给水专业系统设计.doc

给水系统功能
发电厂给水系统任务是 （涉及脱过氧凝结水和通过化学解决补充水）从除氧器贮水箱送到锅炉省煤器进口。给水在输送过程中，要进行加热并升压，以满足锅炉对给水温度和压力规定，整个汽水循环热效率到提高。
加热给水热源，来自汽轮机各级抽气，提高给水抽气，就要借助给水泵。给水泵是发电厂简历汽水热力循环必不可少设备
给水系统除向锅炉供水之外，还得向锅炉过热器减温装置提供减温水，以调节主蒸汽温度；在给水泵中间级抽头，向加热器减温装置供应减温水和事故喷水用水。
在装有汽轮机旁路系统发电厂，给水系统要向高压旁路系统供水，以减少主蒸汽排入再热器冷段蒸汽温度，是锅炉出口和再热器出口蒸汽压力和温度得到调节。
本次设计重要针对主给水管道温度和压力设计。
一、机组简介
锅炉
形式：超临界、单炉膛、一次中间再热、平衡通风、固态排渣、全钢架悬吊构造、露天布置燃煤直流锅炉
锅炉最大持续出力：1950t/h
过热器出口压力：25.5MPa
过热器出口温度：569℃
再热器出口压力：4.54MPa
再热器出口温度：569℃
给水温度：280.4℃
锅炉效率(LHV):93.84
汽轮机
形式：超临界参数、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、8级回热抽汽凝汽式汽轮机
额定功率： 660MW
额定进汽量： 1900t／h
主汽阀额定进汽压力： 24．2MPa(a)
主汽阀进汽温度： 566℃
再热蒸汽额定进汽压力： 4.525MPa(a)
再热蒸汽进汽温度： 566℃
再热蒸汽额定流量： 1525.5t／h
循环冷却水温度： 143.1℃
排汽压力： 0．00747MPa(a)
排汽量： 1038.82t／h
机组净热耗：7942kJ／kW．h
发电机
型式：水-氢-氢冷却、静态励磁发电机
额定功率： 600MW
额定容量： 667MVA
电压： 20kV
频率： 50Hz
功率因素： 0.9
转速： 3000r／min
励磁方式： 旋转无刷励磁定转速： 3000r／min
汽水管道

设计要则
一 使用范畴
合用于大型热电站内，参数为22.06MPa,,500℃以上汽水管道设计
设计规定
二 大型电站汽水管道设计应以热力系统和主厂房布置为根据，做到选材对的，布置合理，补偿良好，流阻较小，造价低廉，支吊合理，安装维护以便，扩建灵活， 整洁美观，并应避免水击，共振和噪声。管道设计应符合国家和部颁关于原则，规范。
三 设计参数
1 设计压力
设计压力是指管道运营中介质最大工作压力。对充水管道，应考虑压力损失和水静压力影响，但当其低于额定压力3%时，可不予考虑。重要管道设计压力按下列规定取用
（1）主蒸汽管道取用锅炉额定蒸发量时过热器出口额定工作压力。
（2）汽轮机抽气管道或被压是汽轮机排气管道取用制造厂提供最大工作压力。
（3）加压装置后蒸汽管道取用减压装置出口最大工作压力。
（4）不可调速给水泵或其她水泵出口管道取用水泵特性曲线最高点压力与（5）进水侧压力之后，并应考虑进水温度对进水侧压头和出口扬程修正。
（6）可调速给水泵出口管道当给水主管上不装设调节阀时，取用额定转速时额定流量下水泵出口压力1.1倍与进水侧压力之和，并应考虑进水温度对进水侧压头和出口扬程修正。
（7）给水泵再循环管道当采用单元系统时，进除氧器最后一道关断阀及其此前管道，取用主给水管道设计压力；当采用母管制系统时，节流孔板及其此前管道，取用主给水管道设计压力；节流孔板后管道，当未装设阀门或介质双出路上阀门不也许同步关断时，取用除氧器最大工作压力。
（8）给水泵进水侧管道取用除氧器最大工作压力与最高水位时水柱静压之和，并应考虑进水温度对进水侧压头和出口扬程修正。
（9）锅炉定期排污河持续排污三次阀前管道取用汽包额定工作压力。
锅炉安全阀后排气管道应依照消音器和管道阻力计算拟定。当为装消音器时，高，中压锅炉排气管道可取0.98MPa。
2 设计温度
设计温度普通是指管道运营中介质最高工作温度，重要管道设计温度按下列规定取用。
（1）主蒸汽管道取用锅炉额定蒸发量时过热器出口蒸汽额定工作温度
（2）汽轮机抽气管道或被压式汽轮机排气管道取用制造厂提供最高工作温度。
（3）减温装置后蒸汽管道取用减温装置出口蒸汽最高工作温度。
（4）经加热器加热后水管道取用被加热水最高温度。
（5）锅炉定期排污和持续排污管道取用汽包额定工作压力下水蒸气饱和温度。
（6）锅炉向空排气管道当不装消音器时，安全阀后管道，普通取用被排放来源额定工作温度减50℃。当装置设消音器时，安全阀至消音器管道，普通取用被排放来源额定工作温度；消音器后管道，依照消音器性能拟定
（7) 管道设计安装温度普通取用20℃。
高压加热器重要技术数据（VWO工况）
加热器编号
单位
1号高加
2号高加
3号高加
1 加热器型式

卧式、U形管、双流程
6.672 加热器数量

1
1
1
3 高加系统旁路型式（大、小旁路）

大旁路
给水
1 流量
t/h
1950
1950
1950
2 进口压力
MPa

29.83
3 进口温度
℃
261.2
218.5
191.1
4 进口热焓
kJ/kg
1140.3
947.0
827.2
5 出口温度
℃
290.0
261.2
218.5
6 出口热焓
kJ/kg
1278.4
1140.3
954.36
7 最大容许压降
MPa
0.1
0.1
0.1
8 管侧设计压力
MPa
34
34
34
9 管侧设计温度
℃
325
300
258

(如下压力均通过焓温表查得)
3号高加进口温度为191.1℃，出口焓为954.36，因此出口压力为38.10345MPa
3号高加出口温度为220.1℃，出口焓为936，因此出口压力为37.12736MPa
2号高加进口温度为218.5℃，进口焓为747，因此进口压力为37. 07774MPa
2号高加出口温度为260.2℃,出口焓为1135.8,因此出口压力为35.74222MPa
1号高加进口温度为261.2℃,进口焓为1140.3,因此进口压力为35.97372MPa
1号高加出口温度为290℃，出口焓为1278.4,因此出口压力为35.00883MPa
由于给水量都是1950t/h,转化成体积流量为0.5417m3/s
主给水管道可以选用如下参数管道，材料为15NiCuMoNb5-6-10，管径和壁厚分别为Φ508×50（mm，mm），最大容许流速为5.19m/s
因此可以算出主给水管道流速v=0.5417/(3.14*0.204*0.204)
=4.15m/s
下面计算参照给水管路图
1、 3号加热器与2号加热器之间管道压头损失计算
已知3号高加出口压力和2号高加进口压力
因此管道压力损失hs=(37.12736-37.07774)*102
=4.962m

hs = （λ * L / Dn + ∑ζ ） v2 /（2g）
λ——管段沿程阻力损失系数
L——管段长度，米
Dn——管段内径，米
V——管段内流体流速，米/秒
∑ζ——管段各局部阻力系数之和（此计算不考虑）
λ = 1 / （ 1.14 + 2 lg （ D / kd ） ）
D——计算管道直径，米
kd——管道等值粗糙度，米
汽水管道粗糙值粗糙度（涉及焊口阻力损失）可按下列数值取用：
无缝钢管：kd=0.2*10-3米；
焊接钢管：kd=0.3*10-3米
高腐蚀条件工作管道，如排气管、输水管、溢流管等
kd=（0.55~0.65）*10-3米
因此kd取0.2*10-3米
λ = 1 /（1.14+2*lg（0.508/0.2*10-3））
=0.1258
hs =（0.1258*L/0.408）*4.152/（2*10）
=4.962m
L=4.962*2*10*0.408/(0.01582*4.152)
=18.69m
因此可以布置各段管道长度为4.6m，9.49m，4.6m
2、 2号高加和1号高加之间管道压头损失计算
已知2号高加出口压力和1号高加进口压力
因此管道压力损失hs=(35.97867-35.74222)*102
=4.729m
由于主给水管路材料和尺寸是同样，因此管道直径和介质流速和上面同样
λ = 1 / （ 1.14 + 2 lg （ D / kd ） ）
=1 /（1.14+2*lg（0.508/0.2*10-3））
=0.1258
hs = （λ * L / Dn + ∑ζ ） v2 /（2g）
=（0.1258*L/0.408）*4.152/（2*10）
=4.729m
L=4.792*2*10*0.408/(0.1258*4.152)
=17.81m
因此可以布置各段管道长度为4.6m，8.81m，4.6m
3、 1号高加出口到省煤器进口管道压头损失计算
1号高加出口布置高度为13.7m，省煤器进口布置高度为45.426m，因此由高度引起压力损失为：
h损=（45.426-13.7）*ρ*g
=31.726*10*1000
=0.31726MPa
由于管道材料和尺寸和上面是同样，因此阻力损失系数
λ同样为0.1258
省煤器进口压力为34.4726MPa
因此给水管道阻力导致压降为hs=35.00883-34.4726-
0.31726
=0.21 897MPa
=21.897m
hs = （λ * L / Dn + ∑ζ ） v2 /（2g）
L=21.897*2*10*0.408/(0.1258*4.152)
=82.474m
由于管道高度为29.974m，因此管道水平长度为52.5m
4 气动泵与3号高加之间压头损失计算
各段管道长度可以布置为4.6m,9.3m,4.6m
λ同样为0.1258
管道总长度L为4.6+9.3+4.6=18.5m
hs = （λ * L / Dn + ∑ζ ） v2 /（2g）
=（0.1258*18.5/0.408）*4.152/（2*10）
=4.912m
因此压力损失为0.04912MPa
汽动泵出口压力为38.10345+0.04912=38.15257MPa
5 除氧器与前置泵之间压头损失计算
除氧器出口压力为0.830997MPa
前置泵进口压力为0.948MPa
除氧器出口布置在26m高度
前置泵进口布置在0m高度
由于除氧器比前置泵要高，因此给水下降时，压力要增长为
P增=26*103*10=0.26MPa
因此管道阻力导致压降为0.830997+0.26-0.948=0.143117MPa
即14.3117m
给水管段选用材料和尺寸同上
因此λ同样为0.1258
管道压力损失：
hs = （λ * L / Dn + ∑ζ ） v2 /（2g）
=（0.1258*L/0.408）*4.152/（2*10）
=14.3117m
L=14.311*2*10*0.408/(0.1258*4.152)
=53.9m
依照管路构造水平管道长度为27.9m，两段竖直管道长度分别为6.2和19.8m
6 前置泵与给水泵之间管道压头损失计算
依照构造可以直接得出管道各段长度分别为7.5m，18.3m
6.2m
给水管路材料和上面是同样，给水管路尺寸为Φ355.6×40
即直径为0.3556m,壁厚为0.04m
给水管道流速v=0.5417/(3.14*0.1378*0.1378)
=9.09m/s
λ = 1 / （ 1.14 + 2 lg （ D / kd ） ）
=1 /（1.14+2*lg（0.3556/0.2*10-3））
=0.1309
hs = （λ * L / Dn + ∑ζ ） v2 /（2g）
=（0.1309*32/0.2756）*9.092/（2*10）
=62.79m
因此阻力损失为0.6279MPa

给水泵简介
1 本工程给水泵配备2×50%BMCR容量汽动泵和1×30%BMCR容量电动泵。
对汽动给水泵台数和容量选取，决定于各种因素。虽然100%容量泵比2×50%容量泵方案投资省，运营经济性高，但100%全容量汽动给水泵组故障时机组只能降负荷运营，影响电厂可用率。配2×50％容量汽动泵，长处是一台汽动泵组故障时，备用电泵自动投入后仍能带90%负荷运营。给水泵可靠性对机组运营影响极大，考虑到国内已运营600MW机组均采用2×50%汽动给水泵方案，本工程当前也按2×50%汽动给水泵设计。
备用电动泵容量选取，重要是考虑到启动以便、可靠、经济性等因素。本工程依照需要设立一台30%备用调速电动给水泵，当一台汽动泵事故，则启动备用电动泵，汽机仍可带90%负荷运营。 给水泵额定容量出水按给水系统最大运营流量再加5%裕量进行选取。入口流量还应考虑再热器减温水量（中间抽头）及密封水泄露量。扬程也按在VWO工况下运营并留有裕量设计。
汽动泵前置泵由单独电动机驱动，电动泵前置泵与电动泵采用同一电动机驱动。
给水泵汽轮机为单缸、单轴、凝汽式，汽源采用品有高、低压双路进汽切换进汽方式，正常运营时，由主汽轮机四段抽汽（至除氧器抽汽）供应，启动和低负荷时由冷段或主蒸汽系统供应，调试用汽由辅助蒸汽系统供应。给水泵汽轮机排汽向下直接排入主凝汽器。
给水泵汽轮机：上海汽轮机有限公司及东方汽轮机厂均引进西屋技术制造双进汽自动内切换给水泵汽轮机，杭州汽轮机股份有限公司引进德国西门子公司技术生产外切换给水泵汽轮机。当前均有运营实绩。本工程初步设计给水泵汽轮机按杭州汽轮机股份有限公司高低压双路进汽自动外切换方式考虑。每台给水泵汽轮机进汽管道上设有一种管道调节阀、进汽阀和进汽调节阀。每台给水泵汽轮机各自设有一套润滑和控制油系统。
锅炉给水泵组当前具备600MW汽轮发电机组配套能力制造厂家有沈阳水泵股份有限公司、上海电力修造总厂和上海KSB泵有限公司。上海KSB为KSB在中华人民共和国合资厂，具备为600MW机组配套能力，但当前尚无运营实绩。上海电力修造总厂分别引进WEIR公司和SULZER公司技术合伙生产给水泵组。沈阳水泵股份有限公司与美国FLOWSERVE（简称FPD）公司合伙生产给水泵组。（FPD公司是由美国本来B.J公司、IDP公司、太平洋泵业公司等重组而成。）考虑到上述制造厂600MW超临界机组国内均无运营业绩，本工程建议给水泵采用全进口设备或给水泵组核心部件（如芯包）进口中外合伙生产设备，前置泵和电动机国产。
2 给水总扬程拟定
汽包锅炉给水总扬程应克服锅炉汽包压力，启动安全阀多余压力△p,克服给水进水管和压力管，阀门，流量测量孔板，高压加热器级省煤器水力阻力，以及供水集合高度（由除氧器最低水位至锅炉汽包正常水位差）。
给水泵总扬程Hgs,按下式计算：
Hgs=(pb+△p-pcy)*102+△pgs+△pjs+Hy-Hj
式中 pb———锅炉汽包压力，MPa
△p——启动安全阀所需多余压力，MPa；普通△p=（0.03—0.05）pb
pcy———除氧器工作压力，MPa(计示压力)；
△pgs——给水管路阻力，涉及自给水泵至锅炉进口间所有 加热器，阀门，调节器，省煤器，管路阻力（以压头记），m
△pjs——进水管路阻力，涉及自给水箱出口至给水泵进口间所有管路，阀门阻力（以压头记） ，m
Hy——水泵中心至锅炉汽包正常水位几何高度差，m
Hj——由除氧器最低水位至水泵中心几何高度差（给水泵进口静水头）m
计算△pgs △pjs时所采用管路水流速，对给水管路，水允许流速为2—3米，对进水管路，水允许流速为0.5—1m/s。
锅炉汽包压力为30.57MPa
除氧器工作压力为0.830097MPa
各给水管道阻力损失分别为0.04962，0.04729，0.21897，0.04912，0.14312
0.6279（MPa）
△pgs=4.962+4.729+21.897+4.912=36.5m
△pjs=14.312+62.79=77.102m
Hy=60.25-13.7=46.55m
Hj=26-13.7=12.3m
给水泵总扬程Hgs= (pb -pcy)* 102+△pgs+△pjs+Hy-Hj
=(30.57-0.6279)*102+36.5+77.102+46.55-12.3
=3201.9m
给水系统启动前准备和操作
在给水系统启动之前，先要想系统中管道和设备充水。除氧器水箱有凝结水系统注入水，并达到正常水位，锅炉汽包由除盐补充水箱通过复述补充水泵上水，其水位普通比正常水位低约100mm。与此同步，要排除整个系统内空气（在管道最高位置和设备顶部都设有放空气阀，充水时，空气阀均处在启动状态）。
随后，将给水泵轴承润滑油系统投入运营，所有控制系统要接通电源，使整个给水系统处在投运状态。
将电动调速给水泵液力耦合器勺官至于零位，给水泵出口闸阀关严，给水再循环阀全开。
锅炉点火，逐渐升压，在控制室操作汽动给水泵，并将此泵出口电动闸阀启动。水泵升速后来，调节锅炉给水操作台旁路调节阀开度（如果不设给水操作台，则，调节锅炉进口调节阀），以适应锅炉逐渐升压产汽，懂得汽轮机冲转。
在机组负荷低于25%~30%状况下，由汽包水位单冲量调节器来控制给水操作台旁路调节阀开度，或者由给水泵出口压力调节器来控制给水泵装束，同样也可以再控制室内操作旁路调节阀开度或给水泵转速，使给水满足机组负荷逐渐增长。
给水系统正常运营和操作
随着机组负荷上升，当负荷达到25%~30%以上时，给水系统就可转入正常运营。此时，控制系统就自动转换到七宝水位、主蒸汽流量、给水流量“三冲量”给水调节器来控制给水泵转速。如果遇到调节器故障状况，可视汽包水位高低，由远方操作来调节给水泵转速，以满足锅炉在不同负荷下所需要给水量，务必使汽包水位维持在正常范畴内。
由于给水系统被设计成六台50%容量给水泵并列运营，因此规定两台泵转速必要同步。在设计给水管道时，两台泵管线布置应力求相似，避免阻力相差太多。
运营中给水泵，必要有一定得给水量通过泵体，以防止水泵零部件发热而导致损坏。当通过泵体给水量降到额定流量20%~25%时，给水再循环阀就自动打开；当给水流量达到50%以上是，再循环阀就自动关闭。不同型号、不同生产厂给水泵，其规定再循环阀启动和关闭时给水流量比例，应由制造厂提供，很明显，如比例值低，则运营经济性好。
给水系统在正常运营状况下，给水要通过高压加热器加热。当遇到加热器内部管束破裂或疏水不畅通时，壳腔内水位将上升，此时紧急疏水阀应自动打开。如果加热器疏水水位急剧上升，达到最高位置时，高压加热器就要从给谁系统中解列，同步及时关闭汽轮机与各台加热器之间抽气逆止阀和电动闸阀，防止高压力给水倒流入汽轮机，引起汽轮机损坏严重事故。在这种状况下，给水须通过高压加热器旁路送到锅炉，而汽轮机应减少负荷运营。