應對蒸汽電廠的需求

2010-01-15 James Hunt KSB

  熱電廠即常規礦物燃料電廠或核電廠都要使用泵,因而對泵類制造商來說,這是一個非常重要的市場。然而,許多電廠的負荷相當繁重,其設備也需要應對相當高的溫度和壓力。此外,這些設備必須年復一年地保持穩定運轉(通常是在電廠的整個運營周期內)。那么,這些工況下的泵究竟有哪些特別之處呢?

  發電廠的泵按應用可分為鍋爐給水泵、增壓泵、循環水泵和冷凝泵、輔助泵和高溫泵,還有煙氣清洗泵及泵的驅動裝置,控制機構和其他相關設備,如聯軸器。

泵的類型

  很大程度上,泵的類型因電廠類型而異。比如,亞臨界電廠的鍋爐給水泵(BFP)和鍋爐循環水泵(BCP)與超臨界電廠的泵就可能不同。這類泵通常體積較大,耗電量也很高。泵可由電力驅動,也可以由蒸汽透平/燃氣透平驅動,例如鍋爐給水泵透平(BFPT)。

 蘇爾壽泵業為德國Neurath燃煤電站提供了歐洲最大的鍋爐給水泵

圖1. 蘇爾壽泵業為德國Neurath燃煤電站提供了歐洲最大的鍋爐給水泵

  對于一些工況相對不是那么嚴酷的場合,所使用的泵就很普遍了,與許多應用場合內進行基本輸水操作的泵非常類似。那么,這些泵有哪些類型呢?按照泵的配置有包括如下類型:

  鍋爐循環水泵(BCP)包括幾種類型,與強制循環鍋爐配套。燃燒爐管路冷卻保護或余熱回收蒸汽發生器(HRSG)的水循環都離不開這種泵。在一些諸如“超臨界”鍋爐(或直流鍋爐)應用中,鍋爐循環水泵在啟動時或低負荷運轉時可進行水的循環。

  鍋爐給水泵(BFP)在高溫和高壓下向蒸汽鍋爐供水(新的或經循環返回的冷凝水)。此類泵按工作壓力和溫度有所區別。單殼類常運用于聯合循環和亞臨界蒸汽電廠。

  雙殼水平中開泵的多級設計具有上下兩個分離的殼體(如果內殼由外殼包裹也稱為“筒形”)。這類泵適用于一系列亞臨界鍋爐給水應用,同樣適合高壓和高溫工況。

  節段式多級泵的整個外殼分為吸入段、中間段和排出段,適用于鍋爐給水和其他應用。單殼類也適用于聯合循環和亞臨界蒸汽電廠。

  徑向剖分筒袋泵可用于鍋爐給水,可以長時間保持高效運轉,從而降低運行和維護成本,并適用于同步電機直接驅動的場合,同樣可降低運行成本。

  單級泵是非?煽康囊环N泵,具有各種配置,可以在高的系統壓力和溫度下處理清潔的高溫流體,如熱水。通常與鍋爐給水泵配套進行熱水增壓。

  雙殼內節段泵具有兩個外殼(筒式),還可以為多級泵,同樣適用于高壓和高溫工況的亞臨界蒸汽電廠。

  單殼水平中開泵具有拆卸方便的特點,但不適用于高壓場合。

  冷凝水泵通常為離心泵,它將冷凝器中的冷凝水泵送至循環回路中。

  鍋爐循環水泵(BCP)通常與亞臨界或超臨界燃煤鍋爐配套。傳統亞臨界或超臨界鍋爐需要三臺BCP :其中兩臺連續工作,另一臺備用。對于超臨界鍋爐,只需要一臺鍋爐給水泵,而且僅用于啟動,當達到30-50%的負荷試時即停機。

  鍋爐給水泵通常是間歇運轉的,當液位感應元件檢測到鍋爐內的水位變低時,由控制系統啟動。泵會持續工作至鍋爐內的水位上升到預設液位。

Sterling SIHI的SIHImulti多級泵

圖2. 所示為Sterling SIHI的SIHImulti多級泵。這些泵適合用作中小型電廠的鍋爐給水泵和增壓泵

泵供應商

  有許多制造商為最新的高效電站提供泵設備。例如三菱重工(MHI)擁有為亞臨界和超臨界熱電廠提供泵產品的專業資質,其中包括鍋爐給水泵和增壓泵、鍋爐循環泵和冷凝水泵,功率在500-1000 MW之間。英國專業的泵類制造商海伍德泰勒(Hayward Tyler)向MHI提供鍋爐循環泵。

  蘇爾壽(Sulzer)泵業同樣為發電行業提供泵設備,包括火電廠和地熱電廠。產品類型有鍋爐給水泵、鍋爐循環泵、冷凝水泵、冷卻水泵和輔助泵。該公司還制造核電廠專用的安全泵。

  另外,Saudi Pump Factory(SPF)公司的代表性產品為多級中分泵,流量高達2200 m3/h,最高耐溫205℃。該公司還提供更大流量和更高溫度的產品。這些泵可用于極高壓力下的注水和鍋爐給水。

福斯公司的WNC泵是帶有擴壓殼的高能效筒袋泵,廣泛于世界各地的電廠

圖3. 福斯公司的WNC泵是帶有擴壓殼的高能效筒袋泵,廣泛于世界各地的電廠

  福斯(Flowserve)公司也為發電(和其他)領域提供鍋爐給水泵,還為核電廠生產專業的泵產品。其典型產品為CHTA型泵。這種泵第一級葉輪處有雙吸入或單吸入口,是雙殼多級筒袋泵。CHTA泵特別為高溫高壓和高流量工況設計和打造,其應用包括鍋爐給水和注水。

  海伍德泰勒(Hayward Tyler)的鍋爐循環泵具有優異的產品性能、可靠性和很長的使用壽命(與電廠運營周期相當)。這些泵在泵和電機的配備上十分獨特,可以在非常高的壓力(400 bar以上)和溫度(400℃以上)下運行。“濕定子電機”的設計概念非常獨特,因此電機繞組可以浸入水中進行冷卻。繞組的高度絕緣性是防止電機發生故障的關鍵。

  斯特林(Sterling)為各種熱電站以及核電站提供泵設備,輸出功率最高為1.2 GW。這些泵包括鍋爐給水泵和增壓泵(壓力高達160 bar)、鍋爐循環泵(流量高達80,000 m3/h)和輔助泵。采用機械密封的SIHImulti泵是其典型產品,可用作中小型垃圾發電站、聯合循環電站或工業電站的鍋爐給水和增壓。

蘇爾壽泵業的電廠用鍋爐給水泵

圖4. 蘇爾壽泵業的電廠用鍋爐給水泵。從圖中可以看到驅動電機和齒輪箱

  KSB生產電站用離心泵,包括CHTC多級臥式高壓筒袋泵,該泵具有單入口徑向葉輪和軸向推力液壓平衡裝置,可用于鍋爐給水和冷凝水循環。

  其他為發電行業提供泵設備部分公司包括偉爾集團(Weir Group)、ITT古爾茲(Goulds)和酉島(Torishima)。ABB和阿爾斯通(Alstom)等公司提供變頻器等與泵相關的設備。

核電

  今天,礦物燃料價格迅速攀升,加上人們對能源安全的憂慮以及各國對減少CO2排放的需求,盡管核廢料等問題仍然懸而未決,但人們已開始重燃對核電的興趣。

  對于所有核反應堆,持續對其堆芯進行適當的冷卻對整個工廠、員工和周邊區域的安全至關重要。因此反應堆冷卻泵是核電廠非常關鍵的設備之一,決不允許出現故障。

  一般來說,一座1000 MW的核電站要使用大約20臺泵,其功能多種多樣,包括在高溫高壓下輸送冷卻劑(通常溫度在300-400℃之間,壓力在10-16 MPa)。然而,泵的類型取決于工況和冷卻劑的種類,但通常都帶有一個立式軸和單級吸入擴散器。出于可靠性、長時間持續運行壽命和放射性泄漏的考慮,會使用非接觸式的可控制泄漏的軸封系統。某些核冷卻泵可由機器人進行檢測和更換軸封。

  根據反應堆類型的不同,主要系統的反應堆冷卻泵可實現核反應堆冷卻劑(通常是輕水,但并非永遠是)到蒸汽發生器的連續再循環。核反應堆冷卻泵一般具有2.4萬立方米/小時的流量。

  若冷卻水大量流失,反應堆堆芯會迅速過熱。這是非常緊急也非常危險的,而利用高壓噴射泵便可實現快速冷卻。另外一臺注射泵可提供補償,同樣可向密封的主反應堆冷卻泵回路供水。高溫高壓的二級系統給水泵則將高壓水注入蒸汽發生器內。

  如果出現意外,噴淋泵可以盡可能減小放射性物質從安全殼中泄漏——泵將硼酸水噴射到反應堆安全殼內。如果確有外泄,會有另一臺泵防止放射性物質擴散出去。