汽动给水泵组同轴以及上排汽布置分析.doc

汽动给水泵组同轴以及上排汽布置分析马欣强1 陈瑞克1 刘发灿2 邵锦华1（1.西北电力设计院，陕西 西安 710075；2.华能沁北发电有限公司 河南 济源 454662）作者简介：马欣强（1971）男，高级工程师，从事火力发电厂热机设计。E-mail：摘要：为了减少厂用电，在工程实践中采用了给水泵、前置泵及小汽机同轴设置。采用同轴布置时，为了降低除氧器布置高度，减少主厂房结构体积，给水泵汽轮机布置在零米，可采用上排汽布置。并提出一些建议，给相关的工程设计提供了参考。关键词：汽轮机给水泵组；同轴；汽轮机上排汽 1. 前言为了减少600MW、1000MW等大容量机组的厂用电，提高机组效率，以及减少主厂房结构体积，减少造价，在一些工程设计实践中，采用了给水泵、前置泵及小汽机同轴设置，以及给水泵汽轮机上排汽的方案。本文将结合某1000MW机组的设计情况对汽动给水泵组同轴以及上排汽布置进行分析。2. 汽动给水泵、前置泵及小汽机的同轴布置国内大容量机组的汽动给水泵组配置通常由一台汽动给水泵、一台给水泵驱动汽轮机、一台电动驱动的前置泵组成。汽动给水泵与给水泵驱动汽轮机同轴布置，一般布置在运转层，汽轮机下排汽；电动前置泵单独布置，一般布置在零米层，以满足汽轮甩负荷时其汽蚀裕量的要求。为了降低厂用电率，一些电厂采用了给水泵、前置泵及给水驱动汽轮机同轴设置的方案,即前置泵驱动方式由电动改为汽动。汽动给水泵组同轴布置一般有两种方式，方案一：给水泵汽轮机两头出轴，一端与主泵联接，另一端通过减速器与前置泵联接；方案二：主泵两头出轴，一端与给水泵汽轮机联接，另一端通过减速器与前置泵联接。通常，双流小汽机可以两头出轴，一端与主泵联接，另一端通过减速器与前置泵联接，如外高桥二期、三期即采用该种方式。参考工程通过招标采用了杭州汽轮机股份有限公司的50容量给水泵汽轮机，杭汽采用西门子技术生产的WK型双分流反动式工业汽轮机，但其盘车装置仍采用了三菱的电动盘车方案，不能从小汽轮机两头出轴。所以，目前参考工程可行的方案只有方案二，即“给水泵汽轮机给水主泵减速箱前置泵”方式。详见下图：给水泵汽轮机给水主泵减速箱前置泵连接方式模型：经过小汽轮机厂的核算，汽动给水泵组同轴布置方案小汽轮机的耗汽量比前置泵电动的方案增加了2.1，根据主汽轮机厂的热平衡计算，采用汽动给水泵组同轴布置方案，主汽轮机的THA工况热耗值由原先的7309.8 KJ/KW.h上升到7318.6KJ/KW.h。但同时由于减少了前置泵的电机，机组的厂用电率降低了2.0。根据上述数据，两方案机组供电设计标准煤耗、全年所耗标煤比较如下：单位汽动给水泵组同轴布置方案前置泵电动方案机组热耗（THA工况 ）KJ/KW.h7315.67309.8锅炉效率%93.0993.09管道效率%9999发电设计标准煤耗g/KW.h270.85270.64厂用电率%4.3054.395供电设计标准煤耗g/KW.h283.03283.08供电设计标准煤耗差g/KW.h-0.05基准全年两台机所耗标煤（按额定负荷5500h计）吨-550基准由上表可以看出，当采用汽动给水泵组同轴布置方案后，供电设计标准煤耗减少0.05 g/KW.h，两台机组全年可以节约标煤550吨。两台机组厂用电减少1800kW。初投资方面，汽动给水泵组同轴布置方案，省掉了前置泵电动机，但增加了前置泵变速箱（进口）；省掉了前置泵土建基础，但增加了泵组土建基础的面积。经比较，与前置泵电动方案的的初投资基本相当。3. 汽动给水泵、前置泵的汽蚀裕量的要求由于常规的给水泵及其汽轮机布置在运转层，若给水泵、小汽轮机及前置泵同轴方案仍布置在运转层，就应着重考虑前置泵的汽蚀裕量问题。在给水泵及其前置泵选型和布置时，需对其必须的汽蚀余量和有效的汽蚀余量进行核算，并要考虑汽轮机甩负荷时除氧器暂态对于汽蚀的影响。根据计算的结果，确定除氧器的标高，以确保给水泵组在任何运行工况下都能安全的运行而不发生汽蚀现象。前置泵的设置目的是为满足主泵的汽蚀余量要求，但如果前置泵发生汽蚀，其流量压头曲线会迅速下降，主泵也会因有效的净正水头低于要求的净正水头而产生汽蚀。要求的净正吸水头（NPSHR）数值是由水泵制造厂通过试验得到的，按ISO9906 规定，将泵第一级叶轮出口扬程下降3时的净正吸水头定义为（NPSHR3）。相应的可将不发生汽蚀时的临界净正吸水头称为（NPSHA0）。如果有效的净正吸水头（NPSHA）等于按ISO9906 规定测得的净正吸水头（NPSHR3），那么，泵入口叶轮已了发生汽蚀，在此情况下，即使运行几小时，也可能造成泵的损坏。根据EBASCO PUMPDESIGN,SELECTION AND APPLICATION 中提供的数据，（NPSHA0）大约等于1.5 倍的（NPSHR3）。参考工程中各制造厂给出了前置泵要求的净正吸水头（NPSHR3），分别为：5.8 mH2O；5.6 mH2O；7.48 mH2O。计算出前置泵要求的净正吸水头（NPSHR0）最大为11.22 mH2O。即在任何工况下，有效的净正水头（NPSHA）必须大于11.22 mH2O，前置泵才不会发生汽蚀。参考工程进行了除氧器滑压运行瞬态过程的计算和稳态计算，如果将前置泵（与主泵同轴）布置在16.0米运转层，除氧器层的标高需为40.0米，泵组才不会发生汽蚀。4. 汽动给水泵组汽轮机上排汽方案通过上节的分析，要满足前置泵布置在运转层而不发生汽蚀，除氧器要布置在40米的高度，势必增大土建结构的造价。若按常规前置泵电动方案进行的设计，前置泵布置于除氧框架0米，考虑其他设备、管道布置因素，除氧器层的标高一般约为31.0米（若仅考虑前置泵汽蚀因素，可以降低），泵组有足够的汽蚀裕量，不会发生汽蚀。按前置泵低位布置可降低除氧器布置高度思路，就产生了将前置泵和给水泵同轴布置于主厂房0米的方案。汽动给水泵布置于汽机房运转层，给水泵汽轮机采用的是下排汽进主机凝汽器；若将前置泵和给水泵同轴布置于汽机房零米，则该方案汽动给水泵组汽轮机上排汽进主机凝汽器。具体布置详见以下模型：在我国1000MW及600MW等级的机组中，目前尚无给水泵组汽轮机上排汽的机组投运，但300MW等级的机组有给水泵组汽轮机上排汽的运行经验，如，邹县一期335MW机组的给水泵组汽轮机，投产至今运行良好。国内制造厂也有向国外电厂提供给水泵汽轮机上排汽的业绩，例如，美国CAMPUS电厂、韩国斗山重工。给水泵组布置在汽机房零米，应考虑到给水泵组汽轮机回油、油站检修以及疏水方便，应将给水泵组抬约22.5米，同时优化油站设计，用以保证回油高度和预留出疏水阀组的布置位置，以满足运行要求。具体布置详见以下模型：对于汽动给水泵组同轴布置于0米（小汽轮机上排汽）和汽动给水泵组同轴布置于运转层16.0米（小汽轮机下排汽）方案，两种方案的设备结构、系统配置基本一致，运行经济性相当。对于汽动给水泵组同轴布置于0米和运转层初投资比较如下：项目单位方案汽动给水泵组同轴布置于0米（小汽轮机上排汽）汽动给水泵组同轴布置于16.0米（小汽轮机下排汽）汽动给水泵组布置标高m2.5 16.0 除氧器层标高m31.0 m40.0 m除氧器层标高差m-9.0基准主厂房体积差（除氧器层标高差9.5m204.8m）-两台机m3-17510.4m3基准 主厂房的初投资差-两台机万元-613 基准主设备初投资差-两台机万元0基准汽动给水泵组基础投资差-两台机万元0（见注）基准主给水管道长度差-两台机m20基准主给水管道投资差-两台机万元88基准总的初投资差-两台机万元525基准注：汽动给水泵组同轴布置于16.0米（小汽轮机下排汽）的方案汽动给水泵组有弹簧基础，且承载弹簧基础的汽机房大平台梁柱断面较大；汽动给水泵组同轴布置于0米（小汽轮机上排汽）的方案汽动给水泵组无弹簧基础，但需设单独的泵组基础。两者价格基本相当。由上表可知，