現(xiàn)役350MW機組無除氧器系統(tǒng)改造的水泵性能計算

高 巖，欒 濤，張翠華

（1.國家電投山東電力工程咨詢院有限公司發(fā)電廠節(jié)能減排工程實驗室，山東 濟南 250013；2.山東大學(xué)發(fā)電廠節(jié)能減排工程實驗室，山東 濟南 250061）

·發(fā)電技術(shù)·

現(xiàn)役350MW機組無除氧器系統(tǒng)改造的水泵性能計算

高 巖1，欒 濤2，張翠華1

（1.國家電投山東電力工程咨詢院有限公司發(fā)電廠節(jié)能減排工程實驗室，山東 濟南 250013；2.山東大學(xué)發(fā)電廠節(jié)能減排工程實驗室，山東 濟南 250061）

無除氧器熱力系統(tǒng)在國內(nèi)外已有工程應(yīng)用，技術(shù)可靠并可取得一定經(jīng)濟效益。電廠進行無除氧器熱力系統(tǒng)節(jié)能改造后，凝結(jié)水泵和給水泵的工作條件將發(fā)生變化，無除氧器熱力系統(tǒng)工作的可靠性在很大程度上取決于水泵的正確選擇。對現(xiàn)役典型350MW機組提出無除氧器系統(tǒng)改造方案，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、改造工作量小、改造費用低，運行方便、安全可靠，并對一級凝結(jié)水泵、二級凝結(jié)水泵、給水泵和低加疏水泵等的性能參數(shù)進行了分析研究，為工程中對各水泵的計算選型提供了理論依據(jù)與工程參考。

無除氧器；系統(tǒng)改造；水泵；性能計算；現(xiàn)役機組

0 引言

電廠進行無除氧器熱力系統(tǒng)節(jié)能改造后，凝結(jié)水泵和給水泵的工作條件將發(fā)生變化。無除氧器熱力系統(tǒng)工作的可靠性在很大程度上取決于水泵的正確選擇。在有除氧器的系統(tǒng)中，除氧器較大的水箱容積可以保證給水泵具有一定的備用容量。而在無除氧器熱力系統(tǒng)中給水泵直接由二級凝結(jié)水泵供水，實際上是二級凝結(jié)水泵與給水泵串聯(lián)的系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中為保證給水泵不斷水，必須要求凝結(jié)水泵工作絕對可靠。

一級凝結(jié)水泵只需將凝汽器中的主凝結(jié)水輸送到混合式低壓加熱器，所需揚程降低；二級凝結(jié)水泵將混合式低壓加熱器中的凝結(jié)水通過各級表面式低壓加熱器供入給水泵，其流量和揚程等主要性能參數(shù)以及汽蝕余量必須滿足無除氧器熱力系統(tǒng)的要求；給水泵運行是否可靠對無除氧器熱力系統(tǒng)具有決定性意義。

此外，在某些無除氧器熱力系統(tǒng)中往往將沿主凝結(jié)水流程的第一臺高壓加熱器改作最后一臺低壓加熱器（利用原系統(tǒng)中供給除氧器的抽汽），這時給水泵入口的水溫將升高。對此，給水泵的結(jié)構(gòu)和材料必須能與較高的水溫相適應(yīng)。同時給水泵入口必須具有足夠的剩余壓頭（即有效汽蝕余量），以保證給水泵在較高水溫下也不會發(fā)生汽蝕。

研究現(xiàn)役典型350MW機組無除氧器節(jié)能改造后，其凝結(jié)水泵和給水泵等的性能參數(shù)，為工程中對各水泵的計算選型提供理論依據(jù)與工程參考。

1 無除氧器節(jié)能改造熱力系統(tǒng)

如圖1所示，為山東濱州某電廠典型350MW機組汽水系統(tǒng)的原則性熱力系統(tǒng)圖。該系統(tǒng)中采用傳統(tǒng)“三高四低一除氧”的配置方式，即設(shè)置3臺表面式高壓加熱器，4臺表面式低壓加熱器，1臺除氧器。系統(tǒng)采用汽動給水泵，汽源來自汽輪機第四級抽汽。

圖1 典型350MW機組汽水系統(tǒng)原則性熱力系統(tǒng)

350MW機組汽水系統(tǒng)的無除氧器節(jié)能改造熱力系統(tǒng)如圖2所示，在上述原系統(tǒng)中取消了除氧器，將第1級（沿鍋爐給水方向）表面式低壓加熱器改為混合式低壓加熱器，在混合式低壓加熱器出口增設(shè)一組二級凝結(jié)水泵，原系統(tǒng)中第6級高壓加熱器改作第5級低壓加熱器且采用第四級抽汽，原系統(tǒng)第三級抽汽停用，高壓加熱器從3臺減到2臺，低壓加熱器從4臺增為5臺。在給水泵入口安裝混合器，原系統(tǒng)中第7級和第8級高壓加熱器的疏水引入混合器。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、改造工作量小、改造費用低，運行方便、安全可靠。

圖2 350MW機組無除氧器節(jié)能改造熱力系統(tǒng)

2 原熱力系統(tǒng)主要水泵配置情況

2.1 凝結(jié)水泵

上述350MW機組原熱力系統(tǒng)中，每臺機組配備2臺9LDTNB-5PS型立式凝結(jié)水泵，1臺運行，另1臺備用。其主要性能參數(shù)如下。

流量：Q=969t／h；

揚程：H=287m；

轉(zhuǎn)速：n=1 480r／min；

軸功率：Pa=935kW；

配用功率：Pgr=1 120kW；

必需汽蝕余量：NPSHr=3m；

效率：η=81％。

2.2 給水泵

上述350MW機組原熱力系統(tǒng)中，每臺機組的給水系統(tǒng)采用1×100％BMCR的汽動給水泵+1×50％的啟動／備用電動調(diào)速給水泵。給水泵型號為HPT300-340M-6S，其主要性能參數(shù)如下。

流量：Q=1 321m3／h；

揚程：H=3 260m；

轉(zhuǎn)速：n=5 953r／min；

軸功率：Pa=12 689kW；

效率：η=83.3％。

3 無除氧器節(jié)能改造系統(tǒng)水泵性能分析

3.1 一級凝結(jié)水泵性能計算與分析

原系統(tǒng)改為無除氧器熱力系統(tǒng)后，一級凝結(jié)水泵的任務(wù)只是將凝汽器中的主凝結(jié)水送入第1級混合式低壓加熱器，如果利用原系統(tǒng)中的9LDTNB-5PS型凝結(jié)水泵則揚程太高。因此，需要重新選擇。

在無除氧器熱力系統(tǒng)方案中，通過一級凝結(jié)水泵的流量GN1包括主凝結(jié)水量GK和軸封加熱器的疏水量GCF。在額定負荷（汽輪機流量1 064t／h）時，主凝結(jié)水量GK=707.37t／h，軸封加熱器疏水量GCF=0.94t／h。此時，一級凝結(jié)水泵的流量為

一級凝結(jié)水泵的揚程HN1用來克服額定負荷時以下部件的水阻：

第1級混合式低壓加熱器中有壓配水室的水阻hJD1=3m；

第1級混合式低壓加熱器有壓配水室與一級凝結(jié)水泵出口管路中心線間的標(biāo)高差hz=10.6m；

第1級混合式低壓加熱器與凝汽器的壓力差PJD1-PK=1.55m；

軸封加熱器水阻hJJ=2m；

第1級混合式低壓加熱器水位調(diào)節(jié)閥阻力hTJ=15m；

從一級凝結(jié)水泵出口至1號混合式低壓加熱器進口管路系統(tǒng)的阻力損失（包含管道沿程阻力和管件局部阻力）：hL=1.6m。

因此，一級凝結(jié)水泵的揚程應(yīng)為

一級凝結(jié)水泵的吸入條件是：凝汽器中的飽和壓力為0.011 8MPa，飽和水溫度為49.1℃。根據(jù)以上計算參數(shù)可選擇湖南某泵業(yè)公司的GLN700-1型立式凝結(jié)水泵，可選用2臺，其中1臺運行，另1臺備用。該泵性能參數(shù)如下。

流量：Q=710m3／h；

揚程：H=34m；

轉(zhuǎn)速：n=1 480r／min；

效率：η=80％；

必需汽蝕余量：NPSHr=2.8m；

軸功率：Pa=82.2kW；

配用功率：Pgr=110kW。

原系統(tǒng)中的凝結(jié)水泵安裝標(biāo)高為-4.625m，凝汽器底部標(biāo)高為-0.54m，正常水位為0.53m。即倒灌高度為4.615m。因此，選用上述一級凝結(jié)水泵且仍安裝在-4.625m標(biāo)高處沒有汽蝕問題。另外，凝結(jié)水的實際溫度和壓力對該泵也不存在問題。

3.2 二級凝結(jié)水泵性能計算與分析

在無除氧器熱力系統(tǒng)方案中通過二級凝結(jié)水泵的流量GN2包括主凝結(jié)水量GK、軸封加熱器疏水GCF、1號混合式低壓加熱器疏水GJD1和2號表面式低壓加熱器疏水GJD2。在額定負荷時以上各部分水量為

在額定負荷下從二級凝結(jié)水泵至給水泵的系統(tǒng)阻力由以下各項組成：

低壓加熱器總水阻hJD=30.6m；

給水泵前孔板水阻hCP=3m；

二級凝結(jié)水泵與給水泵的安裝標(biāo)高差hZ=4.6m；

從二級凝結(jié)水泵至給水泵間管路系統(tǒng)的阻力損失（包含管道沿程阻力和管件局部阻力）：hL=6.1m。

因此，總阻力損失∑h為

二級凝結(jié)水泵從第1級混合式低壓加熱器中吸水，該加熱器內(nèi)的飽和壓力為0.025MPa，相應(yīng)飽和溫度為 65.3℃，水的密度 ρ=980.39kg／m3。

為節(jié)省改造費用，擬用原系統(tǒng)中之凝結(jié)水泵9LDTNB-5PS作為二級凝結(jié)水泵。該泵的流量可以滿足要求，必需汽蝕余量為3m，汽蝕性能較好，只要保持原系統(tǒng)中-4.625m的安裝標(biāo)高和4.615m的倒灌高度就沒有汽蝕問題。根據(jù)以上計算，系統(tǒng)的阻力只有44.3m。但是，作為二級凝結(jié)水泵其揚程除了用以克服上述管路系統(tǒng)阻力外，還必須在給水泵入口造成足夠的壓頭以保證給水泵不發(fā)生汽蝕。

3.3 給水泵性能計算與分析

無除氧器熱力系統(tǒng)方案仍用原來的HPT300-340M-6S型給水泵，但在該系統(tǒng)中泵的吸入條件發(fā)生了變化。因此必須校核其入口的溫度和壓力，以確定該給水泵是否可以滿足要求。

上面已計算出二級凝結(jié)水泵的流量為756.38t／h，即 771.5m3／h（水的密度 ρ=980.39kg／m3）。 根據(jù)9LDTNB-5PS型泵的性能曲線在此流量下的揚程HN2=320m水柱。泵的吸入揚程

式中：P1=0.025 5MPa為吸入壓力（絕對）；ρ=980.39kg／m3為凝結(jié)水密度；Z=4.6m為倒灌高度；ΔhL=0.3m為吸入側(cè)管路阻力損失。

因此，

泵的出口揚程HN22（絕對）為

這樣，給水泵入口的靜揚程（即有效汽蝕余量）HG1（絕對）為

為將給水泵前的剩余揚程HG1轉(zhuǎn)化為剩余壓PG1，必須先求得給水泵前壓力水的密度ρG1。為此需先計算給水泵前的給水焓值。對圖2所示的方案，給水泵前的焓值為=764.64 kJ／kg，給水溫度為TG1=180.13℃，計算得出給水泵前壓力水的密度ρG1=888.02kg／m3。

此時，給水泵前給水的真正剩余壓力（絕對）

根據(jù)給水泵前給水的溫度TG1=180.13℃，可得到相對于此TG1的飽和壓力（絕對）PSG1=1.026MPa。

因此，原系統(tǒng)的HPT300-340M-6S型給水泵可以滿足無除氧器熱力系統(tǒng)方案的要求。給水泵前的有效汽蝕余量NPSHa為

HPT300-340M-6S型給水泵應(yīng)保證在原系統(tǒng)除氧器標(biāo)高12.6m的情況下沒有汽蝕現(xiàn)象。因此，在無除氧器熱力系統(tǒng)方案中，當(dāng)有效汽蝕余量NPSHa=167.11m時，不會發(fā)生汽蝕。

另外，原系統(tǒng)中給水泵入口溫度177.3℃，無除氧器方案給水泵前的計算給水溫度TG1=180.1℃，僅高出2.8℃，給水泵可以安全運行。

3.4 低壓加熱器疏水泵性能計算與分析

在無除氧器熱力系統(tǒng)方案中，第3級低壓加熱器需加裝疏水泵。下面對該疏水泵進行計算和分析。

第3級低壓加熱器疏水泵承接第3級、第4級和第5級低壓加熱器的疏水，故疏水泵的流量

疏水泵的吸入條件是：第3級低壓加熱器內(nèi)的壓力為 0.2MPa，水溫為 117℃，疏水密度為 964.88kg／m3。根據(jù)以上計算參數(shù)建議選擇以下兩種泵作為疏水泵。

1）湖南某泵業(yè)公司生產(chǎn)的NW120-9型疏水泵，該泵性能參數(shù)如下。

流量：Q=115m3／h；

揚程：H=270m；

轉(zhuǎn)速：n=1 480r／min；

效率：η=72％；

必需汽蝕余量：NPSHr=1.3m；

軸功率：Pa=117kW；

配用功率：Pgr=160kW。

2）上海某泵業(yè)公司生產(chǎn)的150NW-77×4型疏水泵，該泵性能參數(shù)如下。

流量：Q=126m3／h；

揚程：H=301m；

轉(zhuǎn)速：n=2 960r／min；

效率：η=72％；

必需汽蝕余量：NPSHr=2.5m；

軸功率：Pa=152kW；

配用功率：Pgr=160kW。

疏水泵的安裝標(biāo)高為0m，第3級低壓加熱器殼體底部標(biāo)高13m，正常水位0.32m，因此，泵的倒灌高度有13.3m，大于泵的必需汽蝕余量，不會發(fā)生汽蝕。另外，這兩種泵的允許介質(zhì)溫度為135℃，大于實際疏水溫度，因此可以安全運行。

當(dāng)泵的流量為114.7m3／h時，泵的揚程HS=270m（150NW-77×4型疏水泵揚程為305m）。泵的進口揚程 HS1（絕對）為

泵的出口揚程HS2（絕對）為

主凝結(jié)水在第3級低壓加熱器出口處的壓力H3?？捎枚壞Y(jié)水泵出口揚程和二級凝結(jié)水泵出口至第3級低壓加熱器出口間系統(tǒng)的阻力（包含管道沿程阻力和管件局部阻力）來計算，即：

由此，H3

4 結(jié)語

研究現(xiàn)役典型350MW機組無除氧器節(jié)能改造，配備一級和二級凝結(jié)水泵、給水泵、疏水泵的性能參數(shù)。在無除氧器系統(tǒng)的工作條件下，對原常規(guī)系統(tǒng)中的水泵進行了校核計算或泵型推薦，為工程中對各水泵的計算選型提供理論依據(jù)與工程參考。

一級凝結(jié)水泵只需將凝汽器中的主凝結(jié)水排入第1級混合式低壓加熱器，因此所需揚程不高，經(jīng)計算可以選用湖南某泵業(yè)公司生產(chǎn)的GLN700-1型立式凝結(jié)水泵。

二級凝結(jié)水泵的任務(wù)是抽吸第1級混合式低壓加熱器中的凝結(jié)水并直接向給水泵供水。為了節(jié)省改造費用，可將原常規(guī)系統(tǒng)中的9LDTNB-5PS型凝結(jié)水泵改作二級凝結(jié)水泵，經(jīng)計算其流量、揚程和汽蝕余量可以滿足要求。

給水泵的吸入壓頭由二級凝結(jié)水泵保證，9LDTNB-5PS型二級凝結(jié)水泵可以使給水泵入口具有足夠的剩余壓頭，以保證給水泵不發(fā)生汽蝕。給水泵入口的計算水溫僅提高2.8℃，可以安全運行。

無除氧器熱力系統(tǒng)中的第3級低壓加熱器加裝疏水泵是可行的，NW120-9型疏水泵和150NW-77×4型疏水泵的流量、揚程、汽蝕余量和允許使用溫度都可以滿足無除氧器熱力系統(tǒng)中的使用條件。

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The Pump Performance Calculation for the System Energy-Saving Reconstruction Without Deaerator of 350MW Unit in Active Service

GAO Yan1，LUAN Tao2，ZHANG Cuihua1
（1.Power Plant Energy Conservation and Emissions Reduction Engineering Laboratory，Shandong Electric Power Engineering Consulting Institute，SPIC，Jinan 250013，China；2.Power Plant Energy Conservation and Emissions Reduction Engineering Laboratory，Shandong University，Jinan 250061，China）

The application of the none-deaerator thermal system has been carried out domestically and abroad.This system is technically reliable and can obtain certain economic benefits.After the reconstruction of the power plant thermal system to apply the none-deaerator technology，the working conditions of the condensation pump and water-feeding pump of the boiler will change.The reliability of the thermal system without a deaerator largely depends on the choice of the water pumps.A thermal system energy-saving reconstruction for a typical 350MW unit in active is proposed.Benefits such as simpler system structure，the lower reconstruction cost，less reconstruction work，convenient operation，higher safety and reliable would be obtained by using the plan proposed.The performance and parameters of the first condensate pump，secondary condensate pump，boiler feed water pump and low pressure drain pump were analyzed，providing theory basis and engineering reference for the pump selection.

without deaerator；thermal system reconstruction；water pump；performance calculation；unit in active service

TM621

：A

：1007－9904（2017）07－0048－04

2017-02-07

高巖（1984），男，工程師，從事電力系統(tǒng)節(jié)能提效與仿真計算研究；

欒濤（1963），男，博士生導(dǎo)師，從事電力系統(tǒng)節(jié)能提效與仿真計算研究與教學(xué)工作。