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。
為了解決這一矛盾,許多大型煤驅(qū)動廠先使用發(fā)動機(jī)來啟動蒸汽泵,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)動泵可以減少一些上述麻煩,然而這個(gè)方法也很貴,并且對機(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)動蒸汽泵。在開始時(shí),電動機(jī)啟動水泵,當(dāng)氣壓增高時(shí),后面的pressure turbine取代水泵,并且關(guān)閉電動機(jī);或者,如果是蒸汽機(jī)需要,電動機(jī)可以繼續(xù)工作并且驅(qū)動booster泵。使用雙驅(qū)動蒸汽泵,免除了對啟動泵和電動機(jī)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(qū)動中的主動力;然而大型工廠,相對高轉(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,提供一套完整,雙流動反應(yīng)類型的蒸汽驅(qū)動泵turbine。Turbine中部含有steam inlet,在兩端排氣。這樣形成了一個(gè)長的rotor,由于在反應(yīng)設(shè)計(jì)中已延續(xù)了大尺寸rotors, 所以長rotor沒有問題。這種雙流動的設(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)向可變頻率的電動驅(qū)動泵,即便是效率被發(fā)電及VFD和電動機(jī)所影響,這種系統(tǒng)仍然常常比蒸汽turbine驅(qū)動泵效率要高。
雙驅(qū)動泵:為了避免上述問題,雙驅(qū)動泵引起重視。雙驅(qū)動系統(tǒng)包括使用了一個(gè)蒸汽turbine作為主驅(qū)動,并且一個(gè)2 pole motor作為start up驅(qū)動;蒸汽turbine通過一個(gè)geartype,overrunning clutch被連接到蒸汽泵的正常驅(qū)動端,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(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速度開始超過電動機(jī)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(gè)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(fù)荷也加大。此時(shí)啟動電動機(jī)將關(guān)閉。
對于要求booster泵的設(shè)計(jì),2pole啟動機(jī)可以設(shè)計(jì)為雙頭電動機(jī),并且驅(qū)動booster泵。在這種設(shè)計(jì)中電動機(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)動蒸汽泵與Back Pressure Turbine驅(qū)動結(jié)合的優(yōu)勢
從一個(gè)分開的啟動泵到雙驅(qū)動主泵,并且使用back pressure turbine作為主要的驅(qū)動有如下優(yōu)勢:
1、省錢:不需要啟動泵和電動機(jī)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(qū)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)省:back 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(jī)可以連讀驅(qū)動booster pump而不需要電動機(jī)和switchgear.