电厂除氧器布置方式优化分析

电厂除氧器布置方式优化分析
作者：吕玉红李洪超
来源：《价值工程》2016年第16期
摘要：本文结合某百万机组工程主厂房布置方案，通过除氧器暂态计算分析前置泵入口的有效汽蚀余量，确定除氧器布置的合理高度以及前置泵的布置方式，确保在机组各种运行工况下，给水泵和前置泵进口处不发生汽蚀。

Abstract： This paper adopts deaerator transient calculation to analyze the booster pump inlet NPSHa according to one 2×1000MW project， and selects the reasonable height of deaerator and the booster pump arrangement way. The analysis makes sure that no cavitations will happen at inlet of the feedwater pump and its booster pump in any operation condition.
关键词：除氧器；暂态计算；必需汽蚀余量；有效汽蚀余量
Key words： deaerator；transient calculation；NPSHr；NPSHa
中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）16-0234-02
0 引言
除氧器的布置高度必须确保在机组各种运行工况下，给水泵和前置泵进口处不发生汽蚀，即泵吸入口处的压力应高于该处的饱和压力，并留有一定的裕量。

本文结合某百万机组工程主厂房布置方案，通过除氧器暂态计算定量分析前置泵入口的有效汽蚀余量，确定除氧器布置的合理高度以及前置泵的布置方式。

1 除氧器暂态计算原理
1.1 暂态过程说明暂态过程一般指滑压运行的除氧器由于机组负荷的剧烈变化除氧器内压力突变的短暂过程。

给水泵最危险的工况是汽轮机从满负荷工况全甩负荷，此时除氧器突然失去全部加热蒸汽，压力在短时间内从运行压力降至大气压，而水温一时未能迅速下降，使得除氧器内的水发生“闪蒸”，此时给水泵入口的水温因泵吸入管内存有一定水量的原因短时间内不能降低，而泵的入口压力已随除氧器的压力下降了，这样就造成了泵入口的压力低于泵入口处水温对应的汽化压力，泵运行的安全可靠性下降，汽蚀的可能性增加。

1.2 除氧器暂态过程计算数学模型给水泵是否发生汽蚀取决于泵吸入系统的特性和泵本身的特性。

反映泵本身的汽蚀特性的参数叫泵的必需汽蚀余量NPSHr，它是由泵的结构、转速、流量决定的泵吸入口和流道内压降的总和。

反映泵吸入系统的特性的参数叫泵的有效汽蚀余量NPSHa，它反映了泵在吸入口处，单位重量的液体所具有的超过汽化压力的富余能量。

NPSHa可以用式（1）表示：
除氧器滑压运行时，除氧器压力pd突然下降的暂态工况下，除氧器失去加热汽源，进入除氧器的凝结水水温也逐渐下降。

泵吸入管内的“热”水被泵抽完，温度降低了的给水经过时间τ才能到达给水泵入口。

给水泵入口水温在滞后τ后随除氧器水箱的温度td下降而下降，直到达到同步，暂态过程结束。

整个过程Δh基本不变，可视作一常数。

而ΔH的变化过程则是先从小到大，再由大变小，暂态结束时ΔH=0。

因此，ΔH在暂态过程中存在一个峰值ΔHmax。

因此只要保证在暂态过程中ΔHmax≤Δh，就能确保在任何工况下给水泵不汽蚀。

这就是除氧器暂态计算的理论依据，根据以上公式并假定进入除氧器的凝结水焓分3个阶段变化，结合不同的边界条件可依次求解各阶段的焓值表达式，由于该焓值是饱和焓，因此也表征了压力变化的全部情况。

2 除氧器及给水泵布置对暂态过程的影响
除氧器是汽轮机抽汽回热系统中的一级混合式加热器，其布置高度考虑给水泵运行的安全，通常采用高位布置。

按照建设节约型电厂的指导思想，对除氧器的布置以及布置高度进行优化，但同时要满足在所有运行工况下能够达到：①除氧器具有稳定的除氧效果；②给水泵不汽蚀；③具有较高的热经济性。

2.1 给水泵布置方案对于汽动给水泵，在国内同类型机组的布置中，均将汽动给水泵布置在汽机房运转层。

本工程优化厂用电率，将前置泵与主泵同轴布置，小机采用下排汽型式。

推荐采用给水泵的配置方案为：2×50%汽动给水泵，高位布置于汽机房运转层，前置泵与主泵同轴布置。

高位布置的前置泵要求除氧器也要高位布置，才能保证泵入口的有效汽蚀裕量。

2.2 除氧器布置方案的暂态计算通过除氧器暂态计算软件对以上布置方案进行暂态过程分析，结果如表1所示。

暂态过程中前置泵入口的有效汽蚀余量计算结果如下：
该布置方案不会发生汽蚀，仍有富余压头1.823m。

暂态过程曲线请见图1，有效汽蚀余量下降值最大的时刻为第143.7s，最大降落值为
7.558m。

3 低压给水管道管径优化
根据传统经验，低压给水管道介质流速取的越高，低压给水管道压降越大，这一点对除氧器瞬态不利。

但是通过对几个工程的验算发现，虽然低压给水管道介质流速高导致压降增大，但对应暂态过程给水泵入口富裕压头最大降落值时间提前，对除氧器瞬态反而有利。

因此适当
降低低压给水管道管径对汽泵前置泵的汽蚀是有利的。

目前，世界上各个国家对低压给水的推荐流速范围见表2。

本文在除氧器布置于除氧层34.5m层条件下，对低压给水管道选择了三个管径进行除氧器瞬态计算，计算结果见表3。

从表3中可以看出，除氧器布置于34.5m层，前置泵与主泵同轴布置在运转层17m层时，Φ530×14，Φ480×12，Φ426×10的管道都不会发生汽蚀。

低压给水管径越小，瞬态时低压给水管道存水量越小，瞬态过程中给水泵入口富裕压头最大降落值的时间减少，给水置换过程加快，前置泵入口的有效汽蚀余量增加，对除氧器瞬态反而是有利的。

另外，降低管径可减少低压给水管材重量，减少投资，且管系对设备的推力和力矩都减小，对设备安全运行有利。

对比表3可以看出，管道流速均在推荐流速范围之内，虽然继续减小管径尺寸也满足美国推荐流速范围，但介质流速提高后，泵的扬程相应提高，运行费用增加。

因此推荐低压给水管道管径为Φ480×12。

4 结论
本文通过除氧器暂态计算对除氧器布置进行优化分析，推荐除氧器置于除氧间34.5m层，2×50%容量的汽动给水泵及前置泵同轴布置在汽机房运转层17.0m层，可以满足汽动给水泵及前置泵安全运行的要求。

参考文献：
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[2]魏年顺，白灵.煤矸石热电站中热力除氧器布置新概念[J]. 河南电力，1998（03）.
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