除氧器低位布置的可行性除氧器低位布置的可行性 【内容提要】：【内容提要】：以 600MW 超临界机组为列，通过除氧器的暂态计算及经济比较，论述除氧器低位布置在 13.7m 标高的可行性。 【关键词】【关键词】 除氧器暂态计算 低位布置 给水泵汽蚀 1. 前前 言言 除氧器的布置高度必须确保机组各种运行工况下，给水泵进口处不发生汽蚀。汽轮机从满负荷甩负荷至零时，除氧器抽汽量骤然降为零，除氧器内饱和水压力和温度由额定工作压力和温度逐渐下降，由于给水泵入口流体温度变化滞后于除氧器内饱和水温度的变化，导致给水泵汽蚀有效富裕压头值减少，所以甩负荷工况为给水泵汽蚀的最恶劣工况。本文通过除氧器暂态计算程序，精确计算甩负荷工况时给水泵的汽蚀情况，根据暂态计算结果及经济技术比较，论述除氧器低位布置的可行性。 2、给水泵的布置型式、给水泵的布置型式 电动、汽动给水泵，国外有的将其布置在汽机房运转层，也有的将其布置在汽机房 0m层；在国内 600MW 超临界机组的布置中，均将电泵（若有的话）布置在 0m 层，汽动给水泵布置在汽机房运转层。 对于汽泵前置泵，一种方式是布置在运转层，与汽动给水泵同轴布置，共同采用小汽轮机驱动；另外一种方式是布置在 0m 层，采用单独的电动机驱动。目前国内基本上是采用布置在 0m 层，采用单独的电机驱动。 本文在假定电动给水泵组、汽前泵布置在 0m 层，汽动给水泵布置在运转层的前提下，确定除氧器布置标高，然后通过计算给水泵(前置泵)的汽蚀情况，综合考虑主厂房结构及管道投资等技术经济要求，确定除氧器的低位布置在 13.7m 标高的可行性。 目前国内 600MW 超临界机组的电动给水泵组一般为启动泵不具备用功能，扩建机组一般已经取消了电动给水泵组。另外，在采用汽动给水泵和前置泵配置时，由于前置泵出口流体压力较高，汽动给水泵不会发生汽蚀，然而除氧器内介质为饱和水，在汽泵前置泵容易产生汽蚀现象，因此本文主要考虑暂态过程中汽泵前置泵的汽蚀情况。 3. 国内外除氧器布置标高概况国内外除氧器布置标高概况 关于除氧器布置标高的确定，火力发电厂设计技术规程中明确规定：除氧器给水箱的安装标高，应保证在汽轮机甩负荷瞬态工况下，给水泵或前置泵的进口不发生汽化。国内超临界机组根据规程要求，综合考虑设备，管道及检修空间布置要求，确定除氧器布置标高情况见下表 1。 表 1 国内超临界机组除氧器布置情况 电厂名称 华能沁北电厂一期珠海发电厂一期 3，4 号机组 大唐潮州 三百门电厂 阜阳华润 2600MW电厂装机容量(MW) 2600 2600 2600 2600 除氧器给水箱中心线标高(m) 29.0 28.94 28.50 27.5 给水泵及前置泵中心线标高(m) 1.092 0.89 0.695 0.9 除氧器和泵中心线高差(m) 27.908 28.05 27.805 26.6 除氧器水箱正常水位容积(m3) 235 235 235 235 除氧器工作压力(MPa) 1.13 1.012 0.7 1.331 给水泵流量(t/h) 1178 1055 1026 1068 下降管管径(mm) 4801448012 48012 48012 90 年代初期建设的沙角 C 电厂 3660MW 机组，除氧器布置在运转层平台上(12.0m)， 该工程由法国 GEC ALSTHOM 公司总包， 至今给水泵及前置泵运行良好。 GEC ALSTHOM 公司设计的部分电厂除氧器标高情况见表 2。 表 2 GEC ALSTHOM 公司设计的部分机组除氧器布置情况 电厂名称 A.L.M (MEXICO)MAJUBA (SOUTH AFRICA) CEGB (U.K) ShaJiao C (CHINA) 装机容量(MW) 4350 6660 1900 3660 除氧器给水箱中心线标高(m) 13.80 18.93 19.05 14.95 给水泵及前置泵中心线标高(m) 1.1 1.0 1.6 1.2 除氧器和泵中心线高差(m) 12.70 17.93 17.54 13.75 除氧器给水箱容积(m3) 100 280 233 183 除氧器工作压力(MPa) 1.232 0.44 0.79 1.17 给水泵流量(t/h) 598 1008 1441 1051 下降管管径(mm) 260.3 355.6 400 333.3 从上表 1、2 可以看出，目前国内 600MW 超临界机组除氧器布置标高与 GEC ALSTHOM 公司设计电厂的除氧器布置标高有较大差异， 国内机组除氧器一般为较高位布置，中心线标高约为 27-29m，而 GEC ALSTHOM 公司设计电厂的除氧器为较低位布置，中心线标高约为 13-19m， 这也说明了国内 600MW 超临界机组除氧器布置标高具有较大的裕量。 除氧器布置标高直接影响除氧层标高，进而影响主厂房建筑总体积、单位千瓦主厂房容积、单位千瓦造价，主厂房静态投资等指标。因此参考国外先进的布置理念，在汽泵前置泵不发生汽蚀的前提下， 合理地降低除氧器布置标高， 对降低造价、 节省投资意义重大。 4 除氧器暂态计算除氧器暂态计算 4.1 汽蚀现象 当泵入口某处水流的压力低于其温度对应的饱和压力时，水发生汽化，并且原来溶解于水中的气体也同时逸出，形成蒸汽、气体泡。这些充满着蒸汽和气体的空泡很快胀大，并随着水流向前运动。 当空泡流到压力较高的地方时， 充满着蒸汽和气体的空泡迅速凝缩、溃灭。空泡溃灭时，水以高速填补空泡的位置，在空泡中心形成微射流，射流速度高达100m/s,且水流彼此发生撞击，形成局部水击，这种现象称为汽蚀现象。 泵在汽蚀工况下运转时，空泡破灭产生的高压力，频繁地打击在过流部件上，使材料受到疲劳，产生机械剥蚀。同时，逸出气体中的氧气，藉助空泡凝缩时放出的热量，对材料产生化学腐蚀。由于汽蚀现象的危害性，所以我们应保证任何工况下泵不发生汽蚀。 4.2 泵发生汽蚀的条件 汽泵前置泵不汽蚀的基本条件为泵入口有效富裕压头大于零， 即有效汽蚀余量 NPSHa大于必需的汽蚀余量 NPSHr，即： 0NPSHNPSHaNPSHr (1) 有效汽蚀余量 NPSHa 是指当泵在一给定系统中运行时，泵入口流体压力高于当地流体温度对应的饱和压力的压头，在实际系统中，汽泵前置泵有效汽蚀余量 NPSHa 往往决定于除氧器运行压力、除氧器水箱水位与泵中心线高差及管道阻力等因素。必需的汽蚀余量 NPSHr 为水泵吸入口压降与入口流道压降之和，取决于泵本身的特性，如结构、转速和流量，其值由水泵制造厂提供。在实际系统中，汽泵前置泵有效汽蚀余量 NPSHa 可由下式得到： dvdvPPNPSHaHhgg (2) 把(2)式代入(1)式，有效富裕压头 NPSH 可整理为： dvdvPPNPSHHhNPSHrgg ()()vdvdPPHhNPSHrgg 令 ()hHhNPSHr ， ()vdvdPPHgg 则 NPSHhH 其中H为除氧器水箱水位至泵中心线之间的高度差，h为除氧器出口到泵入口管道及附件的阻力，dP 为除氧器饱和水压力，d为除氧器饱和水密度，vP 为泵入口流体温度对应的饱和压力，v为泵入口流体密度，g为重力加速度。在稳态工况时，由于除氧器饱和水的压力与泵入口流体温度对应的饱和压力相等，即：H=0 此时有效富裕压头：NPSHh （h为稳态工况下泵的有效富裕压头）。 在甩负荷工况时，除氧器饱和水温度及压力不断下降，由于流体从除氧器出口到泵入口需要一定的流动时间，因此泵入口的饱和压力下降滞后于除氧器内饱和水的压力的下降，即：0H 此时有效富裕压头：NPSHhH （H为甩负荷时附加的有效富裕压头下降值） 从以上分析可知，甩负荷工况时由于附加有效富裕压头下降值的存在，有效富裕压头相对于稳态工况下有所减小，即表示甩负荷工况会恶化汽泵前置泵汽蚀的条件，因此我们应进行除氧器暂态计算确保甩负荷工况时汽泵前置泵不汽蚀。 4.3 除氧器暂态计算 除氧器滑压运行时电泵、汽泵前置泵汽蚀计算时的主要输入参数如下： 1) 热力参数按主机VWO工况下热平衡图； 2) 除氧器正常水位水箱容积为180m3； 3) 管道布置及阻力按布置图； 4) 各低压加热器数据参考同类型机组； 5) 参考同类型600MW超临界机组的设备，汽泵前置泵必需汽蚀余量(VWO工况下0%NPSHr)估取为3.5mH2O； 除氧器暂态计算参数如下表3所示： 表3 除氧器暂态计算参数表 项 目 符号 单位低位布置 常规高位布置 计算总时间 T s 300 300 低压给水管径 D mm 48012 48012 除氧水箱计算水位至前置泵中心线高度差H m 16.455 28.755 滤网阻力 P m 0.9 0.9 下降管局部阻力系数(不包括滤网阻力) - 1.55 2.065 下降管等值粗糙度 DK m 0.0002 0.0002 下降管长度 L m 23.1 34.6 甩负荷时单台给水泵流量 Q kg/s 263.9 263.9 甩负荷时除氧水箱内饱和水焓 0h kJ/kg776.2 776.2 甩负荷时5号低加进入除氧器的凝结水焓lh kJ/kg599.6 599.6 凝汽器热井水焓 ch kJ/kg151.7 151.7 下降管道内水重 W kg 3333.8 4993.44 除氧水箱贮水重量与金属当量水重之和cW kg 193713 193713 5号低加入口至除氧器入口管道内凝结水重量及金属当量水重之和 lW kg 17540 18721 热井至除氧器入口凝结水重量及所有低压加热器金属当量水重之和 cW kg 78930 84244 汽泵前置泵必需汽蚀余量 NPSHrm 3.5 3.5 除氧器暂态计算结果如下： 0501001502002503000369121518NPSH mTime SNPSHaNPSHr图 1 除氧器布置在 13.7m 运转层时暂态计算结果 0501001502002503000369121518212427NPSH mTim e SN PSHa N SPHr图 2 除氧器布置在 26.0m 层时暂态计算结果 从图中可以看出，除氧器布置在13.7m运转层和26.0m层，甩负荷工况时汽泵前置泵都不会发生汽蚀。对于除氧器布置在13.7运转层，暂态过程中最小有效富裕压头大约为5m，而对于除氧器布置在26.0m层，暂态过程中最小有效富裕压头为14.42m，值得说明的是本文除氧器暂态计算没有考虑泵入口滤网堵塞时对有效富裕压头的影响， 然而一般滤网发生50%堵塞时滤网阻力增大约3-4m，由于目前最小有效富裕压头裕量较大，即使考虑汽泵前置泵入口滤网发生50%堵塞，汽泵前置泵仍不会发生汽蚀。 4 除氧器高低位布置经济性比较除氧器高低位布置经济性比较 除氧器低位布置和常规高位除氧器布置及火电工程限额（2008年水平）布置标高的不同，会直接影响除氧层标高，进而影响主厂房建筑总体积、主厂房静态投资、单位千瓦主厂房容积、单位千瓦造价等指标，同时也会导致相应管道投资不同，所以需要综合经济技术分析以选择最优的布置方案。如下表： 序号 名 称 除 氧 器 低位布置 常规的除氧器高位布置 火电工程限额 （2008年水平） 一 除氧器布置标高（m） 13.7 26 32.4 1 除氧器布置跨度（m) 9 9 9 2 除氧器布置长度（m) 171.5 171.5 171.5 3 占主厂房的容积（m3） 21145.95 40131 49999 4