600MW機組除氧器暫態計算

摘 要：通過除氧器暫態計算，合理選取600MW超臨界燃煤機組配置100%容量的汽動給水泵時，在除氧器低位布置情況下的除氧器有效容積和低壓給水管道規格。

關鍵詞：除氧器；暫態計算；給水泵

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.04.197

0 引言

除氧器是火電廠的重要設備，除氧器的體積與荷重都很大，它的安裝高度和設備體積都直接影響廠房的結構和造價。但除氧器的安裝高度和容積又與電廠給水泵的安全運行密切相關，若能夠在保證給水泵運行安全的前提下，適當降低除氧器安裝高度，減小除氧器容積，將大大降低電廠汽輪機廠房的綜合造價。通過除氧器暫態計算，可以在保證給水泵運行安全的前提下，合理選取除氧器安裝高度和設備體積。

1 除氧器暫態計算原則

給水泵運行時，當泵內任意一點的壓力小于泵入口水溫對應的飽和壓力時，該處的水就會發生汽化，形成小的蒸汽泡，當蒸汽泡被帶入高壓區，受壓破裂，使泵產生汽蝕，引起泵的噪音、振動，甚至破壞。因此，給水泵不發生汽蝕的條件是必須保證泵內最低壓力處的壓力大于水的飽和壓力值。

泵內流體壓力最低點不是發生在泵的入口，當給水由泵的入口流至葉輪入口過程中，由于流道收縮，流速增加，流體動能增加，在葉片進口邊位置處，壓力降至最低值，之后葉片對流體做功，壓力逐漸升高。泵入口至葉輪進口最低壓力點處的壓力差將稱為泵的必須汽蝕余量，用NPSHr表示。該值與管路系統無關，僅與泵吸入室的結構、葉輪的吸入口形狀以及葉片進口處的流速有關。

為保證給水泵在運轉中不發生汽蝕，必須使泵吸入口壓力具有高于飽和壓力一定的富余壓力值，該值稱為裝置的有效汽蝕余量，用NPSHa表示。該值由給水泵吸入側管路、系統和裝置決定，與泵本身無關，由下式求得：

式中：

Hg——給水泵葉輪中心線至除氧器水箱水位的標高差，m

ΔP——除氧器水箱下降管中給水壓力損失（下降管阻力），MPa

Ps——與給水泵入口水溫度相對應的飽和壓力，MPa

Pd——除氧器運行壓力，MPa

——下降管中給水平均密度，kg/m3

不發生汽蝕的基本條件是：NPSHa>NPSHr，工程設計中應有一定的安全裕度，一般以NPSHa>1.25NPSHr作為給水泵不發生汽蝕的條件。

因此，除氧器的布置以及泵的NPSHa應保證在機組負荷驟降工況下，尤其是最惡劣的暫態工況——汽輪機全甩負荷工況下，給水泵入口葉片不發生汽蝕。

2 除氧器暫態計

某600MW超臨界燃煤機組鍋爐最大連續蒸發量1814t/h，汽輪機進汽參數24.2MPa（a）、566℃，再熱蒸汽溫度566℃。

電廠給水系統采用單元制，配置1×100%容量的汽動給水泵和一臺30%容量的電動啟動泵。給水泵及其汽輪機布置在運轉層，前置泵布置在0m層。

為降低電廠綜合造價，除氧器布置于汽機房運轉層，除氧器水箱中心線標高16.2m，除氧器水箱正常水位標高17m。除氧器暫態計算模型如圖1所示。

當機組全甩負荷時，汽輪機不進汽，各級加熱器也失去了加熱的抽汽汽源。在甩負荷瞬間，各級加熱器的焓值為額定工況焓值。暫態計算的基本參數見表1。

根據《大中型火力發電廠設計規范》規定，給水箱的儲水量宜根據除氧器的布置位置，結合瞬態計算結果、機組控制水平和機組功能要求確定，200MW及以上機組宜為3min～5min的鍋爐最大連續蒸發量時的給水消耗量。本工程除氧器有效容積取150m3。

根據《火力發電廠汽水管道設計技術規定》，低壓給水管道的推薦介質流速為0.5～2m/s。本工程低壓給水管徑取Φ630×13。

通過除氧器暫態計算，可以得到機組全甩負荷后300s，除氧器內部壓力與前置泵入口飽和壓力隨時間的變化曲線（圖2）和給水泵有效汽蝕余量NPSHa隨時間變化曲線（圖3）。

根據上述計算結果可知，暫態過程最危險的時刻，即有效汽蝕余量下降的最大值發生在43s時刻，此時有效汽蝕余量NPSHa數值為8.864m。

NPSHa=8.864m > NPSHr×1.25=6.25m

因而，對于除氧器低位布置方案，當除氧器水箱的有效容積為150m3，低壓給水管徑為Φ630×13時，汽動給水泵的前置泵不會發生汽蝕。

3 結論

通過計算，600MW超臨界燃煤機組采用100%容量的汽動給水泵，給水泵及其汽輪機布置在運轉層，前置泵布置在0m層。除氧器采取低位布置，低壓給水管徑取Φ630×13，當有效容積大于等于150m3時，能夠保證給水泵安全運行。

參考文獻：

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作者簡介：騫宏偉（1983-），男，內蒙古包頭人，碩士，工程師，研究方向：電站熱力系統設計及安全、經濟性研究。