超（超）臨界火電機(jī)組取消爐水循環(huán)泵的可行性研究

1、超（超）臨界火電機(jī)組取消爐水循環(huán)泵的可行性研究爐水循環(huán)泵,爐水循環(huán)泵的供貨周期較長,影響了機(jī)組的建設(shè)速度.同時(shí)爐水循環(huán)泵的運(yùn)行,維護(hù)比較復(fù)雜,爐水循環(huán)泵出故障后,維修困難.文章根據(jù)爐水循環(huán)泵的作用,探索尋找替代爐水循環(huán)泵的方法,研究取消爐水循環(huán)泵的可行性.關(guān)鍵詞:直流鍋爐;汽水分離器;爐水循環(huán)泵;回收中圖分類號:TK223.5文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:10019006(2010)02000104FeasibilityStudyofBoilerWaterCirculatingPumpCancelledinUltrasupercriticalUnitMA一long,WANGJun(1.XianThe

2、rmdPowerResearchInstitute,710032,Xian,China;2.DongfangBoilerGroupCo.,Ltd.,611731,Chengdu,China)Abstract:Theboilerwatercirculatingpumps(BWCP1inUltrasupercriticalthermalpowerunitsaremainlyutilizedtorecyclewaterfromSteamBWCP,thealternativemethodofthesameisexploredandthefeasibilityofcancelingBWCPisstudi

3、edinthisarticle.Keywords:oncethroughboiler;steamwaterseparator;boilerwatercirculatingpump;recycle1超超臨界火力發(fā)顫組爐水循環(huán)泵的作用超臨界火力發(fā)電機(jī)組中的鍋爐一般為為直流鍋爐,直流鍋爐的主要特點(diǎn)是水在給水泵的作用下,依次經(jīng)過省煤器,水冷壁,過熱器,完成水的加熱,蒸發(fā)和蒸汽的過熱等過程,如圖1所示.三段受熱面沒有固定的分界,隨著給水流量,燃設(shè)計(jì)時(shí)各段的換熱特性,熱量分配及管材相對固墊鐾墊鏊壟墨墊亙墊量墊亙流動(dòng)方向廣一一一一】/_.=|.=|.=|一一一一/圖1直流鍋爐受熱面分布-隋況中,蒸發(fā)受熱面和

4、過熱受熱面通常設(shè)一個(gè)相對固器,將水冷壁出來的汽水混合物分離,蒸汽進(jìn)入過熱器,水從分離器底部排出.直流鍋爐沒有水循環(huán),從汽水混合物的流動(dòng)結(jié)構(gòu)來看,要保證受熱面的換熱效果,就要保證水的連續(xù)流動(dòng),要求啟動(dòng)一開始就必須建立起足夠的啟動(dòng)流量和啟動(dòng)壓力,以保證所有受熱面的冷卻和水冷壁內(nèi)水動(dòng)力的穩(wěn)定性.鍋爐啟動(dòng)時(shí)的最低給水流量稱為啟動(dòng)流量,建立,如何建立,壓力水平如何等,與水冷壁安收稿日期:20100226作者簡介:馬曉瓏(1971一),男,1994年西安交通大學(xué)鍋爐專業(yè)畢業(yè),工學(xué)學(xué)士;2003年華東科技大學(xué)管理學(xué)碩十畢業(yè).高級工程師,從事電站調(diào)試工作.17全啟動(dòng),啟動(dòng)過程各工況,系統(tǒng)中各閥門性能及首先要獲

5、得鍋爐最佳啟動(dòng)過程,還應(yīng)符合給水泵壓頭,系統(tǒng)各閥門合理壓降的要求.鍋爐啟動(dòng)是需要一定過程的,鍋爐熱負(fù)荷的期,鍋爐熱負(fù)荷較小的情況下,給水經(jīng)過省煤器和水冷壁后不能完成汽化,在水冷壁出口只能形之間的汽水分離器,將水分離出來,蒸汽進(jìn)入過熱器完成過熱.啟動(dòng)系統(tǒng)的作用就是啟動(dòng)初期,在水經(jīng)過省煤器,水冷壁后不能完成完全汽化的階段,將汽水混合物中的水汽分離,汽進(jìn)入過熱器,完成蒸汽的過熱,分離出來的水則進(jìn)行回收或排放.啟動(dòng)系統(tǒng)一般由汽水分離器,儲水罐,爐水臨界火電機(jī)組的典型啟動(dòng)系統(tǒng)如圖2所示.一水循環(huán)泵和361閥發(fā)生汽蝕,通過主給水向儲水箱注入一定過冷水,保證儲水箱派出的水有一定過冷度.儲水箱通常要保證一定水

6、位,水位通過爐水循環(huán)泵出口調(diào)節(jié)門,再循環(huán)門及361閥進(jìn)行調(diào)節(jié).隨著鍋爐熱負(fù)荷的增加,進(jìn)入分離器的汽水混合物中汽的成分越來越多,水的成分越來越少,直至最后進(jìn)入分離器的工質(zhì)全部變成有一定過熱度的蒸汽,361閥全部關(guān)閉,爐水循環(huán)泵出口調(diào)門全關(guān),這時(shí)鍋爐從濕態(tài)轉(zhuǎn)為干態(tài)運(yùn)行,啟動(dòng)系統(tǒng)循環(huán)泵出口和361閥,分別提供暖泵水和暖閥水,其作用是在啟動(dòng)系統(tǒng)退出運(yùn)行后,保證爐水泵和361閥處于熱態(tài),以便爐水泵和361閥能夠隨時(shí)投人運(yùn)行.在停機(jī)過程中,隨著機(jī)組負(fù)荷的降低,鍋爐熱負(fù)荷降低,從水冷壁排出的丁質(zhì)又變成了汽水混合物,儲水箱水位不斷上升,這時(shí)啟動(dòng)系統(tǒng)又圖2超超臨界鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)在圖2中,水經(jīng)過省煤器加熱,在水冷壁

7、中蒸發(fā),在水冷壁出口形成汽水混合物進(jìn)入汽水分離器進(jìn)行分離,汽進(jìn)入過熱器進(jìn)一步吸熱,形成過熱蒸汽.水進(jìn)入儲水箱中.水質(zhì)合格的水,通過爐水循環(huán)泵增壓進(jìn)人省煤器人口,與來自主給水系統(tǒng)的水一起進(jìn)入省煤器,繼續(xù)進(jìn)行加熱和蒸發(fā).當(dāng)儲水箱中的水質(zhì)不合格時(shí),視水質(zhì)情況,全部或者部分通過361閥排人疏水?dāng)U容器中,進(jìn)18要投入運(yùn)行.由此可見爐水循環(huán)泵的作用就是將汽水分離器儲水箱中的水打人省煤器人口,在保證省煤器入口一定流量的前提下,回收合格的高溫,高壓的水.2目前啟動(dòng)紊螺在的普遍問題啟動(dòng)系統(tǒng)在工作過程中,爐水循環(huán)泵的工質(zhì)有較高的溫度和壓力,對爐水循環(huán)泵質(zhì)量要求較高,目前我們國內(nèi)的超(超)臨界鍋爐的爐水循環(huán)泵主要靠

8、進(jìn)口.進(jìn)口爐水循環(huán)泵費(fèi)用較高而且訂貨周期較長,目前火力發(fā)電發(fā)展迅速,爐水循環(huán)泵供貨往往不能套啟動(dòng)開始時(shí),爐水循環(huán)泵尚未到貨.爐水循環(huán)泵電機(jī)腔室的冷卻水水質(zhì)要求很高,在很多電廠都發(fā)生過由于電機(jī)腔室內(nèi)濾網(wǎng)堵塞,致使?fàn)t水泵電機(jī)溫度高而不得不停爐檢修(例如巢湖電廠).爐水循環(huán)泵對冷卻水的可靠性要求很高,在一些電廠曾經(jīng)發(fā)生過由于電機(jī)腔室冷卻水泄露,爐內(nèi)的高溫水進(jìn)入爐水循環(huán)泵電機(jī)腔室,使得爐水循環(huán)泵電機(jī)線圈燒毀,不得不停爐檢修(例如蕪湖電廠).泵主要靠進(jìn)口,很多設(shè)備供應(yīng)商提出的檢修條件很多電廠由于電機(jī)腔室濾網(wǎng)堵塞,而將整臺爐水泵空運(yùn)返廠清理濾網(wǎng),歷時(shí)1個(gè)月,費(fèi)用浪費(fèi)巨大(例如伊敏電廠).鑒于超(超)臨界發(fā)

9、電機(jī)組中啟動(dòng)系統(tǒng)的很多問題都與爐水循環(huán)泵有關(guān),對啟動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化,取消爐水循環(huán)泵的設(shè)計(jì)優(yōu)化很為迫切.通過分析超超臨界鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)的作用及爐水循環(huán)泵在啟動(dòng)系統(tǒng)中的作用可以發(fā)現(xiàn),爐水循環(huán)泵的主要作用在于回收從汽水分離器分離出來的高溫高壓的水,以達(dá)到節(jié)約用水,減少熱量損進(jìn)行回收,同時(shí)能夠盡量降低熱量損失,便可以從啟動(dòng)系統(tǒng)中將爐水循環(huán)泵取掉.碰樣嬗汽水分離器儲水箱中的水是從汽水混合物分離出來的,因此這些水是對應(yīng)鍋爐壓力下的飽和水.目前超超臨界鍋爐的運(yùn)行方式是滑一定一滑一定.圖3是660MW超超臨界發(fā)電機(jī)組的啟動(dòng)曲線.由圖3的啟動(dòng)曲線可以看出,超超臨界發(fā)電機(jī)組在30%負(fù)荷之前已經(jīng)轉(zhuǎn)為干態(tài)運(yùn)行(給水流量與

10、主汽流量重疊),而660MW超超臨界發(fā)電機(jī)組在30%負(fù)荷之前的壓力在8.0MPa左右,對應(yīng)于啟動(dòng)分離器水箱中水為8.0MPa壓力下的飽和水,溫度大約為294oC左右.在鍋爐點(diǎn)火之前,鍋爐處于冷態(tài)沖洗階段,水從水冷壁出來后直接進(jìn)人分離器水箱,因此點(diǎn)火之前的回收水即為鍋爐給水.鍋爐點(diǎn)火后,在起壓之前,爐水溫度上升,有少量蒸汽進(jìn)入過熱IO0C左右,鍋爐壓力和溫度同時(shí)上升,水冷壁最高熱負(fù)荷處工質(zhì)溫升最快,當(dāng)工質(zhì)溫度升至飽和溫度時(shí)開始汽化.此時(shí),汽化點(diǎn)以后的受熱面內(nèi)的工質(zhì)仍為水.由于蒸汽密度比水小得多,汽化點(diǎn)附近的局部壓力升高,將汽化點(diǎn)以后的水排擠出去,使鍋爐排出的質(zhì)量流量大大超過給水質(zhì)量流量,這種現(xiàn)象

11、稱為直流鍋爐啟動(dòng)中的工質(zhì)膨脹.當(dāng)汽化點(diǎn)以后的受熱面中的水都被汽水混合物排擠出鍋爐后,鍋爐排出流量恢復(fù)到與給水流量一,UU主:溫乏60)600/主:流19r500/:.0MPa/,一一/|氣壓力/j/400/|I/負(fù)10(%L300/轉(zhuǎn)速1000r/mi/j/,200/|/,|././,_/,100/f/水罰:量2OL/鍋爐點(diǎn)火-60rain并網(wǎng)(20min)圖3冷態(tài)啟動(dòng)曲線額荷時(shí)(mi間n)19帕O水箱排出水量,水冷壁出口混合集箱溫度,主蒸汽壓力,負(fù)荷之問的關(guān)系.由圖4可以看出,在鍋爐點(diǎn)火初期,爐水循度在127oC,主汽壓力0.2MPa時(shí),工質(zhì)開始膨脹,膨脹時(shí)爐水循環(huán)泵回收水量最大430t/h

12、,膨脹過程持續(xù)了1h左右,在鍋爐壓力1.4MPa,混合集箱溫度2001左右,膨脹完成.膨脹完成后,爐水泵回收水量在300t/h左右,隨后隨著壓力及混合集箱溫度的升高,回收水量在持續(xù)下降,在主蒸汽壓力到達(dá)8.0MPa左右,壓力基本恒定,混合集箱的溫度也基本穩(wěn)定.在機(jī)組并網(wǎng)后,爐水循環(huán)泵回收水量大約在220t/h.在機(jī)組帶20%負(fù)荷左右,主蒸汽壓力9.0MPa左右,混合集箱溫度300C左右,爐水泵回收水量200t/h左右,鍋爐開始了濕干態(tài)轉(zhuǎn)換.在鍋爐負(fù)荷25%左右,完成了濕態(tài)向干態(tài)的轉(zhuǎn)換,爐水循環(huán)泵不再回收水量,主蒸汽壓力,溫度,負(fù)荷持續(xù)上升.在圖4中,由于水質(zhì)還沒有合格,爐水循環(huán)泵回收水量大約為

13、分離器排放量的60%,其余工略估計(jì),分離器排放水量最大為720t/h,此時(shí)排參數(shù)最高為9.9MPa,308oC,此時(shí)的排放水量為360t/h.20由于高壓給水系統(tǒng)的壓力總是要高于分離器儲水箱壓力,在爐水循環(huán)泵取消后,分離器儲水箱中的水無法回收到高壓給水系統(tǒng)中(省煤器入口).由圖2可以看到,儲水箱中的水通過361閥減壓后也可以排入鍋爐疏水?dāng)U容器中,疏水?dāng)U容器中的水質(zhì)合格后可以排往凝汽器,不合格的水過程中分離出水的排放問題,但是儲水箱中接近飽和的高壓水,經(jīng)過疏水?dāng)U容器擴(kuò)容后,一部分通過擴(kuò)容器的排汽排人空中,能夠回收的一部分水也只能是常壓下的飽和水,造成了水量和熱量的浪費(fèi).從361閥后接管路直接排入

14、凝汽器,雖然能夠?qū)θ克窟M(jìn)行回收,但熱量不能回收,造成熱量浪費(fèi).另外儲水箱的壓力比較高,直接排往凝汽器,容易造成管道沖擊,管道的支固比較困難.從361閥后接管路直接排人低加汽側(cè),可以回收全部水量和全部熱量,但由于儲水箱壓力和溫度與低壓加熱器汽側(cè)壓力和溫度相差比較懸殊,容易引起低加超壓,且低加汽側(cè)疏水量較小,如果要對其換熱面積和相應(yīng)管道進(jìn)行改造,_T作量較大.從361閥后接管到直接進(jìn)入除氧器,可以回收全部水量和熱量,但由于儲水箱壓力和溫度與除氧器的壓力和溫度相差比較懸殊,(下轉(zhuǎn)第23頁)在動(dòng)態(tài)重心優(yōu)化后,該葉片最大等效應(yīng)力部位沒有發(fā)生變化,拉金凸臺下部最大峰值應(yīng)力下降到731MPa(見圖6),

15、根部截面內(nèi)弧部位峰值應(yīng)力下降到688MPa(見圖7).3果分析童i通過對1200mm葉片動(dòng)態(tài)重心優(yōu)化前后葉身應(yīng)力水平的分析后發(fā)現(xiàn),進(jìn)行動(dòng)態(tài)重心優(yōu)化后的葉身應(yīng)力水平有大幅降低,在拉金凸臺部位峰值等效應(yīng)力下降了9.2%;葉身根部內(nèi)弧部位峰值等效應(yīng)力下降了10.3%.4結(jié)語-對于末級長葉片的設(shè)計(jì),特別是對于平均應(yīng)力水平接近材料的許用極限強(qiáng)度的末級動(dòng)葉片設(shè)計(jì),必須考慮葉片_作時(shí)的復(fù)雜三維變型,采用三維有限元分析的方法,分析出葉片的動(dòng)態(tài)重心,優(yōu)化葉片靜態(tài)下的重心位置,以減小附加的扭轉(zhuǎn)恢復(fù)應(yīng)力和離心力產(chǎn)生的偏心彎應(yīng)力,增加葉片的安全裕度.圖6優(yōu)化后葉片局部等效應(yīng)力云圖(拉金下部)圖7優(yōu)化后葉片局部等效應(yīng)力云圖(內(nèi)弧根部)?十一+一+.+一+一+一+一+十一+*+十+一+-+一+一+一+一十一+-+一+一+一+一十一+一十一十一+一+一一十一+一十.+一十-+一+-.-卜一+一-t-卜一+一(上接第20頁)比較嚴(yán)格,儲水箱的排水進(jìn)入除氧器后,對除氧器內(nèi)部的水沖擊較大,容易引起除氧器水位波動(dòng).高加汽側(cè)的溫度和壓力相對較高,而且其疏水能力與儲水箱的排水能力比較接近,并且2,3高加本身有接收上級高加疏水的接入口,在接人口;5.疏水冷卻段隔板;6.給水進(jìn)口;7.人孑L密封板;8獨(dú)立的分流隔板;9.給水出口;1O.管板;l1.蒸汽冷卻段遮熱板;I2.