汽动给水泵热力计算与经济性分析(共21页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上汽动给水泵热力计算与经济性分析专 业 热能动力设备与应用 作者姓名 XXX 指导教师 xxx 定稿日期：2022年05月11日专心-专注-专业摘 要本论文围绕给水泵效率和经济性分析这一课题，首先介绍了给水泵的两种驱动方式电动和汽动，重点介绍了汽动给水泵的形式以及其优缺点。给水系统是发电厂热力系统的重要组成部分，它的工质流量大，压力高，对发电厂的安全，经济，灵活运行至关重要。而给水泵是给水系统的主要设备，通过对汽动给水泵组的研究，可以更好的对给水系统进行调整和改进，来使整个机组的效益提高。然后采用热力学方法，从给水泵着手，计算在额定工况下给水泵的有效功率，从而得出给水泵的轴功率。最后本论文对电动给水泵和汽动给水泵通过以下几个方面进行了经济性比较：运行经济性、热经济性、综合成本煤耗率。通过比较得知，300 MW 及以上大容量机组须采用汽动给水泵驱动。关键词：汽动给水泵；效率；经济性AbstractThis paper around the pump efficiency and economy analysis the subject, First introduced to the water pump of two kinds of driving way-electric and steam, focusing on the steam to the form of pump and its advantages and disadvantages.Water supply system is the power plant is an important part of the thermal system, its working medium large flow, high pressure, the power of the security, economic, flexible operation is very important. And to pump water supply system is the main equipment, through to the steam pump group of research, we can better for water supply system, to adjust and improve the whole unit efficiency was improved. hen the thermodynamics method, from the pump to calculation in under the rated conditions effective power of pump, and concluded that water supply pump shaft power. At last this paper electric pump with steam pump through the following several aspects of the economical comparison: the running economy, output net power, thermal efficiency, the comprehensive cost of the coal consumption rates. By comparison, 300 mw units and more volume to adopt the driver to move to a pump.Key Word:Steam pump ;efficiency; economy目 录第 1 章 绪论1.1 汽轮机的发展及其对给水泵的要求1.1.1 汽轮机的发展随着汽轮发电机组单机容量和蒸汽参数的提高，电站的热经济性不仅依赖于机组本身，而且还依赖于热系统中辅机的配置和运行方式。电网容量的迅速增大，昼夜之间负荷的差值也就越来越大，大容量机组参加调峰的问题已经迫在眉睫。因此，除了要求机组在额定工况下有较高的经济性外，同时还要求汽轮机组适应在变压运行和滑压运行方式下工作，电厂辅机设备中的给水泵的运行方式也由原来的定速运行改为变速运行。所以，当给水泵的运行方式改变后给水泵的驱动方式也需要作相应的变化。 1.1.2 对给水泵的要求在我国的 300MW 及以上的火电机组中通常采用汽动给水泵，这主要是得益于它与电动调速给水泵的驱动相比较具有明显的运行经济性。通常汽动给水泵进汽压力在0.4Mpa1.0Mpa 之间，排汽压力在 4.0Kpa12Kpa 之间。工作转速一般为 4500r/min6000r/min。在实际运行中测量驱动给水泵用汽轮机的效率是诊断和提高给水泵汽轮机的运行经济性的首要课题。这样，提高了锅炉给水泵汽轮机的效率，同时也就是提高了给水泵效率，降低了给水泵的耗功，降低了厂用电，汽轮机驱动给水泵外加 1 台 25%备用泵。在我国由于给水泵驱动的可靠性尚有待提高，通常主张采用 2 台 50%容量（对300MW 以上的火电机组给水泵汽轮机驱动的方式）和 1 台 50%容量的备用泵运行方式。以往国外机组大都采用了 2 台 50%容量的提高了整个热力系统的经济性。所以，在火电厂中，给水泵汽轮机的分析不仅对小汽机是现在要进行的研究课题，对机组的经济性提高也具有相当的意义。研究表明，300MW 及以上大型火电机组用工业汽轮机驱动锅炉给水泵，其经济性能够显著提高；反之，对于 250MW 及以下的火电机组一般采用电动给水泵较为有利。实际上国外常以 300MW 为分界线，等于和大于 300MW 的火电大机组已采用给水泵汽轮机驱动锅炉给水泵的为多。国外约有 80%以上的火电机组采用给水泵汽轮机驱动锅炉给水泵的方式。90 年代这个比例呈增加趋势，不仅在经济性上能够提高，还由于变速给水泵汽轮机的固有特性可满足给水泵对可靠性的各种要求变化。在配比方式上，对于容量在 300MW至 400MW（甚至到 600MW）之间的机组，为使选用的给水泵汽轮机组能显出更大的优越性，多采用全容量给水泵汽轮机。例如北美、西欧。这不仅由于当今的技术完全可以提供可靠性较高的给水泵汽轮机，还因为全容量的给水泵汽轮机比半容量的给水泵汽轮机具有更高的效率，而且使得整个机组的热耗率可下降 8%16%。这样不仅可以节约一部分投资，甚至于不采用备用泵。第 2 章 给水泵驱动方式的概述2.1 电动机驱动这种驱动方式是：由给水泵的给水调节阀控制给水流量，也可以有电动机经液力耦合器后驱动给水泵。有液力耦合器来改变给水泵的转速调节给水量或采用其它变速装置控制电机转速以驱动给水泵。由于电动变速方式可以简化热力系统, 且投资省、可靠性高、易维护等, 目前国内也有一些专家赞成采用这种电动变速驱动的方式。自80 年代开始, 交流变速传动技术在国内外发展很快。随着电力电子技术的发展, 各种容量和型式的变频电源、整流装置的研制成功以及大容量晶闸管价格的降低, 使许多大型火电机组锅炉给水泵采用交流变速驱动成为可能。在交流变速驱动系统中, 无换向器电机调速系统是在大型机组锅炉给水泵驱动方面应用最广泛、经验最成熟的一种。如欧州贝尔卡门电厂750MW 机组、南非MA T IMBA 燃煤电站600MW 机组锅炉给水泵就采用了无换向器电机驱动。但是当机组功率增大后，由于电动机、变压器启动的控制设备容量要求也相应的增大，整个装置的成本也同时增大，增加了厂用电率。所以，目前生产的驱动给水泵的电动机功率大多都不超过 6000kW。 因此限制了这种驱动方式在大功率汽轮机发电机组上的使用和发展。 2.2 汽动给水泵2.2.1 .主汽轮机驱动这种驱动方式有多种形式，如将主汽轮机的转轴与给水泵的转轴直接连接或通过液力耦合器与给水泵的转轴进行连接，都是为了适应给水泵向高速化方向发展的要求。也有采用主汽轮机的转轴经液力耦合器，再经增速箱驱动给水泵。在 60 年代初期，这种主汽轮机驱动的方式曾获得了较多的发展。2.2.2 给水泵汽轮机驱动随着汽轮机发电机组单机容量及蒸汽参数的不断提高，设备的独立与主汽轮机分离的汽轮机（即给水泵汽轮机）驱动给水泵逐渐成为大功率机组中应用最多的驱动方式。2.3 凝汽式给水泵汽轮机目前，广泛应用的凝汽式给水泵汽轮机均设计为纯凝汽式（无回热抽汽的），以此来简化整个热力系统并增大机组在运行上的灵活性。它的乏汽排入自备凝汽器或排入主凝汽器中。当主机低负荷运行时，主机抽汽压力相应下降，主机抽汽压力下降到某一程度时，就要利用专门的自动切换阀门将高压汽源引入给水泵汽轮机。图2-1 表示了采用凝汽式给水泵汽轮机的典型系统。（给水泵汽轮机的排汽直接排入自备小凝汽器）图2-1 凝汽式给水泵汽轮机的典型布置机的工作蒸汽可以取自主汽轮机的任何一段抽汽。但是，在以前的分析中可以得出，从主汽轮机中间再热点之前供汽，有如下的缺点：a 蒸汽在给水泵汽轮机膨胀处的温度过大使其内效率下降，增大末级叶片的水蚀。b 由于供汽压力较高，进入给水泵汽轮机的蒸汽容积流量较小，降低了通流部分喷嘴和叶片的高度。由于以上的原因，给水泵汽轮机的内效率要比主汽轮机的内效率低很多，部分的抵消了它对改善机组经济性的积极作用。为了改善以上的不足，给水泵汽轮机的工作蒸汽均取自于主汽轮机的中间再热后的某一抽汽口，为降低主汽轮机的末级排汽损失，供汽点的压力希望尽可能的低。此外，较低的抽汽压力可增大进汽容积，改善给水泵汽轮机的相对内效率 ，进一步降低机组的热耗率。但是，供汽压力太低就要导致给水泵汽轮机的最末级的排汽面积的过分增大限制了本身转速的提高，同时其余速损失进一步加大，降低其相对内效率 。为此，给水泵汽轮机的工作蒸汽常取自主汽轮机的中、低压缸的连通管或压力较高的上一级的抽汽口处，额定功率下压力为 0.1-1.0mpa。2.4 给水泵汽轮机驱动的优点给水泵汽轮机的广泛使用，能够为电厂降低整机热耗、提高其热经济性。它同电动泵驱动方式存在很大的差异，笔者经过对两者的分析，得出给水泵汽轮机驱动比电动泵驱动的优点是：1 给水泵汽轮机可提供不受限制的驱动功率，为大功率汽轮机的制造、发展创造了条件，可设计为高转速并与给水泵直接联接，以满足给水泵的最佳转速，大多为 5000r/min。2 给水泵汽轮机驱动与主汽轮机的驱动方式相比，给水泵汽轮机的内效率虽不及主机（前者约为 82%84%），后者可达到 88%90%，但汽轮机与给水泵直接连接减少了动力传递过程中的能量损失（一般为 0.99%）。3 给水泵汽轮机的工作蒸汽可取自主汽轮机的某一段的中间级，当该给水泵汽轮机为凝汽式时，可使流经主汽轮机的最末级的蒸汽量减少 7%10%。从而降低了主机的余速损失，提高了主汽轮机的内效率。当机组的功率越大时蒸汽参数越高，采用凝汽式给水泵汽轮机对提高电厂经济性也越有利。4 可以实现给水泵的变速调节，减少了低负荷时给水泵的耗功，从而改善了机组的经济性。5 凝汽式给水泵汽轮机的热力设计特点随着汽轮机向高参数、大容量方向的发展，给水泵汽轮机已构成整个汽轮机组装置中的一个重要的组成设备。它的各个工作参数应从整机装置的经济性和安全性的全局出发加以考虑。给水泵汽轮机利用主汽轮机中、低压缸的抽汽作为工质，其排汽进入自己专门的自备凝汽器或主机的凝汽器中。当主汽轮机的负荷变化时，它的抽汽参数，即给水泵汽轮机的进口参数要随之发生变化，当主机抽汽压力下降到一定程度时，就要利用专门的自动切换阀门把高压缸的汽源引入给水泵汽轮机，为此把主汽轮机在额定功率时的抽汽参数作为给水泵汽轮机工作参数的设计值或额定值。凝汽式给水泵汽轮机进汽压力选择较低，一般为 0.41.0Mpa。因此，它的蒸汽绝热焓降就比较小（约为 7501050），汽耗率却相当大，约为 4-5kg/kW，并且给水泵汽轮机进汽容积流量也很大。由于汽轮机直接驱动给水泵，工作转速较高，一般为 45006000r/min，在这样的条件下，给水泵汽轮机的通流部分的效率可以达到主机水平。给水泵汽轮机的设计转速或额定转速应与给水泵综合考虑后确定，大都在50006000r/min.给水泵汽轮机的转速变化范围则与主机的运行方式有关，当主汽轮机定压运行时，给水泵汽轮机的变速范围为额定转速的 80%100%。滑压运行时为60%105% 。给水把主汽轮机在额泵汽轮机的功率根据给水泵的耗功能够确定下来。由于给水泵的耗功与主汽轮机的工况有关，为此可以定功率时所需的给水泵耗功作为给水泵汽轮机的设计功率或额定功率。第 3 章 汽动给水泵的计算3.1 汽轮机机组的热经济性指标评价电站火力发电厂的热经济性指标主要有汽耗率、煤耗率、热耗率和全厂效率四类。3.2 汽轮机效率汽轮机效率公式： （31） 上式为汽轮机效率的连乘式，有式中可以看到：汽轮机效率的高低主要是由汽轮机循环效率决定的，而 则是循环热效率和相对内效率的乘积。因此，和 的变化将直接导致汽轮机运行效率与经济性的变化。3.3 给水泵效率的计算式给水泵轴功率的测量，可以采用热力学方法测出给水泵的效率。热力学方法是把热力学第一定律应用于水和其流过的给水泵之间的能量转换。随着给水压力和温度的提高，以及给水泵功率的增大，给水的压缩性不能忽略不计。给水泵的效率可以通过测量给水得到的有效能与泵轴传递给给水泵的能量来确定。泵的热力学效率为泵内流体在等熵压缩过程中所吸收的能量与外界供给的能量之比。供给能量包括对通过泵内流体的加热，对流体流过平衡装置，密封水系统水和流过润滑系统油的加热，以及泵体的散热损失等等。泵的热力学效率的表达式为 （32）另一方面，可以从计算单位质量的水从泵轴上获得的能量为基础，通过测量泵的性能可变参数（压力、温度、流速、标高）和水的热力学性能加以确定。测量系统原则布置如下图： 图31 系统测量原则布置图每单位的质量流体的水力能和机械能分别由下式表示 （33） （34）基于热力学方法测量泵效率的原理，在大型锅炉给水泵实验件下，可以认为水的膨胀系数。由于大型给水泵的进、出口水温差都不大于 3,故可简单的用式（33）中的代替式（34）中的，泵进、出水的动能变化量远远小于压差能，对总扬程的影响可以忽略不计，泵进、出口压力表的安装标高相同，故位能差为零。一般情况下，给水泵平衡装置的出水接入其进口，在泵进口温度测点之后，修正项中平衡装置的泄漏损失不再考虑，合并 和，那么大型给水泵效率的计算公式简化为： （35）根据热力学第二定律，可以得出： （36）式中：为给水泵进、出口测量面积的给水焓 kJ/kg变为： （37）与泵的比转数有关，可以取用泵制造厂提供的系数，在没有得到该数据时，对于刚投运得给水泵，可取 0.010.0015,旧泵为 0.020.03,并且完全可以满足工程需要精度的要求。所以，可得泵的有效功率为： （38）当给水泵有抽头和增压级时，流体得到的有效功需要考虑抽头和增压级的有效功。泵的轴功率可以由下式确定： （39）3.4 给水泵主要参数则泵的轴功率为： 6184.31kW泵的有效功率为： 表3-1给水泵参数表名称单位数值进水压力 MPa2.28进水温度 170.31进水流量1059.57出水压力 MPa19.91出水温度173.27平均给水密度 901.92给水泵总扬程 m1992.57给水泵效率 %83.55低压进汽压力 MPa0.76低压进汽温度339.25低压进汽流量t/h33.13小机排汽压力 kPa8.36 第 4 章 电动给水泵与汽动给水泵经济性比较4.1 运行经济性比较电动给水泵在启动时，从静止到额定转速，启动力矩很大。为适应这个转矩，驱动电机配置容量一般要比给水泵的额定功率大3050，所以其经济性较差；其次电动给水泵采用节流的方法以调节给水流量，调节损失较大，且泵的余最越大，损失越高，这是电动泵不可克服的缺点之一。采用液力耦合器驱动的变速给水泵虽然可以在较小的转速比下启动，电机的配置容量不必考虑过多的富裕量，但是，耦合器工作过程本身存在驱动损失功率高达15左右。如1台2 MW 的给水泉，当锅炉负荷为额定负荷的66时，其液力联轴器的损失即为300 kW。而汽动泵 需要升速齿轮和液力耦合器，所以也不存在这些设备的传动损失。小汽轮机的单位容量随着主机容量的增加而增加，内效率也相应提高，从而比液力耦合器驱动获得更为显著的经济效益。采用汽动调速给水泵利用锅炉部分富裕蒸发量驱动给水泵汽轮机，使供电量增加，相当于主机增容，降低了发电净热耗率，提高了机组运行效率。4.2 两种驱动方式的热经济性比较热耗是判断汽轮发电机组热力循环和运行情况的主要指标，以考虑问题的角度不同，它有两种形式，一种称为毛热耗，一种称为净热耗。对中问再热式机组采用电动给水泵时的公式如式(43)、(44)。毛热耗率： （41）净热耗率： （42）采用汽动给水泵时的公式如式(41)、(42)。毛热耗率： (43)净热耗率： (44)由于实际机组运行情况及电动泵配备情况不尽相同，以多种电动泵所耗功率的平均值作为计算依据来计算电动方案的净热耗。对某机组冷凝式汽动方案进行r热力计算，求出r在不同工况下的净热耗率。只有当小汽轮机相对内效率足够高时采用汽动泵在热经济性才是合理的，其数值与主机的相对内效率值有很大的关系，一般为75%左右时，才适合用汽动泵。值越高，采用汽动泵的热经济性越显著。对于再热式机组采用汽动泵的热经济性条件时，也可用类似方法推证。4.3 用“综合成本煤耗率”判断给水泵驱动方式“综合成本煤耗率”的计算方法克服了传统热力学分析方法的局限性，把热力学和经济学有机地结合在一起，成为在市场经济条件下发电厂技术经济分析的科学方法，并成功地应用于给水泵驱动方式的技术经济论证。这里的“综合成本煤耗率”为综合成本煤耗率b h=综合发电成本能价 煤单价其中，综合发电成本能价包括2部分：发电成本能价(发电煤耗率×标煤单价)和自用能价(厂用电率×上网电价)。计算公式为式中：为综合成本煤耗率，g(kW·h)；为电煤比价系数， 。综合成本煤耗率b 的物理意义为发出1 kW·h的电能按综合发电成本折算过来的标煤消耗量。判断采用哪种驱动方式经济合理，还可以用机组综合成本煤耗率作为判断。300 MW 及以上机组都采用汽动给水泵，但由于其他原因我国还有部分机组采用电动给水泵。由部分300-360 MW 机组的技术经济指标统计数据来看，采用电泵驱动虽然发电煤耗率较低，但电厂用电率高达l0，比采用汽动给水泵高出近6，使供电煤耗率高约20 g(kW·h)，综合成本煤耗率高约50-60 g(kW·h)，所以300 MW 及以上大容量机组须采用汽动给水泵驱动。随着单元机组容量的增大，给水泵单位容量相应增大，采用小汽轮机直接变速驱动给水泵，已足无可非议之事。又因为汽动给水泵方案Lj电动方案相比增大了主机的出力，降低了发电净热耗率和综合成本煤耗率。小汽轮机驱动给水泵节约了厂用电，提高了机组运行效率，且运行稳定性较好，调节性能良好，因而替代了电动给水泵。有关资料的技术经济性比较证明，埘驱动给水泵总功率在6 MW(相当于单元机组约200 MW以上时)，采用小汽轮机直接变速驱动给水泵较合理。而在此容量以下时，则应采用间接变速驱动，其中尤以采用液力联轴器的变速驱动为好。 第 5 章 结论本论文在机组上采用电动泵驱动还是汽动泵驱动上进行了多方面的论述。解决了这一存在争议的问题。经过文章的分析计算，认为对于300MW及以上机组采用汽动泵比电动泵的经济性有了很大的提高，200MW机组也可以用汽动泵取代电动泵。而以下机组就用电动泵更好。通过“综合成本煤耗率”也可以发现，大型机组中汽动泵比电动泵更能节省能源，适合时代的发展，相信在以后汽动给水泵将会运用的越来越广泛。在今后的火电机组发展中，电厂的效率时要不断提高的。对于给水泵汽轮机的分析也能够进一步的加深，还可以对给水泵汽轮机的内部进行分析，如调整叶片、改变连接管道的走向等，使整个给水泵组效率和经济性进一步得到提高。致谢首先要感谢的是刘老师。在本文的编写过程中得到了刘老师的热心支持和精心指导。刘老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，而且教我做人，虽历时三载，却给以终生受益无穷之道。对刘老师的感激之情是无法用言达的。其次，在本文编写过程中，天富电厂资料室为本文的编写提供了大量图书资料及电子资源，在此，向所有支持和帮助我的老师和工作人员表示感谢！本论文是本人在老师的指导和同学的帮助下完成的。从论文的选题、开题、实验到最后的定稿都凝聚着老师的心血。在毕业论文研究中，老师给予了我莫大的关心和支持。老师扎实的理论功底、严谨的治学态度、实事求是的工作作风以及在科研中勇于探索、创新的-精神将永远激励我不断学习。在此论文付梓之际，我以万分的诚意向老师致以最崇高的敬意和由衷的感谢!感谢学校给我这三年的学习机会，给我创造了浓厚的学习氛围，舒适的学习环境，使我在这里放心的学习，我将终生难忘。感谢对我倾囊赐教，鞭策鼓励的各位师长，诸位恩师的淳淳教诲我将铭记在心。最后要感谢我的母校新疆工业高等专科学校对我的精心培养！ 参考文献1 王中森.国内外锅炉给水泵汽轮机的概况J.工业汽轮机,1991,（4）：7-212 游永坤,姚华.国产 200MW 机组改汽动给水泵热经济性对比分析J.华北电力技术.1999,（9）：1-33 郑体宽.热力发电厂M.北京:水利电力出版社,19864 李维特.汽轮机变工况热力计算M.北京：中国电力出版社,20015 沙曾炘.锅炉给水泵汽轮机的热力设计J.工业汽轮机,1991,（4）：1-66 陈学文等.提高 300MW 汽轮机组运行经济性途径的分析与探讨J.热力透平,2003,（4），248-2537 马文智现代火力发电厂高速给水泵M北京：水利电力出版社，1984