správné čerpadlo pro aplikace výroby energie
Elektrárny s plynovou turbínou s kombinovaným cyklem (CCGT) představují obtížnou výzvu pro čerpadla a související zařízení, jako jsou ventily a těsnění.
Vysoké provozní teploty a tlaky jsou charakteristické pro mnoho aplikací provozovaných v CCGT závodech. Očekává se také, že elektrárny CCGT zvládnou rychlé změny zatížení a musí se často spouštět a zastavovat. V důsledku toho musí být čerpadla navržena a vybrána tak, aby zvládla náročné přechodné provozní podmínky.
OBRÁZEK 1: Pumpa s prstencovým difuzorem (obrázky s laskavým svolením Flowserve)
Typické zařízení s kombinovaným cyklem může mít 50 až 100 čerpadel. Tyto typy čerpadel obvykle zahrnují:
vícestupňová, mezi ložisky, čerpadla s prstencovým průřezem (BB4)
vertikální jednostupňová čerpadla s mokrou jímkou (VS1)
vertikální, zapouzdřená, vícestupňová čerpadla (VS6)
horizontální, jednostupňová, axiálně dělená čerpadla (BB1, BB2)
obecná servisní čerpadla s koncovým sáním (OH1)
vysokotlaká a teplotní čerpadla s koncovým sáním (OH2)
kalová čerpadla (VS4, VS5)
kapalinokruhové vakuové pumpy
OBRÁZEK 2: Dvouplášťové sudové čerpadlo
Hlavní napájecí čerpadla
Účelem hlavního napájecího čerpadla je dodávat napájecí vodu z nízkotlakého (LP) bubnu do vstupů ekonomizéru středotlaké (IP) a vysokotlaké (HP) sekce parogenerátoru s rekuperací tepla (HRSG).
Vícestupňová, inline difuzorová, prstencová čerpadla jsou nejčastěji specifikována pro tuto službu v závodech s kombinovaným cyklem.
Občas zákazníci pro tyto aplikace specifikují dvouplášťové provedení.
Napájecí voda kotle je chemicky upravena na vysokou úroveň čistoty, díky čemuž je korozivnější než neupravená voda. V důsledku toho musí být součásti manipulující s kapalinou (např. kryty stupňů, difuzory a oběžná kola), které vykazují vysoké rychlosti kapaliny, opatřeny 12 procenty chromu (CA6NMN), aby se zabránilo poškození erozí a korozí.
OBRÁZEK 3 (vlevo): Čerpadlo kondenzátu s oběžným kolem prvního stupně s jedním sáním.
OBRÁZEK 4 (vpravo): Čerpadlo kondenzátu prvního stupně s dvojitým sánímVýsledkem je spolehlivý, tvárný díl s maximální tvrdostí povrchu, což je ideální kombinace vlastností dílu. DLD je svařovací proces, který metalurgicky spojuje kovový prášek se základním materiálem. Díky řízenému a lokalizovanému přívodu tepla lze tento proces aplikovat na různé obecné kovy bez deformace nebo potřeby tepelného zpracování po svařování.
Sací výkon, i když je důležitý pro všechna čerpadla, je problémem u vysokoenergetických čerpadel v napájení kotlů.
Dostupná čistá pozitivní sací výška (NPSHa) je omezena fyzickou výškou sací nádoby, ale pro dosažení optimálního výkonu a dlouhé životnosti musí být zachovány určité poměry NPSHa a požadovaných NPSH (NPSHr). Oběžné kolo prvního stupně je vybíráno zvláště pečlivě a často se vyznačuje větším sacím okem nebo v některých případech provedením s dvojitým sáním.
Čerpadla nabízejí meziodběrové připojení pro zajištění průtoku do IP sekce HRSG. Napájecí čerpadla kotlů jsou vystavena náhlým výkyvům zatížení a provozu v mnoha provozních podmínkách. Výsledkem je, že typickým uspořádáním ložisek jsou radiální objímková ložiska a axiální ložiska s naklápěcí podložkou u aplikací s výkonem přesahujícím 4 000 koňských sil (hp).
Napájecí čerpadla mohou mít přímý pohon nebo pohon s proměnnými otáčkami s použitím kapalinových spojek nebo pohonů s proměnnou frekvencí (VFD).
Nejběžnější konfigurace je 2 x 100 procent na HRSG.
Čerpadla na odsávání kondenzátu
Čerpadla na odběr kondenzátu slouží k čerpání kondenzátu z horké jímky kondenzátoru do vstupu LP ekonomizéru HRSG. Nejběžnější konfigurace jsou 2 x 100 procent nebo 3 x 50 procent kapacity na kondenzátor (ne na HRSG).
Konstrukce oběžného kola prvního stupně je kritická, protože čerpadla kondenzátu musí pracovat s nízkým NPSHa. Kondenzátor pracuje při vakuu přibližně 0,65 liber na čtvereční palec absolutní (psia) bar (0,045 bar absolutní). Kondenzát je blízko bodu odpařování s typickou teplotou 35 C až 40 C (95 F až 105 F). To znamená, že NPSHa na hladině kapaliny v horké jímce kondenzátoru je nula. V důsledku toho se obvykle volí zapouzdřené vertikální vícestupňové čerpadlo
tato aplikace.
Pro spolehlivý provoz by návrh oběžného kola prvního stupně měl zahrnovat:
rychlost specifická pro sání (NSS) nižší než 12 000 pro zajištění stability průtoku v širokém rozsahu provozu
obvodová rychlost sání oběžného kola (rychlost špičky sání), která je nižší než 70 stop za sekundu (ft/s)
materiál odolný proti kavitaci, jako je 12 procent chromu
Vzhledem k vysokému tlaku na tuto kritickou aplikaci se k utěsnění čerpadel kapalin doporučuje použít mechanickou ucpávku kazetového typu. Přidružené těsnící systémy čerpadla musí zabránit vstupu vzduchu do čerpadla, když je v pohotovostním režimu pod vakuem. Plány API 13 a 32 to splňují.
Kondenzační čerpadla chladicí vody (CCW).
Všechny tepelné elektrárny uvolňují velké množství tepla do okolí a CCGT elektrárna není výjimkou. Typické zařízení s kombinovaným cyklem s 57procentní tepelnou účinností uvolní 43 procent tepelného příkonu paliva. Zhruba 9 procent odejde z HRSG stacku. Zbytek je odstraněn chladicí vodou čerpanou přes kondenzátor.
Kondenzátory byly tradičně chlazeny vodou za použití buď průtočných nebo uzavřených (chladicích věží) systémů. Potřeba chladicí vody typického zařízení na CCGT využívající chladicí věž lze odhadnout na přibližně 250 gpm na megawatt (MW). V důsledku toho bude zařízení s kombinovaným cyklem o výkonu 750 MW vyžadovat průtok chladicí vody přibližně 187 500 gpm, který by se normálně rozdělil mezi dvě čerpadla.
Environmentální požadavky v mnoha regionech již neumožňují průtočné chlazení z řek nebo jezer. Problémem mohou být i konvenční chladicí věže s mokrým chlazením, protože je stále nutné odebírat vodu, aby se nahradilo odkalování a také odpařování a úlet z věže. V důsledku toho jsou vzduchem chlazené kondenzátory stále běžnější. Jejich počáteční kapitálové náklady jsou mnohem vyšší a tepelná účinnost zařízení může být v místech s vysokou okolní teplotou snížena až o 3 nebo 4 procenta.
Nejčastější volbou pro tuto aplikaci je vertikální, jednostupňové čerpadlo s polootevřeným oběžným kolem.
V závislosti na specifických preferencích koncového uživatele však lze použít jednostupňová, horizontálně dělená čerpadla s dvojitým sáním nebo spirálová čerpadla na beton.
OBRÁZEK 5-7: Typy čerpadel chladicí vody kondenzátoru (CCW).
Typy čerpadel CCW
Bez ohledu na typ konstrukce musí být tyto kritické položky přezkoumány, aby byl zajištěn optimální a spolehlivý výkon ve všech provozních režimech:
Zajistěte dostatečné ponoření z nízké hladiny vody pro potlačení vortexování a poskytnutí dostatečného NPSHa, aby se zabránilo kavitaci při maximálním průtoku nebo házení.
Vyhodnoťte možnosti materiálů pro všechny kritické součásti, zejména při manipulaci s brakickou nebo mořskou vodou. Materiálové možnosti sahají od uhlíkové oceli s povlakem až po super duplex. Při manipulaci s mořskou vodou nebo jinými roztoky s vysokým obsahem chloridů je třeba vzít v úvahu slitinu nerezové oceli s ekvivalentním číslem odolnosti proti důlkové korozi (PREN) vyšším než 40. (PREN je míra relativní odolnosti nerezové oceli proti důlkové korozi v prostředí obsahujícím chloridy.) Prvky, které mají významný vliv, jsou chrom (Cr), molybden (Mo) a dusík (N). Vzorec PREN, který kvantifikuje jejich příslušný příspěvek, je uveden v rovnici 1: PREN = 1 × %Cr + 3,3 × %Mo + 16 × %N
Vyšší hodnoty PREN ukazují na větší odolnost proti korozi.
Při hodnocení materiálů by první náklady, přestože jsou důležité, neměly být jediným faktorem. Je třeba vzít v úvahu celkové náklady životního cyklu zařízení.
Výkon a spolehlivost těchto vysokoprůtokových čerpadel CCW jsou značně ovlivněny konstrukcí sacích konstrukcí, ve kterých jsou instalovány. Stabilní podmínky čerpadla vyžadují rovnoměrné rozdělení průtoku blížící se k sacímu vstupu čerpadla. Standard Hydraulic Institute ANSI/HI 9.8-2019 „Rotodynamická čerpadla pro konstrukci sání čerpadel“ poskytuje pokyny pro návrhy sání čerpadel. Jednou z nejosvědčenějších metod předpovídání výkonu instalace je její duplikování pomocí testu fyzického modelu.
Pumps & Systems (pumpsandsystems.com)