tìm đúng máy bơm cho các ứng dụng phát điện
Các nhà máy điện tua-bin khí chu trình hỗn hợp (CCGT) đặt ra những thách thức khó khăn đối với máy bơm và thiết bị liên quan, chẳng hạn như van và vòng đệm.
Nhiệt độ và áp suất vận hành cao là đặc điểm của nhiều ứng dụng vận hành trong các nhà máy CCGT. Các nhà máy CCGT cũng được cho là sẽ xử lý các thay đổi tải trọng nhanh chóng và được yêu cầu khởi động và dừng thường xuyên. Do đó, các máy bơm phải được thiết kế và lựa chọn để xử lý các điều kiện vận hành tạm thời khắc nghiệt.
HÌNH ẢNH 1: Máy bơm tiết diện vòng khuếch tán (Hình ảnh do Flowserve cung cấp)
Một nhà máy chu trình kết hợp điển hình có thể có từ 50 đến 100 máy bơm. Các loại máy bơm này thường bao gồm:
đa tầng cánh, giữa các ổ trục, máy bơm tiết diện vòng (BB4)
máy bơm trục đứng, hố ướt, một cấp (VS1)
máy bơm trục đứng, đóng hộp, nhiều tầng cánh (VS6)
máy bơm trục ngang, một cấp, chia hướng trục (BB1, BB2)
máy bơm cuối dịch vụ chung (OH1)
máy bơm hút cuối nhiệt độ và áp suất cao (OH2)
máy bơm bể phốt (VS4, VS5)
bơm chân không vòng chất lỏng
HÌNH ẢNH 2: Máy bơm thùng đôi
Máy bơm nước cấp chính
Mục đích của bơm cấp chính là cung cấp nước cấp từ trống áp suất thấp (LP) đến đầu vào bộ tiết kiệm của các phần áp suất trung gian (IP) và áp suất cao (HP) của bộ tạo hơi thu hồi nhiệt (HRSG).
Máy bơm tiết diện vòng, nhiều tầng cánh, bộ khuếch tán nội tuyến, thường được chỉ định nhất cho dịch vụ này trong các nhà máy chu trình hỗn hợp.
Đôi khi, khách hàng sẽ chỉ định thiết kế vỏ kép cho các ứng dụng này.
Nước cấp lò hơi được xử lý hóa học ở mức độ tinh khiết cao, làm cho nó có tính ăn mòn cao hơn so với nước chưa được xử lý. Do đó, các bộ phận xử lý chất lỏng (ví dụ: vỏ giai đoạn, bộ khuếch tán và cánh quạt) có vận tốc chất lỏng cao phải được cung cấp bằng 12% crôm (CA6NMN) để tránh hư hỏng do ăn mòn.
HÌNH ẢNH 3 (trái): Máy bơm nước ngưng có bánh công tác cấp một, hút một lần.
HÌNH ẢNH 4 (phải): Bơm ngưng tụ giai đoạn đầu, hút képKết quả là một bộ phận dẻo, đáng tin cậy, với độ cứng bề mặt tối đa, là sự pha trộn lý tưởng của các đặc tính của bộ phận. DLD là một quá trình hàn liên kết bột kim loại với vật liệu cơ bản. Do đầu vào nhiệt được kiểm soát và cục bộ, quy trình này có thể được áp dụng cho các kim loại cơ bản khác nhau mà không bị biến dạng hoặc cần xử lý nhiệt sau hàn.
Hiệu suất hút, mặc dù quan trọng đối với tất cả các máy bơm, nhưng lại là mối quan tâm đối với các máy bơm năng lượng cao trong dịch vụ cấp liệu cho nồi hơi.
Đầu hút dương thực có sẵn (NPSHa) bị giới hạn bởi chiều cao vật lý của bình hút, nhưng phải duy trì một số tỷ lệ biên NPSHa và NPSH bắt buộc (NPSHr) nhất định để đạt được hiệu suất tối ưu và tuổi thọ cao. Bánh công tác giai đoạn đầu tiên được lựa chọn cẩn thận và thường có mắt hút lớn hơn hoặc trong một số trường hợp là thiết kế hút kép.
Các máy bơm cung cấp một kết nối cất cánh trung gian để cung cấp dòng chảy đến phần IP của HRSG. Bơm cấp nồi hơi có thể thay đổi tải đột ngột và hoạt động ở nhiều điều kiện vận hành. Do đó, cách bố trí ổ trục điển hình là ổ đỡ hướng tâm và ổ chặn kiểu đệm nghiêng trên các ứng dụng vượt quá 4.000 mã lực (hp).
Máy bơm cấp liệu có thể là loại truyền động trực tiếp hoặc truyền động thay đổi tốc độ bằng cách sử dụng khớp nối chất lỏng hoặc truyền động biến tần (VFD).
Cấu hình phổ biến nhất là 2 x 100 phần trăm mỗi HRSG.
Bơm khai thác nước ngưng
Bơm hút nước ngưng được sử dụng để bơm nước ngưng từ giếng nóng của bình ngưng đến đầu vào của bộ tiết kiệm LP của HRSG. Các cấu hình phổ biến nhất là máy bơm công suất 2 x 100 phần trăm hoặc 3 x 50 phần trăm trên mỗi bình ngưng (không phải trên mỗi HRSG).
Thiết kế cánh quạt giai đoạn đầu tiên là rất quan trọng, vì máy bơm ngưng tụ được yêu cầu hoạt động với NPSHa thấp. Bình ngưng hoạt động ở độ chân không xấp xỉ 0,65 pound trên mỗi inch vuông thanh tuyệt đối (psia) (0,045 thanh tuyệt đối). Nước ngưng gần điểm hóa hơi với nhiệt độ điển hình từ 35 C đến 40 C (95 F đến 105 F). Điều này có nghĩa là NPSHa ở mức chất lỏng trong giếng nóng bình ngưng bằng không. Do đó, một máy bơm đa tầng trục đứng đóng hộp thường được chọn cho
ứng dụng này.
Để hoạt động đáng tin cậy, thiết kế cho bánh công tác giai đoạn đầu tiên phải bao gồm:
tốc độ hút cụ thể (NSS) thấp hơn 12.000 để đảm bảo sự ổn định của dòng chảy trong một loạt các hoạt động
vận tốc ngoại vi đầu vào cánh quạt (tốc độ đầu đầu vào) dưới 70 feet trên giây (ft/s)
vật liệu chống xâm thực, chẳng hạn như 12 phần trăm chrome
Do áp suất cao đối với ứng dụng quan trọng này, nên sử dụng phớt cơ khí kiểu hộp mực để làm kín bơm chất lỏng. Các hệ thống làm kín máy bơm liên quan phải ngăn không khí xâm nhập vào máy bơm khi ở chế độ chờ trong điều kiện chân không. Gói API 13 và 32 thực hiện điều này.
Máy bơm nước làm mát bình ngưng (CCW)
Tất cả các nhà máy nhiệt điện đều thải ra môi trường một lượng nhiệt lớn và nhà máy CCGT cũng không ngoại lệ. Một nhà máy chu trình hỗn hợp điển hình với hiệu suất nhiệt 57 phần trăm sẽ thải ra 43 phần trăm nhiệt đầu vào của nhiên liệu. Khoảng 9 phần trăm sẽ đi ra ngoài ngăn xếp HRSG. Phần còn lại được loại bỏ bằng nước làm mát được bơm qua bình ngưng.
Theo truyền thống, thiết bị ngưng tụ được làm mát bằng nước sử dụng hệ thống một lần hoặc khép kín (tháp giải nhiệt). Yêu cầu nước làm mát của một nhà máy CCGT điển hình sử dụng tháp giải nhiệt có thể được ước tính vào khoảng 250 gpm trên mỗi megawatt (MW). Do đó, một nhà máy chu trình hỗn hợp 750 MW sẽ yêu cầu lưu lượng nước làm mát khoảng 187.500 gpm, thông thường sẽ được chia sẻ giữa hai máy bơm.
Các yêu cầu về môi trường ở nhiều vùng không còn cho phép làm mát một lần từ sông hoặc hồ. Ngay cả các tháp giải nhiệt làm mát bằng nước thông thường cũng có thể là một vấn đề, vì vẫn cần phải rút nước để bù cho lượng xả đáy cũng như bốc hơi và trôi khỏi tháp. Do đó, bình ngưng làm mát bằng không khí đang trở nên phổ biến hơn. Chi phí vốn ban đầu của chúng cao hơn nhiều và hiệu suất nhiệt của nhà máy có thể giảm tới 3 hoặc 4% ở những nơi có nhiệt độ môi trường cao.
Sự lựa chọn thường xuyên nhất cho ứng dụng này là máy bơm thẳng đứng, một cấp với bánh công tác nửa hở.
Tuy nhiên, tùy thuộc vào sở thích cụ thể của người dùng cuối, có thể sử dụng máy bơm phân chia theo chiều ngang, hút đôi hoặc bơm bê tông.
HÌNH ẢNH 5-7: Các loại máy bơm nước làm mát bình ngưng (CCW)
Các loại máy bơm CCW
Bất kể loại công trình nào, các hạng mục quan trọng này phải được xem xét để đảm bảo hiệu suất tối ưu và đáng tin cậy trong mọi chế độ vận hành:
Đảm bảo có nhiều nước ngập từ mực nước thấp để ngăn dòng xoáy và cung cấp đủ NPSHa để ngăn xâm thực ở điều kiện dòng chảy hoặc nước cạn tối đa.
Đánh giá các lựa chọn vật liệu cho tất cả các thành phần quan trọng, đặc biệt khi xử lý nước lợ hoặc nước biển. Các tùy chọn vật liệu bao gồm từ thép carbon tráng phủ đến siêu song công. Khi xử lý nước biển hoặc các dung dịch có hàm lượng clorua cao khác, nên cân nhắc sử dụng hợp kim thép không gỉ có số tương đương khả năng chống rỗ (PREN) lớn hơn 40. (PREN là thước đo khả năng chống ăn mòn rỗ tương đối của thép không gỉ trong môi trường chứa clorua.) Các nguyên tố có tác động đáng kể là crom (Cr), molypden (Mo) và nitơ (N). Công thức PREN, định lượng đóng góp tương ứng của chúng, được thể hiện trong Công thức 1: PREN = 1 × %Cr + 3,3 × %Mo + 16 × %N
Giá trị PREN cao hơn cho thấy khả năng chống ăn mòn cao hơn.
Khi đánh giá vật liệu, chi phí đầu tiên, mặc dù quan trọng, nhưng không phải là yếu tố duy nhất. Tổng chi phí vòng đời của thiết bị nên được xem xét.
Hiệu suất và độ tin cậy của các máy bơm CCW lưu lượng cao này bị ảnh hưởng rất nhiều bởi thiết kế của các cấu trúc đầu vào mà chúng được lắp đặt. Các điều kiện bơm ổn định yêu cầu sự phân bố đồng đều của dòng chảy tiếp cận đầu hút của bơm. Tiêu chuẩn Viện Thủy lực ANSI/HI 9.8-2019 “Máy bơm quay động lực học cho thiết kế cửa hút máy bơm” cung cấp hướng dẫn cho thiết kế cửa hút máy bơm. Một trong những phương pháp đã được chứng minh hiệu quả nhất để dự đoán hiệu suất của một cài đặt là sao chép nó bằng thử nghiệm mô hình quy mô vật lý.
Máy bơm & Hệ thống (pumpsandsystems.com)