600MW機組除氧器暫態(tài)計算

摘 要：通過除氧器暫態(tài)計算，合理選取600MW超臨界燃煤機組配置100%容量的汽動給水泵時，在除氧器低位布置情況下的除氧器有效容積和低壓給水管道規(guī)格。

關(guān)鍵詞：除氧器；暫態(tài)計算；給水泵

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.04.197

0 引言

除氧器是火電廠的重要設(shè)備，除氧器的體積與荷重都很大，它的安裝高度和設(shè)備體積都直接影響廠房的結(jié)構(gòu)和造價。但除氧器的安裝高度和容積又與電廠給水泵的安全運行密切相關(guān)，若能夠在保證給水泵運行安全的前提下，適當(dāng)降低除氧器安裝高度，減小除氧器容積，將大大降低電廠汽輪機廠房的綜合造價。通過除氧器暫態(tài)計算，可以在保證給水泵運行安全的前提下，合理選取除氧器安裝高度和設(shè)備體積。

1 除氧器暫態(tài)計算原則

給水泵運行時，當(dāng)泵內(nèi)任意一點的壓力小于泵入口水溫對應(yīng)的飽和壓力時，該處的水就會發(fā)生汽化，形成小的蒸汽泡，當(dāng)蒸汽泡被帶入高壓區(qū)，受壓破裂，使泵產(chǎn)生汽蝕，引起泵的噪音、振動，甚至破壞。因此，給水泵不發(fā)生汽蝕的條件是必須保證泵內(nèi)最低壓力處的壓力大于水的飽和壓力值。

泵內(nèi)流體壓力最低點不是發(fā)生在泵的入口，當(dāng)給水由泵的入口流至葉輪入口過程中，由于流道收縮，流速增加，流體動能增加，在葉片進口邊位置處，壓力降至最低值，之后葉片對流體做功，壓力逐漸升高。泵入口至葉輪進口最低壓力點處的壓力差將稱為泵的必須汽蝕余量，用NPSHr表示。該值與管路系統(tǒng)無關(guān)，僅與泵吸入室的結(jié)構(gòu)、葉輪的吸入口形狀以及葉片進口處的流速有關(guān)。

為保證給水泵在運轉(zhuǎn)中不發(fā)生汽蝕，必須使泵吸入口壓力具有高于飽和壓力一定的富余壓力值，該值稱為裝置的有效汽蝕余量，用NPSHa表示。該值由給水泵吸入側(cè)管路、系統(tǒng)和裝置決定，與泵本身無關(guān)，由下式求得：

式中：

Hg——給水泵葉輪中心線至除氧器水箱水位的標(biāo)高差，m

ΔP——除氧器水箱下降管中給水壓力損失（下降管阻力），MPa

Ps——與給水泵入口水溫度相對應(yīng)的飽和壓力，MPa

Pd——除氧器運行壓力，MPa

——下降管中給水平均密度，kg/m3

不發(fā)生汽蝕的基本條件是：NPSHa>NPSHr，工程設(shè)計中應(yīng)有一定的安全裕度，一般以NPSHa>1.25NPSHr作為給水泵不發(fā)生汽蝕的條件。

因此，除氧器的布置以及泵的NPSHa應(yīng)保證在機組負(fù)荷驟降工況下，尤其是最惡劣的暫態(tài)工況——汽輪機全甩負(fù)荷工況下，給水泵入口葉片不發(fā)生汽蝕。

2 除氧器暫態(tài)計

某600MW超臨界燃煤機組鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量1814t/h，汽輪機進汽參數(shù)24.2MPa（a）、566℃，再熱蒸汽溫度566℃。

電廠給水系統(tǒng)采用單元制，配置1×100%容量的汽動給水泵和一臺30%容量的電動啟動泵。給水泵及其汽輪機布置在運轉(zhuǎn)層，前置泵布置在0m層。

為降低電廠綜合造價，除氧器布置于汽機房運轉(zhuǎn)層，除氧器水箱中心線標(biāo)高16.2m，除氧器水箱正常水位標(biāo)高17m。除氧器暫態(tài)計算模型如圖1所示。

當(dāng)機組全甩負(fù)荷時，汽輪機不進汽，各級加熱器也失去了加熱的抽汽汽源。在甩負(fù)荷瞬間，各級加熱器的焓值為額定工況焓值。暫態(tài)計算的基本參數(shù)見表1。

根據(jù)《大中型火力發(fā)電廠設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，給水箱的儲水量宜根據(jù)除氧器的布置位置，結(jié)合瞬態(tài)計算結(jié)果、機組控制水平和機組功能要求確定，200MW及以上機組宜為3min～5min的鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量時的給水消耗量。本工程除氧器有效容積取150m3。

根據(jù)《火力發(fā)電廠汽水管道設(shè)計技術(shù)規(guī)定》，低壓給水管道的推薦介質(zhì)流速為0.5～2m/s。本工程低壓給水管徑取Φ630×13。

通過除氧器暫態(tài)計算，可以得到機組全甩負(fù)荷后300s，除氧器內(nèi)部壓力與前置泵入口飽和壓力隨時間的變化曲線（圖2）和給水泵有效汽蝕余量NPSHa隨時間變化曲線（圖3）。

根據(jù)上述計算結(jié)果可知，暫態(tài)過程最危險的時刻，即有效汽蝕余量下降的最大值發(fā)生在43s時刻，此時有效汽蝕余量NPSHa數(shù)值為8.864m。

NPSHa=8.864m > NPSHr×1.25=6.25m

因而，對于除氧器低位布置方案，當(dāng)除氧器水箱的有效容積為150m3，低壓給水管徑為Φ630×13時，汽動給水泵的前置泵不會發(fā)生汽蝕。

3 結(jié)論

通過計算，600MW超臨界燃煤機組采用100%容量的汽動給水泵，給水泵及其汽輪機布置在運轉(zhuǎn)層，前置泵布置在0m層。除氧器采取低位布置，低壓給水管徑取Φ630×13，當(dāng)有效容積大于等于150m3時，能夠保證給水泵安全運行。

參考文獻：

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作者簡介：騫宏偉（1983-），男，內(nèi)蒙古包頭人，碩士，工程師，研究方向：電站熱力系統(tǒng)設(shè)計及安全、經(jīng)濟性研究。