2020-06-19 23:01:57 sunmedia 2082
煤礦工業(yè)過去常常依靠蒸汽來驅動蒸汽泵,,這就好像先有雞還是先有蛋的情形:蒸汽機在能產汽之前需要水泵來上水,,但是水泵需要蒸汽來驅動。
為了解決這一矛盾,,許多大型煤驅動廠先使用發(fā)動機來啟動蒸汽泵,,當適量的蒸汽出現(xiàn)時 condensing turbines 與 main unit LP casing并行操作去驅動蒸汽泵。這種裝置通常效率低價格貴而且容易發(fā)生機械問題。因為當工廠進行低負荷操作時,需要在最后Turbine階段,,使用Long Blade并且注入高壓汽(2400 to 4500 PSIG)到低壓Turbine(150PSIG)。改用可變頻率(VFD )的電驅動泵可以減少一些上述麻煩,,然而這個方法也很貴,并且對機器有損害,,而解決這種損害又要增加50%的消費,。
一個較好的解決上述問題的辦法是使用雙驅動蒸汽泵。在開始時,,電動機啟動水泵,,當氣壓增高時,后面的pressure turbine取代水泵,,并且關閉電動機,;或者,,如果是蒸汽機需要,電動機可以繼續(xù)工作并且驅動booster泵,。使用雙驅動蒸汽泵,,免除了對啟動泵和電動機的依賴,提高了工廠的效率和安全,。
雙流動Condensing Turbines
通常Condensing Turbines 與 main unit LP casing平行使用,,并且可以用作雙驅動中的主動力;然而大型工廠,,相對高轉速泵(eg. Up to 7300 RPM for a Sulzer HPT Multistage Barrel Casing Boiler Feed Pump)與 Condensing Steam Turbine不配套,。泵的動力要求高汽流,由此導致大量廢汽容量,,也就是說a large last stage exhaust annulus area導致long last stage turbine blades. 由于泵速(RPM )的需求,,blade velocities 已經(jīng)極大的超過了它的最佳負荷。除了效率受限外,,high tip speeds 和long blade結合起來也經(jīng)常導致機械故障,,比如blade不再工作。
為了避免這些問題,,有些工廠提供了turbines with the last two blade rows “double flowed” with the flow splitting between two sets of smaller diameter lastrow blade. 這種方法有時可以解決blade機械問題,,但是由于 flow在分散氣流的過程中被削弱,效率仍舊不佳,。事實上,,condensing boiler feed pump turbine通常67%低效率,相比較main unit steam turbine,。
有些工廠,,包括Siemens的SST500型號,提供一套完整,,雙流動反應類型的蒸汽驅動泵turbine,。Turbine中部含有steam inlet,在兩端排氣,。這樣形成了一個長的rotor,,由于在反應設計中已延續(xù)了大尺寸rotors, 所以長rotor沒有問題,。這種雙流動的設計解決了blade的機械麻煩并且提高了效率大約23% points相比較main unit LP casing,。然而,這仍然是價格不菲的機器,,兩端排氣的設計也使得duct the
Exhaust back to the main unit condenser不好控制并且造價高,。
低蒸汽流量的問題
低蒸汽流量是以condensing turbines作為蒸汽泵驅動力的另一個困難。在低負荷操作時通常沒有足夠的汽流通過main unit LP turbine, 因而不能預防由于blade wind age losses 造成的機器過熱,。
在這種特況下,,蒸汽泵turbine必須適應蒸汽機的高壓高溫汽,。為了讓一個設計承受大約150 PSG壓力的turbine去駕馭高壓汽2400 to 4500PSIG, 因廠家而異)必須有一個特殊的高壓 insert 和 valve,去引導高壓汽到控制臺的一個小arc segment, 或者分隔外源throttling valve和desuperheater,。這種separate throttle valve and desuperheater,以及聯(lián)帶的piping是目前常用但不便宜的途徑,。當然目前有些廠家的價格也是根據(jù)市場的需求而漲的。
綜合以上種種原因,,許多新近的廠家已經(jīng)開始轉向可變頻率的電動驅動泵,,即便是效率被發(fā)電及VFD和電動機所影響,這種系統(tǒng)仍然常常比蒸汽turbine驅動泵效率要高,。
雙驅動泵:為了避免上述問題,,雙驅動泵引起重視。雙驅動系統(tǒng)包括使用了一個蒸汽turbine作為主驅動,,并且一個2 pole motor作為start up驅動,;蒸汽turbine通過一個geartype,overrunning clutch被連接到蒸汽泵的正常驅動端,,在一個60Hz plant,,一個2 pole induction motor,以大約3600RPM的速度通過第二個clutch驅動泵的另一端,。
在start up過程中,,如果沒有汽,steam turbine clutch將被分離,,而電動端的clutch將自動engage,,只要電動機開始工作。這3600RPM泵速很好的協(xié)調了蒸汽泵要求的水流和壓力,。
當蒸汽產生時,,turbine將被加速。當turbine速度開始超過電動機速度,,turbine to pump clutch將自動 engage, 并且 motortopump clutch將自動分離,。這種分離與連接兩個不同的clutch是一種自動化的過程,turbine和泵將繼續(xù)加速到全速,,隨之負荷也加大,。此時啟動電動機將關閉。
對于要求booster泵的設計,,2pole啟動機可以設計為雙頭電動機,,并且驅動booster泵。在這種設計中電動機將繼續(xù)工作,,盡管蒸汽turbine已經(jīng)使蒸汽泵達到全速。 在泵與 2pole motor之間的clutch 也被disengaged and over running,。
Backpressure vs. Condensing Turbine
另一種方式是也使用雙驅動泵,,但是使用backpressure turbine來代替condensing turbine,,這種back pressure turbine 與main unit IP casing 平行放置,從hot reheat吸取 inlet steam, 并且排出到main LP turbine inlet. 這種方式有很好的效率,,更加可靠,,并比電驅動經(jīng)濟。同時也排除輕負荷的弊病,,具有接近蒸汽泵的靈活性,,且不需要start up pump。
這種back pressure turbine 與泵的操作速度協(xié)調的比condensing turbine更好,。從而使效率提高到與main unit IP turbine基本一致,。排氣端蒸汽量也比condensing turbines 少得多。因此不再需要大尺寸,,高速的last stage blades,。這種back pressure 的缺陷是輕度升高的排氣溫度。大部分的能量可被main unit LP turbine保留下來,。這種優(yōu)點是condensing turbine 所沒有的,。相反給condenser和冷卻系統(tǒng)增加熱負荷。
雙驅動蒸汽泵與Back Pressure Turbine驅動結合的優(yōu)勢
從一個分開的啟動泵到雙驅動主泵,,并且使用back pressure turbine作為主要的驅動有如下優(yōu)勢:
1,、省錢:不需要啟動泵和電動機高壓piping, valves和switchgear
2、提高了效率:相對condensing turbine drive或者具有VFD的電動驅動而言,。
3,、不需要備用的蒸汽源及piping valves以及desuperheater.
4、額外的節(jié)?。篵ack pressure turbine相對便宜,。
5、排除大尺寸的duct
6,、提高了靈活性
7,、提高了工廠的可造性
8、對于booster pump,,啟動機可以連讀驅動booster pump而不需要電動機和switchgear.