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普瑞森能源科技:火力发电厂用水环真空泵机组的选型

(2012-12-28 17:57:17)
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杂谈

一、基础知识
    1真空的概念
    真空一词来自拉丁语“vacuum”,原意为虚无空的。 真空是指在给定空间内低于环境大气压力的气体状态,即该空间内的气体分子密度低于该地区大气压力的气体分子密度,并不是没有物质的空间。水环真空泵应用于低真空(105—103 Pa)领域 
    2、真空的测量单位
    在真空技术中,表示处于真空状态下气体稀薄程度的量称为真空度,可用压力、分子数密度、平均自由程和形成一个单分子层的时间常数等来表征,但通常用气体的压力(剩余压力)值来表示。气体压力越低,表示真空度越高;反之,压力越高,真空度越低。
    法定的压力计量单位为帕[帕斯卡],符号为Pa
    1Pa=1N.m-2 此外,还可用真空度的百分数作测量单位。 

    δ——真空度百分数(%    P——绝对压力(Pa   Pb-P 表示真空压力表读数,表压力(用Pe表示) 真空度百分数δ%)与压力P对照表
    3、单位换算
    1atm标准大气压)=1013.25hPa(百帕)
    1mmHg(毫米汞柱)=1Torr(托)=1.333 hPa(百帕)
    1bar(巴)=1000 hPa(百帕)
    1mbar(毫巴)=1 hPa(百帕)
    inHg(英寸汞柱)=25.4mmHg(毫米汞柱)=33.8 hPa(百帕)

    4、相关术语
    气量——水环真空泵的气量是指入口在给定真空度下,出口为大气压1013.25hPa时,单位时间通过泵人口的吸入状态下的气体容积,m3/minm3/h 
    最大气量——水环真空泵的最大气量是指气量曲线上的气量最大值,m3/minm3/h
    真空度(或称作压力)——水环真空泵的真空泵是指入口处在真空状态下气体的稀薄程度,以绝对压力表示,PahPakPa
    极限真空度(或称作极限压力)——水环真空泵的极限真空度是指入口处气量为零时的真空度,PahPakPa
    压缩比——吸入压力下气体容积与压缩后气体容积之比
    饱和蒸汽压——在给定温度下,某种物质的蒸汽与其凝聚相处于相平衡状态下的该种物质的蒸汽压力。

    二、选型指导 
    真空泵的工作压力应该满足真空设备的极限真空及工作压力要求。通常选择泵的真空度要高于真空设备真空度半个到一个数量级。2BVX2BEX系列真空泵吸气压力范围在33hPa——1013.25 hPa之间,在此范围内,气量随吸气压力的不同而变化。根据气量和真空度选择合适的泵。保证工艺要 求的真空度或抽走需要排走的气体。泵的工作点尽可能要求在高效区内,也就是在临界真空度或临界排气压力的区域内运行。 应避免在最大真空度或最大排气压力附近运行。在此区域内运行,不仅效率极低,而且工作很不稳定,易产生振动和噪音。对于真空度较高的真空泵而言,在此区域 之内运行,往往还会发生汽蚀现象,产生这种现象的明显标志是泵内有噪音和振动。汽蚀会导致泵体、叶轮等零件的损坏,以致泵无法工作。
    1、真空引水
    我司生产的全自动真空引水装置2BYS系列适合大中小型水厂真空引水,待水泵壳充满水后自动启动水泵。
    真空引水适用于各种水泵,特别适用于大、中型泵和吸水管较长的泵。抽气管接在泵壳的顶点。一般根据抽气量和最大真空值选择真空泵,并配一台备用泵2BVX2BEX系列真空泵均能满足水泵引水最大真空值的要求,因此只要计算抽气量即可。给排水专业推荐的抽气量计算方法如下: 

    W-抽气量 m3/min
    K-漏气系数 1.05~1.1
    W1-吸气管中的空气容积 m3
    W2-泵体容积。计算时取水泵吸入口面积乘以吸入口到出水阀的距离
    T-引水时间,不大于5min
    Hg-大气压的水柱高度 10.33m
    Zs-水泵轴到吸水井最低水位的差m
    2、一般工况条件下泵的选型
    当用户对使用的环境要求不高且具有足够的循环水源时,我们给用户提供的配套形式大多为小成套(既2BEX样本中的配套形式)。按其传动方式分为直联传动、 减速机传动及皮带传动三种。选型原则是按标准状况下(水温15、气温20、排气压力为1013mbar),水环真空泵试验所测得的性能曲线进行选型,非标准状况时,必须对进气速率或气量进行修正。
    在标准状况下,以吸入压力P1和要求的抽气量Qc,在样本性能曲线上寻求对应的水环真空泵转速(n)和轴功率(P),当所选泵转速n正好是常规电机的标准转速时,选用的传动方式为直联传动或皮带传动(用户特殊要求)。当所选泵原转速n不是常规电机的标准转速,而且原转速n与减速机标准传动比i的乘积与常规电机的标准转速一致时,我们选用减速机传动。否则就选用皮带轮传动。
    选型计算以某化工厂工艺流程设计参数为例加以说明:
    设计参数:
    入口气体温度 35
    入口气体绝对压力 200hPa
    气量 3000m3/h
    工作液温度 19
    由于样本曲线是在进气温度20,进水温度15,排气压力1013hPa,吸入气体为饱和空气时测得,故需将上述参数进行修正。
    样本中规定条件下的抽气量

    其中, 为转速修正系数, 为样本中规定转速; 是实际转速;
    是工作液温度修正系数

  是吸入压力;
    , 分别为样本上的和实际的工作水温度下的饱和蒸汽压;
    , 分别为样本上的和实际的工作水温度(热力学温度)。
    公式仅限于水温在15±5范围内,否则要用密封水温修正图修正。
    为进气温度修正系数,

         分别为样本上的和试验(实际)的进气温度,由此可知:



    考虑到留10%的余量,气量为 
    由 , ,查样本曲线,可用2BEX 303-0的水环真空泵,转速为590rpm,轴功率为64kW
配套功率的安全系数K=1.1—1.2(若用于纸厂K=1.3
    减速机的选用按减速机机械功率表选取,计算功率应考虑工矿系数和安全系数。最后校核热功率。
皮带传动按手册选用。

    火力发电厂用水环真空泵机组的选型

    3.1 术语
    额定功率(铭牌功率,该工况称为TRL工况)
    在规定的背压条件下,3%补水率,机组发额定功率,其进汽量称为额定进汽量(也称为额定流量TMCR流量)。
    最大连续功率(TMCR工况)
    在额定进汽量条件下,其背压为考虑年加权平均气温等因素并通过对空冷系统优化所确定的背压(设计背压),补水率为0%的情况下,发电机端输出的功率。该功率也可作为保证热耗和汽耗率的功率。
    保证热耗率考核工况(THA工况)
    在设计背压条件下,0%补水率,出力为额定功率时的热耗率和汽耗率作为保证,
    阀门全开功率(VWO工况)
    汽轮机在调节阀全开时的进汽量以及TMCR定义条件下发电机端输出的功率。一般在VWO下的进汽量为额定进汽量的1.03-1.05倍。此流量应为保证值。
    阻塞背压(Choking Bask Pressure
    汽机的阻塞背压是指汽机末级叶片出口处的蒸汽流速接近该处的音速水平(马赫数约为0.95)时的背压,在通常情况下,他与汽轮机进汽量相关,不同的进汽量有不同的阻塞背压值。为了规范汽轮机的技术条件,这里特指TMCR流量条件下的阻塞背压值。
    过冷度:汽机排汽饱和汽温与凝结水箱入口凝结水温之差。

    3.2火电站凝汽器用水环真空泵的性能曲线主要分为两种,一种用于启动运行阶段的性能曲线,既是2BEX样本中曲线。另一种是正常运行的曲线,此曲线见2BWD样本。

    3.2.1启动运行阶段泵的选型
    启动运行阶段的目的是在汽轮机启动前抽吸凝汽器内的空气,达到20 kPa——40 kPa的压力,以便启动汽轮机。
    满足电站的预定抽真空时间,是本阶段选择真空泵的主要依据。抽空时间一般在30分钟之内。
    抽气时间可按下式计算 

    t——抽气时间 min
    V——真空系统的容积 m3
    Q——真空泵的抽气速率 m3/min 
    P1——真空系统初始压力
    P2——真空系统抽气终了的压力

    3.2.2 正常运行阶段,即汽轮机正式运行后,水环真空泵所抽吸的气体包括空气和水蒸气,并不是清一色的空气。混合气中各成分的比例,又与空气泄漏量及其它因素有关。
    正常运行阶段的水环真空泵选型依据:
    mG :凝汽器泄漏空气的质量流量
    P1 2BWD系列成套装置进气压力
    t12BWD系列成套装置进气温度
    tw1 :系统冷却水温度
    mG 一般由设计院提供,P1t1通过tw1和负荷率查凝汽器性能曲线得到。
    正常运行阶段的水环真空泵选型以满足能够抽除凝汽器泄漏空气为准。此阶段选型涉及热工学相关知识,限于篇幅,本文暂不祥述。
    所选真空泵须同时满足两种运行工况的要求。

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