Выбор оборудования пароводяного тракта

Выбор насосного оборудования

Насосы тепловых и атомных электростанций характеризуются следующими параметрами:

· объемной производительностью (подачей) , м³/с;

· давлением на стороне нагнетания , Па;

· плотностью перемещаемой среды , кг/м³.

В расчетах тепловой схемы ТЭС любой расход воды определяется как массовый , кг/с. Между объемным и массовым расходами выполняется соотношение

,

где – плотность, кг/м³; – удельный объем, м³/кг.

Напор насоса определяется как разность давлений на стороне нагнетания и на стороне всасывания :

.

Мощность, потребляемая насосом,

, (6.1)

где – средний удельный объем воды в насосе, м³/кг; – коэффициент полезного действия насоса. Современные энергетические насосы имеют КПД .

Давление нагнетания , развиваемое насосом, определяется заданным давлением в конечной точке тракта , суммарными гидравлическими сопротивлениями тракта и разницей геометрических отметок Н между точками перемещения среды:

. (6.2)

Давление на стороне всасывания рассчитывается из условия недопущения вскипания воды при попадании её на вращаюшиеся лопасти колеса насоса. Оно выражается в обеспечении определенного давления, зависящего от температуры среды, с которым вода должна поступать в насос:

,

где – давление насыщения, соответствующее температуре воды; – запас по давлению.

Допустимое давление на всасывающей стороне, определяющее кавитационный запас насоса, указывается в соответствующих справочниках [5, 12].

Приведенный ниже материал о выборе насосного оборудования ТЭС и АЭС составлен с использованием учебной [1, 3, 5] и специальной технической литературы [7, 8].

Выбор питательных насосов

Для тепловых электростанций с блочными схемами и АЭС производительность насосов определяется максимальным расходом питательной воды (при максимальной мощности блока) с запасом не менее 5 %:

.

Для блоков КЭС на давление пара 12,8 МПа и на ТЭЦ (кроме энергоблоков Т-250-240) применяют питательные электронасосы. На блок устанавливают, как правило, один рабочий насос с подачей, равной 100 % полной, а на складе предусматривается один резервный насос для всей электростанции. Питательные насосы блоков мощностью до 210 МВт имеют электропривод с гидромуфтой.

Для блоков одноконтурных АЭС и блоков двухконтурных АЭС мощностью менее 500 МВт также регламентируется [1, 5] установка питательных электронасосов в минимально необходимом количестве, но не менее двух и без резерва.

На мощных блоках ТЭС со сверхкритическим давлением пара и на двухконтурных АЭС с энергоблоками 500 и 1000 МВт устанавливают питательные насосы с турбоприводом: один подачей 100 % или два подачей по 50 %.

На блоках с двумя турбонасосами предусматривают резервный подвод пара к приводным турбинам. Если принят к установке один турбонасос, то дополнительно устанавливается пускорезервный насос
с электроприводом подачей 30…50 %.

Для первоначального пуска станции при использовании турбонасосов необходима установка хотя бы одного электронасоса.

Для аварийного питания парогенераторов на АЭС с энергоблоками любой мощности предусматривают дополнительно аварийные насосы с электроприводом с подачей 2…3 % номинальной.

Минимизируя число питательных насосов для блоков большой мощности, следует иметь в виду, что чем больше подача насоса, тем больше допускаемый кавитационный запас должен быть наеговсасе. В этом случае увеличивается высота установки деаэраторов над насосом или становится необходимым дополнительный бустерный насос.

На ТЭЦ блочной структуры (с турбинами Т-250-240, Т-180-130) питательные насосы выбирают как на блочных КЭС.

На электростанциях неблочной структуры с общими питательными трубопроводами суммарная подача всех питательных насосов должна быть такой, чтобы при выпадении любого из них оставшиеся могли обеспечить номинальную производительность всех котлов.

Резервный питательный насос на ТЭЦ не устанавливается, а находится на складе (на каждый тип насоса).

При выборе питательных насосов должны быть определены их количество, типоразмер и основные характеристики: подача, напор, КПД, частота вращения, мощность и типоразмер привода, завод-изготовитель. При наличии бустерного насоса необходимо также найти передаточное число редуктора.

Расчетный напор питательного насоса должен превышать давление пара на выходе из котла (парогенератора) с учетом потерь давления в тракте и необходимой высоты подъема воды.

Длябарабанных котлов с естественной циркуляцией давление нагнетания питательного насоса составляет, МПа,

, (6.3)

где – давление в барабане котла, МПа, определяется по давлению на выходе из котла с учетом потерь давления МПа в пароперегревателе:

;

– запас по давлению на открытие предохранительных клапанов. Для котлов на давление пара = 13,8 МПа нормативными документами [3, 13] устанавливается значение . Для котлов на давление выше 22,5 МПа значение принимается равным ; – высота столба воды на нагнетательной стороне питательного насоса, м, определяется для барабанного котла как высота от оси насоса до уровня воды в барабане и в первом приближении может быть принята равной высоте котла [5, 12];

– средняя плотность воды в нагнетательном тракте, определяется по средним значениям давления и температуры в нагнетательном тракте:

; .

Здесь – давление нагнетания, МПа.На данном этапе оценивается как ; – температура воды в барабане котла, °С, принимается равной температуре насыщения при давлении в барабане котла; – температура воды в нагнетательном патрубке питательного насоса, °С, определяется по температуре насыщения в деаэраторе с учетом подогрева воды в насосе .

Суммарное гидравлическое сопротивление нагнетательного тракта от питательного насоса до барабана имеет следующие составляющие:

,

где = 0,35…0,75 МПа – сопротивление экономайзера; = 0,1…0,2 МПа – сопротивление регулирующего клапана питания котла; – суммарное гидравлическое сопротивление группы подогревателей высокого давления. Ориентировочно можно принять равным 0,8…1,2 МПа. Более точно определяется в зависимости от числа ПВД и их типа [5, 12]; = 0,15…0,35 МПа – сопротивление трубопроводов от насоса до экономайзера котла.

Расчетное давление во всасывающем патрубке слагается из давления в деаэраторе , давления столба жидкости от уровня в деаэраторе до оси насоса за вычетом гидравлических сопротивлений в трубопроводах и арматуре от деаэратора до входа в питательный насос:

,

где , , – в МПа.

Высоту установки бака деаэратора относительно оси насоса выбирают из условия предотвращения кавитации в насосе. Для блоков на давление 13,8 МПа высота = 22…25 м.

Суммарное гидравлическое сопротивление водяного тракта от деаэратора до насоса не должно превышать 0,01 МПа.

Для прямоточных котлов давление нагнетания питательного насоса составляет

, (6.4)

где – давление пара на выходе из котла, МПа; – запас давления на срабатывание предохранительных клапанов; – высота столба воды на нагнетательной стороне питательного насоса, м. Определяется для прямоточного котла как высота от оси насоса до верхнего коллектора испарительного контура и в первом приближении может быть принята равной высоте котла [5, 12]; – средняя плотность воды в нагнетательном тракте. Определяется по средним значениям давления и температуры в нагнетательном тракте.

Суммарное гидравлическое сопротивление нагнетательного тракта

, МПа,

где = 4…5 МПа – гидравлическое сопротивление прямоточного котла; = 0,1…0,2 МПа – сопротивление регулирующего клапана питания котла; – суммарное гидравлическое сопротивление группы подогревателей высокого давления. Ориентировочно можно принять равным 0,8…1,2 МПа. Более точно определяется в зависимости от числа ПВД и их типа [5, 12]; = 0,15…0,35 МПа – сопротивление трубопроводов от насоса до экономайзера котла.

Давление воды на входе в насос рассчитывают так же, как
и для барабанных котлов.

Однако при установке питательных насосов к блокам мощностью 250 МВт и более применяют быстроходные насосы с турбо- и электроприводом, для обеспечения бескавитационной работы которых недостаточно подъема деаэратора на высоту 22…25 м, поэтому в мощных блоках для создания давления на всасе питательного насоса перед ним устанавливаются предвключенные низкооборотные бустерные насосы.

Назначение бустерных насосов – предотвращение кавитации и повышение надежности питательных насосов (особенно высокооборотных с турбоприводом). Давление нагнетания бустерного насоса ( = 2…5 МПа) является давлением на всасывающей стороне питательного насоса, достаточным для предотвращения кавитации. При установке бустерных насосов их необходимо выбирать так же, как основные питательные насосы.

Бустерные насосы энергоблоков 500, 800 и 1200 МВт являются встроенными в главный питательный насос, имея с ним общий привод от турбины через понижающий редуктор.

Выбрав число насосов, рассчитав производительность, давление нагнетания и напор, по справочным данным определяют типоразмер насоса и по формуле (6.2) рассчитывают потребляемую мощность.

В случае установки насосов с турбо- и электроприводом выбирают оба типа насосов. Для насоса с турбоприводом определяется мощность и тип приводной турбины.

Типоразмеры и характеристики питательных насосов приведены в [5, 12, 16, 17].

Выбор конденсатных насосов

Конденсатные насосы всегда устанавливаются с одним резервным насосом. По возможности число насосов должно быть минимальным:
2 по 100% или 3 по 50% от полной производительности.

Общая подача конденсатных насосов рассчитывается по максимальному расходу пара в конденсатор, известному из расчета тепловой схемы. Кроме того, учитываются дренажи подогревателей и турбоприводов, добавочная обессоленная вода и т.п.:

,

где – максимальный расход пара в конденсатор (для теплофикационных турбин расчет производится по конденсационному режиму работыс выключенными теплофикационными отборами и максимальной электрической нагрузкой).

Давление нагнетания конденсатных насосов при одноподъемной схеме, применяемой на блоках с барабанными котлами, рассчитывается, исходя издавления в деаэраторе , суммарного сопротивления тракта от конденсатора до деаэратора и геометрической высоты подъема воды насосами:

, (6.5)

где , , – в МПа; – высота столба воды на нагнетательной стороне конденсатных насосов, м, определяется как высота от оси насосов до уровня воды в деаэраторе и в первом приближении может быть принята равной высоте установки деаэратора [3, 5, 12]; – средняя плотность воды в конденсатном тракте, определяется по средним значениям давления и температуры в тракте.

Суммарное сопротивление конденсатного тракта рассчитывается по формуле

, МПа,

где – суммарное гидравлическое сопротивление группы подогревателей низкого давления, ориентировочно можно принять равным 0,07…0,1 МПа на каждый подогреватель. Более точно определяется в зависимости от числа ПНД и их типа [5, 12]; = 0,05…0,07 МПа – сопротивление охладителей пара эжекторов; = 0,04 МПа – сопротивление регулятора питания (уровня) конденсата в конденсаторе;
= 0,1…0,2 МПа – сопротивление трубопроводов от конденсатного насоса до деаэратора.

Давление перед конденсатным насосом рвдолжно быть достаточным для предотвращения кавитации. Необходимый подпор указывается в справочных данных, для конденсатных насосов с частотой вращения 960…1500 об/мин он составляет 0,02…0,04 МПа.

Для блоков с прямоточными котлами применяют двухподъёмную схему установки конденсатных насосов. Это вызвано тем, что конденсат турбин необходимо пропускать через обессоливающую установку (БОУ), которая может работать при давлении не более 0,8…0,9 МПа.

При двухподъёмной схеме конденсатные насосы разделяют на две ступени:

· конденсатные насосы первой ступени устанавливают после конденсатора. Они создают давление менее 0,9 МПа, достаточное для преодоления гидравлического сопротивления БОУ, трубопроводов и обеспечения необходимого подпора перед конденсатным насосом второй ступени;

· напор конденсатных насосов второй ступени должен быть равен сумме давления в деаэраторе, разности геометрических высот БОУ и деаэратора, гидравлического сопротивления тракта низкого давления.

При наличии в схеме смешивающих ПНД, которые компонуются без гидростатического подпора, для перекачки конденсата требуется установка конденсатных насосов, выбираемых с резервом.

Типоразмеры и характеристики конденсатных насосов приведены в [5, 12, 16, 17].