用50%方案与100%方案的小汽机均可以保持较好的内效率,设计工况一般在83%以上;
75%THA工况时,50%方案的小汽机内效率可以保持在75%~80%,100%方案的小汽机内效率一般在70%~78%;
;
0%THA工况时,50%方案的小汽机内效率一般在70%~78%,100%方案的小汽机内效率一般在60%~70%。
因此,对于经常带基本负荷运行的机组,采用100%容量汽动给水泵有利于提高机组的经济性[1]。
但当100%容量汽动给水泵组故障时,对没有启动功能、备用功能的电动给水泵的机组,则只能靠电泵维持低负荷运行。
汽动给水泵采用50%方案时,机组运行灵活。
当1台汽动泵组故障解列时,另1台汽动给水泵还可以运行,并维持尽量高的负荷,提高电厂的经济性。
2.3.2热耗比较
根据上海汽轮机按工程条件提供的热衡图,主机驱动方案与独立小汽机驱动方案的热耗对比见表5、6。
表中,TMCR为汽轮机最大连续功率。
由表5、6可看出:
主机驱动方案汽轮机的热耗值低,且随负荷降低而增大;
机组年利用小时数越低,热耗值相差越大。
表2.1主机驱动方案与独立小汽机的热耗的比较
工况主机驱动方案独立小汽机驱动方案差值
THA7377.07383.O-6.0
TRC7637.97674.0-36.1
TMCR7415.97419.0-3.3
VWO7438.17440.0-1.9
75%THA7513.27517.0-3.8
50%THA7793.67812.0-18.4
2.3.3投资比较(单台机组)
主机驱动方案与独立小汽机驱动方案的投资比较如表7所示。
由表7可看出,主机驱动方案的固定投资增加972.3万元。
表2.2主机驱动方案与独立小汽机驱动方案的投资比较
比较项目独立小汽机主机驱动方案备注
驱动方案
主厂房建设/万元基准-189.7汽机房跨度减小2.5m
设备基础/万元基准-30.0
给水泵/万元00
起吊设备/万元00
配套汽轮机/万元-12000按杭州汽轮机厂报价
液偶及减速箱/万元0+2093
高压管道及其他/万元基准+99.0主管长度增加30m
技术开发费/万元基准+200.0主机配合及开发费
合计/万元基准+972.3
2.3.4运行维护费用比较
主机驱动方案与独立小汽机驱动方案的运行维护费用对比如表8所示。
由表8可看出,采用主机驱动方案能节省运行维护费用,且随机组年利用小时数的增大而减小。
按工程的实际运行时间,年节省运行维护费用145.7万元,经济效益较明显。
表2.3主机驱动方案与独立小汽机驱动方案的运行维护费用比较
驱动方案
标准煤价/万元850850
维修费用/万元0基准
机组年节约燃料费用/万元-145.7基准按实际运行方案
总计/万元-145.7基准
2.3.5回收年限比较
主机驱动方案与独立小汽机驱动方案的回收年限比较如表9所示。
计算时,年利率取6.12%。
由表9可看出,主机驱动方案相比独立小汽机驱动方案投资回期最长不超过10年,且随煤价升高及运行小时数减小而缩短。
按工程的煤价850元/t考虑,回收年限大约在8.8年,投资回收期在投资分析年限12年内,具有长期经济效益。
表2.4主机驱动方案与独立小汽机驱动方案的回收年限比较
标煤价/(元/t)回收年限/a
77810.0
8009.6
8508.8
9008.2
9507.7
10007.2
综上所述,将不考虑方案四。
2.4无电泵启动的安全性、经济性分析
1在整个的启动过程电动给水泵始终处于备用的状态,因此,在启动时用汽动给水泵启动要比用电动给水泵可靠性更高,提高了机组启动可靠性。
2采取无电泵的启动方式,最主要的危险是汽源稳定性。
如果辅汽压力大幅摆动,会造成给水泵转速及给水流量剧烈波动,可能会引起锅炉给水流量低保护等动作,引起锅炉MFT。
本机组辅汽由二期机组供给,压力和流量的稳定性得到保证。
3采用无电泵启动初期,汽泵处于低转速、小流量工况,调整操作不当会损坏汽泵,会对锅炉上水压力、流量产生影响。
因此,应密切关注汽泵组各项参数,对照厂家提供的流量特性曲线,使泵组在曲线范围内运行,保持汽泵出口压力、流量等参数在启动过程中稳定。
4机组在热态、极热态启动时要注意防止小机进冷汽。
辅助蒸汽由二期机组供应,在热态启动前加大辅汽联箱疏水和小机进汽管道疏水,保证小机进汽参数满足要求。
5采用无电泵启动方式,提高了设备运行可靠性,节电效果非常明显,在发电企业节能减排中具有一定的推广意义。
6当给水泵小汽机的备用汽源稳定可靠时,超超临界机组取消电动给水泵,机组的运行安全性能可得到保证。
综上,所以将不采用电动泵启动,故不考虑方案五。
2.5结论
综合以上比较和考虑,给水泵配置采用方案六:
3给水泵选型方法的确定
3.1泵的计算机软件系统选型法
在国外,从最开始运行MS
DOS操作系统下的ACEforDOS、ESP(泵选型专家)、CATPUMPS、PumpSelVersion5
0、CAPS、PumpSelectionPro
gram2
0releaseA、ESP
PLUS、ESP
CAD、PumpPipeSystem等选型软件到Windows操作系统下的WINPUMP软件、南非的哈瑞洛森开发的AQUATEC软件[1、2],泵选型软件有了长足的发展,目前国外一些著名的制泵跨国公司,如ABS、KSB、Grundfos等拥有了自己的分级销售软件,这些软件结合本公司产品与技术实力,界面优美,功能强大,成为开拓市场的强有力工具。
在国内,则有华中理工大学和南京制泵集团股份公司合作开发的选型软件,江苏理工大学李红副研究员开发的选型软件等。
3.1.1选型软件的总体构思
先后对国内外的很多选型软件进行了分析,并结合有关厂家实际产品在Windows操作系统下AutoCAD平台之上开发出了泵的选型软件PselforAutoCAD。
在开发过程中,认为选型软件要开发成功,必须满足以下客观条件
(1)容易操作。
泵的计算机辅助选型软件不应该再使用传统选型法,而要使其易于操作,整个软件必须具备Windows编程风格。
所有的程序命令都必须采用下拉菜单方式,程序的执行均是在对话框中进行,相关的信息被加入到对话框,同时在对话框中尽可能的显示所有可能的选择,使用鼠标来进行任务的执行。
(2)可在大多数的计算机和计算机硬件环境下工作。
考虑到选型软件使用的普及性,该软件必须支持大量会用到的计算机硬件和打印机。
PselforAutoCAD程序引入微软件图形界面,将所有图形界面均装入到通常所说的Windows硬件平台中,Windows给计算机屏幕和打印机提供详细的指令,这点将会允许该软件在装了Windows操作系统的任一台计算机上使用,使用这种标准的程序界面,也将会大大减少学习操作该软件的时间。
(3)能够从不同的泵厂家所拥有的不同泵中选型,即所开发的软件必须使数据和程序彻底分开,也就是说,不同的泵公司的产品可以被保留在他们自己的产品数据库中。
这样,显然可以做到:
泵产品数据库中产品目录的变动、更改不会影响软件的程序部分;
当改变选型软件的程序部分时,各厂的产品数据不会受到影响;
一个厂产品目录的更改不会影响到任何别的厂的产品目录。
产品数据库中包括了泵不同叶轮直径时的流量Q、扬程H、效率
的汽蚀余量NPSHr,还包括了其他信息,如吸入、排出管道的尺寸,泵的最高温度和压力,还有所推荐的泵的窗口!
。
这一数据库中还应有该厂家自身具备的一些信息,如叶轮切割的增加量,叶轮的最小允许转速,泵的最小流量和厂家的泵曲线修正数等。
(4)进行管路系统的计算。
有很多选型软件都省去了这一部分,但在实际的选型过程中,要能够选择出合适的泵,选型软件应附带有了解整个管路系统的水力性能的功能,其实质也就是计算设计流量下的总扬程。
而尽可能详尽地了解整个管路系统在所有可能的系统装置环境下的运行情况也是非常有必要的。
所以该程序提供了可以独立的对不同类型管道的管道系统及其内部压力进行分析和优化的功能。
其中,为了增加其开放性、使用的广泛性,程序可以查询自己的管路参数数据库,也可以由用户来加入一些特殊的管路数据。
3.1.2软件选型的特点
水泵是一种通用机械,凡是有液体流动的地方几乎都有泵在工作,各种使用场合和使用条件使得泵的型号规格繁多。
近年来,随着污水泵等特殊叶轮泵的不断开发,泵的型号规格不断增长,同样规格,同样参数的泵,叶轮又可以有不同的型式。
因此对于用泵单位和水泵销售人员,从厚厚的样本中,根据用户千差万别的使用场地和条件找出最适用的产品,迅速向用户提交相应的技术文件,并向厂方反馈有关的信息,是一件十分重要而又干分繁杂的工作。
如果使用计算机辅助选型软件,就可以克服传统人工选型费时费力且不准确的缺点,方便快速地选出所需泵型,并输出被选泵的各种资料。
3.1.3具体的选泵步骤如下:
(1)数据的输入:
根据实际情况以及需要等要求输入诸如:
用户数据(姓名、地址等),系统的描述(静扬程、吸水槽、排出管路、阀门及其它的装置、安装高度、管道排出压力、流量),输送介质的情况(流体形态、温度、所含固体颗粒情况、汽化压力、粘度),泵的性能曲线,所允许的最大叶轮直径,所允许的最大转速,温度/粘度曲线,泵和电机价格等等的参数;
(2)选择出一厂家的产品目录
(3)从所选厂家的产品目录中选择满足设计要求的泵的类型、泵的系列;
(4)进行管路系统的计算,准确的确定出设计流量下的总扬程;
(5)根据所得出的选型依据,从所选出的泵系列的产品目录中根据泵的最优工作范围去搜索满足要求的具体的泵的型;
(6)参阅该软件所提供的相关信息,并同时对满足要求的任一台泵均可在不同的运行工况点下对其进行评估,从而最终确定出最优泵型。
(7)输出最终所选泵的技术资料,包括性能曲线和外形安装尺寸图等。
在第5步中所选出的泵往往不止一种,这时所有满足设计要求的泵均会被以表格形式列出,同时在该表格对话框界面上可对所选泵根据泵的效率、NPSHr或电机尺寸进行排序,然后用户根据实际的具体要求,统筹选择具体的泵型。
当然,目前大多数泵厂家的泵选型软件都可以很好的完成在产品目录数据库中搜索泵和显示性能曲线的功能。
一些厂家的软件也可做到根据设计点的效率对所列表格中的泵进行排序,但很少有软件允许用户对满足要求的所有泵可以将其性能曲线和装置特性曲线同时绘出,对其可能的工作情况进行分析、比较,为用户提供进行优选的信息,同时,对每一台泵都可在各种各样所期望的工况点下对该泵进行评估。
3.2泵的型谱选型法
离心泵性能曲线图上每个点对应一个工况,离心水泵在最高效率点工作是最理想的,但这一要求并不现实,一般是规定一个工作范围,如图24中的曲线1巾的AB段,在此范围内泵运行的效率下降不大。
通过改变转速或切割叶轮也叫扩大泵的运行机制范围,曲线2即是改变转速或切割叶轮前后的特性曲绒.曲线3、4是改变转速速的相似抛物线或是切割外径的切割线(抛物线)。
方块ABCD称为泵扩大r的工作范围,泵町以在此范同的任·
点工作,而且效率下降最多不会超过5%~8%。
把许多泵的工作范围画在一张坐标图中.称为型谱。
为了使图形协调.高扬程和大流量时的工作范围不致过大(因高扬程大流量的工作范围相对变大),通常采用对数坐标表示。
一般每种系列泵有一个型谱。
泵的工作范围如下图所示
图3.1泵的工作范围
系列型谱方面供用户选型,另一方面可用于指导开发新产品的方向。
每种系列最好用几种比转速的水力模型,泵的口径按一定的流量问隔比变化,l司-口径的泵的扬程也按一定的问隔比变化。
运用型谱选型可以看到泵的性能参数,一目了然,便于用户选型。
如下图所示
图3.2泵的性能参数
3.3泵的手册选型法
3.3.1水泵的选型原则
1、使所选泵的型式和性能符合装置流量、扬程、压力、温度、汽蚀流量、吸程等工艺参数的要求。
2、必须满足介质特性的要求。
对输送易燃、易爆有毒或贵重介质的泵,要求轴封可靠或采用无泄漏泵,如磁力驱动泵、隔膜泵、屏蔽泵;
对输送腐蚀性介质的泵,要求对流部件采用耐腐蚀性材料,如AFB不锈钢耐腐蚀泵,CQF工程塑料磁力驱动泵。
对输送含固体颗粒介质的泵,要求对流部件采用耐磨材料,必要时轴封用采用清洁液体冲洗。
3、机械方面可靠性高、噪声低、振动小。
4、经济上要综合考虑到设备费、运转费、维修费和管理费的总成本最低。
5、离心泵具有转速高、体积小、重量轻、效率高、流量大、结构简单、输液无脉动、性能平稳、容易操作和维修方便特点。
因此除以下情况外,应尽可能选用离心泵:
有计量要求时,选用计量泵;
扬程要求很高,流量很小且无合适小流量高扬程离心泵可选用时,可选用往复泵,如汽蚀要求不高时也可选用旋涡泵.扬程很低,流量很大时,可选用轴流泵和混流泵;
介质粘度较大(大于650~1000mm2/s)时,可考虑选用转子泵或往复泵(齿轮泵、螺杆泵);
介质含气量75%,流量较小且粘度小于37.4mm2/s时,可选用旋涡泵;
对启动频繁或灌泵不便的场合,应选用具有自吸性能的泵,如自吸式离心泵、自吸式旋涡泵、气动(电动)隔膜泵。
3.3.2水泵的选型依据
泵选型依据,应根据工艺流程,给排水要求,从五个方面加以考虑,既液体输送量、装置扬程、液体性质、管路布置以及操作运转条件等
1、流量是选泵的重要性能数据之一,它直接关系到整个装置的的生产能力和输送能力。
如设计院工艺设计中能算出泵正常、最小、最大三种流量。
选择泵时,以最大流量为依据,兼顾正常流量,在没有最大流量时,通常可取正常流量的1.1倍作为最大流量。
2、装置系统所需的扬程是选泵的又一重要性能数据,一般要用放大5%—10%余量后扬程来选型。
3、液体性质,包括液体介质名称,物理性质,化学性质和其它性质,物理性质有温度c密度d,粘度u,介质中固体颗粒直径和气体的含量等,这涉及到系统的扬程,有效气蚀余量计算和合适泵的类型:
化学性质,主要指液体介质的化学腐蚀性和毒性,是选用泵材料和选用那一种轴封型式的重要依据。
4、装置系统的管路布置条件指的是送液高度送液距离送液走向,吸如侧最低液面,排出侧最高液面等一些数据和管道规格及其长度、材料、管件规格、数量等,以便进行系统扬程计算和汽蚀余量的校核。
5、操作条件的内容很多,如液体的操作T饱和蒸汽力P、吸入侧压力PS(绝对)、排出侧容器压力PZ、海拔高度、环境温度操作是间隙的还是连续的、泵的位置是固定的还是可移的。
最后根据选型的原则和依据,在泵的手册上选用符合要求的泵。
4600MW机组给水泵参数的确定
600MW机组给水泵参数的确定以华能营口电厂的2×
600MW超超临界机组为参考,它为国内首台投运600MW等级超超临界机组,安装两台600MW超超临界机组,三大主机是由哈尔滨三大动力厂引进日本的三菱技术设计制造,给水泵配置是2台50%的汽动给水泵和用于启动和紧急停机的一台25%的定速电动给水泵,两台机组分别于2007年8月31日和10月14日移交生产,通过投产后运行实践,两台机组的各项指标达到设计要求。
主要参数如下表:
主要热经济指标
1)汽轮机在热耗率验收(THA)工况的保证热耗率值:
7428KJ/KW.h(暂定)
2)锅炉在额定蒸发量时的保证热效率:
93.34%(设计煤种)
3)机组绝对效率:
48.465%
4)发电厂热效率:
44.785%
5)发电标准煤耗率:
274.65g/KW.h
表4.5汽轮机参数汇总
名称单位TRLTMCRVWOTHA
功率MW600.00624.100646.900600.00
热耗率kj/kWh7637744774697428
主蒸汽压力MPa25.025.025.025.0
再热蒸汽压力MPa4.304.334.544.12
主蒸汽温度℃600600600600
再热蒸汽温度℃600600600600
主蒸汽流量t/h1709.2321709.2321795.000
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