在煤礦嘗試使用大于500MW的雙驅(qū)動(dòng)蒸汽泵

2020-06-19 23:01:57 sunmedia 2082


  煤礦工業(yè)過去常常依靠蒸汽來驅(qū)動(dòng)蒸汽泵,,這就好像先有雞還是先有蛋的情形:蒸汽機(jī)在能產(chǎn)汽之前需要水泵來上水,,但是水泵需要蒸汽來驅(qū)動(dòng),。

  為了解決這一矛盾,,許多大型煤驅(qū)動(dòng)廠先使用發(fā)動(dòng)機(jī)來啟動(dòng)蒸汽泵,,當(dāng)適量的蒸汽出現(xiàn)時(shí) condensing turbines 與 main unit LP casing并行操作去驅(qū)動(dòng)蒸汽泵。這種裝置通常效率低價(jià)格貴而且容易發(fā)生機(jī)械問題,。因?yàn)楫?dāng)工廠進(jìn)行低負(fù)荷操作時(shí),,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(qū)動(dòng)泵可以減少一些上述麻煩,,然而這個(gè)方法也很貴,并且對(duì)機(jī)器有損害,,而解決這種損害又要增加50%的消費(fèi),。

  一個(gè)較好的解決上述問題的辦法是使用雙驅(qū)動(dòng)蒸汽泵。在開始時(shí),,電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)水泵,,當(dāng)氣壓增高時(shí),后面的pressure turbine取代水泵,,并且關(guān)閉電動(dòng)機(jī),;或者,如果是蒸汽機(jī)需要,,電動(dòng)機(jī)可以繼續(xù)工作并且驅(qū)動(dòng)booster泵,。使用雙驅(qū)動(dòng)蒸汽泵,免除了對(duì)啟動(dòng)泵和電動(dòng)機(jī)的依賴,,提高了工廠的效率和安全,。

  雙流動(dòng)Condensing Turbines

  通常Condensing Turbines 與 main unit LP casing平行使用,并且可以用作雙驅(qū)動(dòng)中的主動(dòng)力,;然而大型工廠,,相對(duì)高轉(zhuǎn)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(dòng)力要求高汽流,,由此導(dǎo)致大量廢汽容量,,也就是說a large last stage exhaust annulus area導(dǎo)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(fù)荷,。除了效率受限外,,high tip speeds 和long blade結(jié)合起來也經(jīng)常導(dǎo)致機(jī)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(shí)可以解決blade機(jī)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(shí)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(hào),提供一套完整,,雙流動(dòng)反應(yīng)類型的蒸汽驅(qū)動(dòng)泵turbine,。Turbine中部含有steam inlet,在兩端排氣,。這樣形成了一個(gè)長(zhǎng)的rotor,,由于在反應(yīng)設(shè)計(jì)中已延續(xù)了大尺寸rotors, 所以長(zhǎng)rotor沒有問題,。這種雙流動(dòng)的設(shè)計(jì)解決了blade的機(jī)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(jià)格不菲的機(jī)器,,兩端排氣的設(shè)計(jì)也使得duct the

  Exhaust back to the main unit condenser不好控制并且造價(jià)高,。

  低蒸汽流量的問題

  低蒸汽流量是以condensing turbines作為蒸汽泵驅(qū)動(dòng)力的另一個(gè)困難。在低負(fù)荷操作時(shí)通常沒有足夠的汽流通過main unit LP turbine, 因而不能預(yù)防由于blade wind age losses 造成的機(jī)器過熱,。

  在這種特況下,,蒸汽泵turbine必須適應(yīng)蒸汽機(jī)的高壓高溫汽。為了讓一個(gè)設(shè)計(jì)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(gè)特殊的高壓 insert 和 valve,,去引導(dǎo)高壓汽到控制臺(tái)的一個(gè)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(dāng)然目前有些廠家的價(jià)格也是根據(jù)市場(chǎng)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(zhuǎn)向可變頻率的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)泵,即便是效率被發(fā)電及VFD和電動(dòng)機(jī)所影響,,這種系統(tǒng)仍然常常比蒸汽turbine驅(qū)動(dòng)泵效率要高,。

  雙驅(qū)動(dòng)泵:為了避免上述問題,雙驅(qū)動(dòng)泵引起重視,。雙驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括使用了一個(gè)蒸汽turbine作為主驅(qū)動(dòng),,并且一個(gè)2 pole motor作為start up驅(qū)動(dòng);蒸汽turbine通過一個(gè)geartype,,overrunning clutch被連接到蒸汽泵的正常驅(qū)動(dòng)端,,在一個(gè)60Hz plant,,一個(gè)2 pole induction motor,以大約3600RPM的速度通過第二個(gè)clutch驅(qū)動(dòng)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(dòng)端的clutch將自動(dòng)engage,,只要電動(dòng)機(jī)開始工作。這3600RPM泵速很好的協(xié)調(diào)了蒸汽泵要求的水流和壓力,。

  當(dāng)蒸汽產(chǎn)生時(shí),,turbine將被加速。當(dāng)turbine速度開始超過電動(dòng)機(jī)速度,,turbine to pump clutch將自動(dòng) engage, 并且 motortopump clutch將自動(dòng)分離,。這種分離與連接兩個(gè)不同的clutch是一種自動(dòng)化的過程,turbine和泵將繼續(xù)加速到全速,,隨之負(fù)荷也加大,。此時(shí)啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)將關(guān)閉,。

  對(duì)于要求booster泵的設(shè)計(jì),,2pole啟動(dòng)機(jī)可以設(shè)計(jì)為雙頭電動(dòng)機(jī),并且驅(qū)動(dòng)booster泵,。在這種設(shè)計(jì)中電動(dòng)機(jī)將繼續(xù)工作,,盡管蒸汽turbine已經(jīng)使蒸汽泵達(dá)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(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)經(jīng)濟(jì),。同時(shí)也排除輕負(fù)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(diào)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(diǎn)是condensing turbine 所沒有的,。相反給condenser和冷卻系統(tǒng)增加熱負(fù)荷。

  雙驅(qū)動(dòng)蒸汽泵與Back Pressure Turbine驅(qū)動(dòng)結(jié)合的優(yōu)勢(shì)

  從一個(gè)分開的啟動(dòng)泵到雙驅(qū)動(dòng)主泵,,并且使用back pressure turbine作為主要的驅(qū)動(dòng)有如下優(yōu)勢(shì):

  1,、省錢:不需要啟動(dòng)泵和電動(dòng)機(jī)高壓piping, valves和switchgear

  2、提高了效率:相對(duì)condensing turbine drive或者具有VFD的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)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(duì)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(duì)于booster pump,,啟動(dòng)機(jī)可以連讀驅(qū)動(dòng)booster pump而不需要電動(dòng)機(jī)和switchgear.

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