超（超）临界火电机组取消炉水循环泵的可行性研究

1、超（超）临界火电机组取消炉水循环泵的可行性研究炉水循环泵,炉水循环泵的供货周期较长,影响了机组的建设速度.同时炉水循环泵的运行,维护比较复杂,炉水循环泵出故障后,维修困难.文章根据炉水循环泵的作用,探索寻找替代炉水循环泵的方法,研究取消炉水循环泵的可行性.关键词:直流锅炉;汽水分离器;炉水循环泵;回收中图分类号:TK223.5文献标识码:A文章编号:10019006(2010)02000104FeasibilityStudyofBoilerWaterCirculatingPumpCancelledinUltrasupercriticalUnitMA一long,WANGJun(1.Xi'

2、anThermdPowerResearchInstitute,710032,Xi'an,China;2.DongfangBoilerGroupCo.,Ltd.,611731,Chengdu,China)Abstract:Theboilerwatercirculatingpumps(BWCP1inUltrasupercriticalthermalpowerunitsaremainlyutilizedtorecyclewaterfromSteamBWCP,thealternativemethodofthesameisexploredandthefeasibilityofcancelingB

3、WCPisstudiedinthisarticle.Keywords:oncethroughboiler;steamwaterseparator;boilerwatercirculatingpump;recycle1超超临界火力发颤组炉水循环泵的作用超临界火力发电机组中的锅炉一般为为直流锅炉,直流锅炉的主要特点是水在给水泵的作用下,依次经过省煤器,水冷壁,过热器,完成水的加热,蒸发和蒸汽的过热等过程,如图1所示.三段受热面没有固定的分界,随着给水流量,燃设计时各段的换热特性,热量分配及管材相对固垫鐾垫鏊垄墨垫亘垫量垫亘流动方向广一一一一】/_.=|.=|.=|一一一一/图1直流锅炉受热面分布-

4、隋况中,蒸发受热面和过热受热面通常设一个相对固器,将水冷壁出来的汽水混合物分离,蒸汽进入过热器,水从分离器底部排出.直流锅炉没有水循环,从汽水混合物的流动结构来看,要保证受热面的换热效果,就要保证水的连续流动,要求启动一开始就必须建立起足够的启动流量和启动压力,以保证所有受热面的冷却和水冷壁内水动力的稳定性.锅炉启动时的最低给水流量称为启动流量,建立,如何建立,压力水平如何等,与水冷壁安收稿日期:20100226作者简介:马晓珑(1971一),男,1994年西安交通大学锅炉专业毕业,工学学士;2003年华东科技大学管理学硕十毕业.高级工程师,从事电站调试工作.17全启动,启动过程各工况,系统中

5、各阀门性能及首先要获得锅炉最佳启动过程,还应符合给水泵压头,系统各阀门合理压降的要求.锅炉启动是需要一定过程的,锅炉热负荷的期,锅炉热负荷较小的情况下,给水经过省煤器和水冷壁后不能完成汽化,在水冷壁出口只能形之间的汽水分离器,将水分离出来,蒸汽进入过热器完成过热.启动系统的作用就是启动初期,在水经过省煤器,水冷壁后不能完成完全汽化的阶段,将汽水混合物中的水汽分离,汽进入过热器,完成蒸汽的过热,分离出来的水则进行回收或排放.启动系统一般由汽水分离器,储水罐,炉水临界火电机组的典型启动系统如图2所示.一水循环泵和361阀发生汽蚀,通过主给水向储水箱注入一定过冷水,保证储水箱派出的水有一定过冷度.储

6、水箱通常要保证一定水位,水位通过炉水循环泵出口调节门,再循环门及361阀进行调节.随着锅炉热负荷的增加,进入分离器的汽水混合物中汽的成分越来越多,水的成分越来越少,直至最后进入分离器的工质全部变成有一定过热度的蒸汽,361阀全部关闭,炉水循环泵出口调门全关,这时锅炉从湿态转为干态运行,启动系统循环泵出口和361阀,分别提供暖泵水和暖阀水,其作用是在启动系统退出运行后,保证炉水泵和361阀处于热态,以便炉水泵和361阀能够随时投人运行.在停机过程中,随着机组负荷的降低,锅炉热负荷降低,从水冷壁排出的丁质又变成了汽水混合物,储水箱水位不断上升,这时启动系统又图2超超临界锅炉启动系统在图2中,水经过

7、省煤器加热,在水冷壁中蒸发,在水冷壁出口形成汽水混合物进入汽水分离器进行分离,汽进入过热器进一步吸热,形成过热蒸汽.水进入储水箱中.水质合格的水,通过炉水循环泵增压进人省煤器人口,与来自主给水系统的水一起进入省煤器,继续进行加热和蒸发.当储水箱中的水质不合格时,视水质情况,全部或者部分通过361阀排人疏水扩容器中,进18要投入运行.由此可见炉水循环泵的作用就是将汽水分离器储水箱中的水打人省煤器人口,在保证省煤器入口一定流量的前提下,回收合格的高温,高压的水.2目前启动紊螺在的普遍问题启动系统在工作过程中,炉水循环泵的工质有较高的温度和压力,对炉水循环泵质量要求较高,目前我们国内的超(超)临界锅

8、炉的炉水循环泵主要靠进口.进口炉水循环泵费用较高而且订货周期较长,目前火力发电发展迅速,炉水循环泵供货往往不能套启动开始时,炉水循环泵尚未到货.炉水循环泵电机腔室的冷却水水质要求很高,在很多电厂都发生过由于电机腔室内滤网堵塞,致使炉水泵电机温度高而不得不停炉检修(例如巢湖电厂).炉水循环泵对冷却水的可靠性要求很高,在一些电厂曾经发生过由于电机腔室冷却水泄露,炉内的高温水进入炉水循环泵电机腔室,使得炉水循环泵电机线圈烧毁,不得不停炉检修(例如芜湖电厂).泵主要靠进口,很多设备供应商提出的检修条件很多电厂由于电机腔室滤网堵塞,而将整台炉水泵空运返厂清理滤网,历时1个月,费用浪费巨大(例如伊敏电厂)

9、.鉴于超(超)临界发电机组中启动系统的很多问题都与炉水循环泵有关,对启动系统进行优化,取消炉水循环泵的设计优化很为迫切.通过分析超超临界锅炉启动系统的作用及炉水循环泵在启动系统中的作用可以发现,炉水循环泵的主要作用在于回收从汽水分离器分离出来的高温高压的水,以达到节约用水,减少热量损进行回收,同时能够尽量降低热量损失,便可以从启动系统中将炉水循环泵取掉.碰样嬗汽水分离器储水箱中的水是从汽水混合物分离出来的,因此这些水是对应锅炉压力下的饱和水.目前超超临界锅炉的运行方式是滑一定一滑一定.图3是660MW超超临界发电机组的启动曲线.由图3的启动曲线可以看出,超超临界发电机组在30%负荷之前已经转为

10、干态运行(给水流量与主汽流量重叠),而660MW超超临界发电机组在30%负荷之前的压力在8.0MPa左右,对应于启动分离器水箱中水为8.0MPa压力下的饱和水,温度大约为294oC左右.在锅炉点火之前,锅炉处于冷态冲洗阶段,水从水冷壁出来后直接进人分离器水箱,因此点火之前的回收水即为锅炉给水.锅炉点火后,在起压之前,炉水温度上升,有少量蒸汽进入过热IO0C左右,锅炉压力和温度同时上升,水冷壁最高热负荷处工质温升最快,当工质温度升至饱和温度时开始汽化.此时,汽化点以后的受热面内的工质仍为水.由于蒸汽密度比水小得多,汽化点附近的局部压力升高,将汽化点以后的水排挤出去,使锅炉排出的质量流量大大超过给

11、水质量流量,这种现象称为直流锅炉启动中的工质膨胀.当汽化点以后的受热面中的水都被汽水混合物排挤出锅炉后,锅炉排出流量恢复到与给水流量一,UU主:温乏60)600/主:流19r500/:.0MPa/,一一/|气压力/j/400/|I/负10(%L300/转速1000r/mi/j/,200/|/,|././,_/,100/f/水罚:量2OL/锅炉点火-60rain并网(20min)图3冷态启动曲线额荷时(mi间n)19帕O水箱排出水量,水冷壁出口混合集箱温度,主蒸汽压力,负荷之问的关系.由图4可以看出,在锅炉点火初期,炉水循度在127oC,主汽压力0.2MPa时,工质开始膨胀,膨胀时炉水循环泵回收

12、水量最大430t/h,膨胀过程持续了1h左右,在锅炉压力1.4MPa,混合集箱温度2001左右,膨胀完成.膨胀完成后,炉水泵回收水量在300t/h左右,随后随着压力及混合集箱温度的升高,回收水量在持续下降,在主蒸汽压力到达8.0MPa左右,压力基本恒定,混合集箱的温度也基本稳定.在机组并网后,炉水循环泵回收水量大约在220t/h.在机组带20%负荷左右,主蒸汽压力9.0MPa左右,混合集箱温度300C左右,炉水泵回收水量200t/h左右,锅炉开始了湿干态转换.在锅炉负荷25%左右,完成了湿态向干态的转换,炉水循环泵不再回收水量,主蒸汽压力,温度,负荷持续上升.在图4中,由于水质还没有合格,炉水

13、循环泵回收水量大约为分离器排放量的60%,其余工略估计,分离器排放水量最大为720t/h,此时排参数最高为9.9MPa,308oC,此时的排放水量为360t/h.20由于高压给水系统的压力总是要高于分离器储水箱压力,在炉水循环泵取消后,分离器储水箱中的水无法回收到高压给水系统中(省煤器入口).由图2可以看到,储水箱中的水通过361阀减压后也可以排入锅炉疏水扩容器中,疏水扩容器中的水质合格后可以排往凝汽器,不合格的水过程中分离出水的排放问题,但是储水箱中接近饱和的高压水,经过疏水扩容器扩容后,一部分通过扩容器的排汽排人空中,能够回收的一部分水也只能是常压下的饱和水,造成了水量和热量的浪费.从36

14、1阀后接管路直接排入凝汽器,虽然能够对全部水量进行回收,但热量不能回收,造成热量浪费.另外储水箱的压力比较高,直接排往凝汽器,容易造成管道冲击,管道的支固比较困难.从361阀后接管路直接排人低加汽侧,可以回收全部水量和全部热量,但由于储水箱压力和温度与低压加热器汽侧压力和温度相差比较悬殊,容易引起低加超压,且低加汽侧疏水量较小,如果要对其换热面积和相应管道进行改造,_T作量较大.从361阀后接管到直接进入除氧器,可以回收全部水量和热量,但由于储水箱压力和温度与除氧器的压力和温度相差比较悬殊,(下转第23页)在动态重心优化后,该叶片最大等效应力部位没有发生变化,拉金凸台下部最大峰值应力下降到73

15、1MPa(见图6),根部截面内弧部位峰值应力下降到688MPa(见图7).3果分析童i通过对1200mm叶片动态重心优化前后叶身应力水平的分析后发现,进行动态重心优化后的叶身应力水平有大幅降低,在拉金凸台部位峰值等效应力下降了9.2%;叶身根部内弧部位峰值等效应力下降了10.3%.4结语-对于末级长叶片的设计,特别是对于平均应力水平接近材料的许用极限强度的末级动叶片设计,必须考虑叶片_作时的复杂三维变型,采用三维有限元分析的方法,分析出叶片的动态重心,优化叶片静态下的重心位置,以减小附加的扭转恢复应力和离心力产生的偏心弯应力,增加叶片的安全裕度.图6优化后叶片局部等效应力云图(拉金下部)图7优

16、化后叶片局部等效应力云图(内弧根部)?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页)比较严格,储水箱的排水进入除氧器后,对除氧器内部的水冲击较大,容易引起除氧器水位波动.高加汽侧的温度和压力相对较高,而且其疏水能力与储水箱的排水能力比较接近,并且2,3高加本身有接收上级高加疏水的接入口,在接人口;5.疏水冷却段隔板;6.给水进口;7.人孑L密封板;8独立的分流隔板;9.给水出口;1O.管板;l1.蒸汽冷却段遮热板;I2.蒸汽进