Питателни помпи

В топлоцентралите помпите за питателна вода представляват спомагателно оборудване от критично значение. Както е известно, за генерирането на топлинна енергия пара под високо налягане се използва за задвижването на турбина, която от своя страна завърта директно свързания към нея генератор. Парата се получава чрез подаване на гореща вода в котела посредством помпа.

Това означава, че с неочаквано спиране на помпата за питателна вода напълно ще се прекрати и енергопроизводството. Поради това тези съоръжения трябва да са с изключително високо ниво на надеждност. През последните години с популяризирането на възобновяемата енергия, производството на топлина изисква регулиране на товара за осигуряване на стабилност на системата, както и работа при тежки условия например бързи изменения на товара. 

Това налага още по-високи изисквания към помпите за питателна вода, които трябва да могат да работят при режим на частично натоварване и повишена честота на стартиране и спиране на системата.

Питателна вода

Питателната вода се използва за захранване на котелни системи за получаване на пара и обикновено се съхранява, подгрява и кондиционира в отделен резервоар. Корозивните компоненти, особено кислород и въглероден диоксид, трябва да бъдат отстранени чрез деаератор. Остатъчните количества могат да бъдат премахнати по химичен път. В допълнение, питателната вода обикновено се алкализира до pH над 7, за да се редуцира окислението. Това в повечето случаи се осъществява чрез добавяне на дозирани количества натриева основа или амоняк в питателната вода. Корозията на котелните повърхности се причинява от наличието на разтворен кислород, въглероден диоксид, соли и други материали.

Отлаганията могат да намалят топлопреноса в котела, редуцирайки дебита и постепенно блокирайки тръбопроводната му система. Всички нелетливи соли и неорганични компоненти, които останат след изпаряване на питателната вода, трябва да бъдат отстранени, защото в противен случай ще се концентрират в течната фаза, което ще наложи необходимост от продухване за предотвратяване формирането на твърди утайки. Още по-неблагоприятно въздействие оказват неорганичните вещества, водещи до образуването на котлен камък. Поради това водата, добавяна за компенсиране на загуби от питателната вода, трябва да бъде деминерализирана и дейонизирана.

В типичната парогенераторна система помпата за питателна вода засмуква вода от деаератора и я нагнетява под високо налягане в котела. При проектирането и производството на питателни помпи, особено по отношение на избор на материали и методи на изработка, трябва да се вземат предвид всички характеристики на препомпваната вода.

Избор и оразмеряване на помпите

Капацитетът на питателните помпи се определя като към максималния дебит се добави резерв, който да покрие отклонения в работния режим на котела и евентуално понижаване на капацитета вследствие на износване. Този резерв обикновено е между 20 и 25% за малки до средни по размер централи и около 15% за много големи централи. Може да се приеме, че най-често резервът, специфициран за помпените системи за питателна вода, е 20%.

Нагнетателният тръбопровод на питателните помпи трябва да бъде оборудван с възвратен и изолиращ вентил. Възвратният вентил се монтира между изходния участък и изолиращия вентил. Предназначението му е да предпазва помпата от прекомерни налягания и да предотвратява обратния поток през помпата.

Питателни помпи за конвенционални топлоцентрали

Помпите за подаване на питателна вода към котлите в централи със свръхкритичен и ултра-свръхкритичен паротурбинен цикъл трябва да осигуряват високо изходно налягане от 30 до 35 MPa при температури на водата от 180°C и нагоре. Тези централи използват многостъпални двукорпусни помпи, проектирани за адаптиране към високи стойности на налягането и температурата. Тези помпи имат външен високоустойчив корпус, съдържащ моноблок структура, състояща се от вътрешен корпус и ротор, като единият край на външния корпус е закрепен към обвивката на нагнетателната част с болтове. Те са проектирани в съответствие с техническите стандарти за генериране на топлинна енергия така, че стойностите за дебелината на външния корпус, обвивката на нагнетателната част и дюзата, както и размерът и броят на болтовете да осигуряват достатъчна якост при проектното работно налягане.

Външният корпус представлява прост цилиндър с дебели стени, който не се влияе от високи налягания или промени в налягането. Между него и болтовете, с които е закрепен към обвивката на нагнетателната част, има спираловидни уплътнения, предотвратяващи изтичането на вода. Болтовете се затягат с помощта на хидравличен гаечен ключ или устройство за натягане, за да е сигурно, че непрекъснато ще осигуряват необходимата закрепваща сила.

Външният корпус и обвивката на нагнетателната част са компоненти, подложени на налягане, и се изработват от кована въглеродна стомана, а уплътнителната повърхност и високоскоростните участъци се облицоват с аустенитна неръждаема стомана с цел предотвратяване на механичното износване. Вътрешният корпус и работното колело се произвеждат от 13Cr или 13Cr-4Ni мартензитна лята неръждаема стомана.

Питателни помпи за централи с комбиниран цикъл

Питателните помпи за топлоцентрали захранват с вода парогенератора за възстановяване на топлинна енергия. Те трябва да осигуряват нагнетателно налягане от 15 до 20 MPa при температура на питателната вода от приблизително 150°C, като, както е видно, тези стойности са много по-ниски в сравнение с тези при топлоцентралите със свръхкритичен паротурбинен цикъл. Поради тази причина в повечето централи с комбиниран цикъл се използват еднокорпусни многостъпални секционни помпи. Те обаче също изискват технологии за анализ и оценка на топлинното натоварване и деформация, тъй като от тях се изисква бърза адаптация към бързи пускове на централата и резки промени в температурата на питателната вода.

Тръби и вентили

В условия на нисък или нулев дебит многостъпалните високонапорни питателни помпи лесно могат да генерират прекомерно високо налягане и топлина, което може да доведе до възникване на неизправност. За да се предотврати това, трябва да се осигури система за рецикъл, гарантираща поддържането на минимален дебит през помпата. Доставчикът на съоръжението обикновено специфицира изискването за минимален дебит на всяка помпа. За някои помпи е необходим минимален дебит, възлизащ на 30% (или повече) от номиналния. Това може да бъде постигнато по няколко начина, основаващи се предимно на наличието на линия за рецикъл обратно към деаератора, която включва отвори и вентили за контролиране големината на дебита.

Най-простата система се състои от линия за рецикъл с отвори, като това решение е подходящо за малки питателни помпи. Отворите са оразмерени за минималния дебит, специфициран от доставчика, и са предназначени за изпускане на налягането от нагнетателния тръбопровод. При някои много малки и прости помпени инсталации системата поддържа постоянен дебит на рецикъл дори при нормален режим на работа. Свързаните с приложението на тази система загуби обаче са големи и поради това тя не се използва за агрегати с мощност над 20 kW.

Алтернативно решение е използването на рециркулационен вентил. При тази конфигурация с понижаването на дебита вентилът автоматично отваря линията за рецикъл, поддържайки минималния необходим дебит през цялото време. С увеличаването на дебита към котела рециркулационният вентил автоматично затваря линията. Този вентил осигурява възможност за намаляване на налягането на потока на рецикъл, но системата трябва да бъде проверена, за да се определи дали за целта не са необходими и допълнителни отвори.

При друг метод за контрол на налягането се използва измервателна техника за отчитане на дебита и регулиращ вентил в линията на рецикъл. Дебитомер в основната захранваща линия измерва дебита на водата към котела. При падане на стойността под специфицирания от доставчика минимален дебит, контролер отваря регулиращия вентил в линията на рецикъл. Когато дебитомерът отчете нулев дебит, регулиращият вентил ще бъде напълно отворен. Отново в линията на рецикъл трябва да има и отвори при необходимост от допълнително понижаване на налягането.

За големите питателни помпи обикновено линията на минимален рецикъл се контролира от високотехнологична система за управление. В повечето случаи като резерв на основната питателна помпа има още един или два агрегата. Резервната помпа трябва да стартира автоматично при падане на налягането в захранващия тръбопровод или при възникване на неизправност в основния агрегат.

Поне една от помпите трябва да може да работи при спиране на електроподаването. Това е възможно благодарение на наличието на поне една помпа, задвижвана от парна турбина. В повечето случаи, дори когато се стигне до прекъсване на електроподаването, има достатъчно остатъчна пара за задвижването на питателна помпа до безопасното спиране на парната система. Може да бъде използвана и помпа, задвижвана с електродвигател, и аварийно захранване. В много централи задвижваната от парна турбина питателна помпа се използва като основен агрегат, докато електрически задвижваната помпа остава като резерва в готовност. За да се използва парно задвижваната помпа като резервна, парната турбина трябва да се поддържа загрята чрез работа на ниска мощност. По този начин малко количество пара се подава към парната турбина, за да се поддържат корпусът и работното колело топли до бавното включване на турбината и помпата.

Смукателна височина

Смукателният тръбопровод трябва да е с възможно най-малка дължина и с минимум извивки. Доставчиците на помпи често специфицират, че диаметърът на смукателя трябва да е поне два пъти по-голям от този на смукателната дюза.

Деаераторът осигурява необходимата нетна положителна смукателна височина за питателната помпа и служи като резервоар за съхранение, гарантирайки непрекъснато подаване на вода при бързи изменения на изискваните количества. Наличната нетна положителна смукателна височина за дадена питателна помпа може да падне в достатъчна степен при отклонения в стойността на налягането, така че да се стигне до кавитация и увреждане на вътрешните части на агрегата. Внимателният анализ на различните работни профили и сценарии може да гарантира, че експлоатацията на помпата е безопасна по време на флуктуации в налягането.

Съотношението между стойността на наличната и необходимата за питателната помпа нетна положителна смукателна височина е важен фактор за осигуряване на адекватен експлоатационен живот на агрегата и минимизиране на шума, вибрациите, кавитацията и увреждането на уплътненията. За питателни помпи това съотношение може да е в диапазона 1,6-2,4. Постигането на стойност около 2 е възможно за средни по големина парогенераторни системи, но при големите инсталации съотношение с такава величина би наложило монтаж на деаератора на изключително голяма височина, което може да не е практично или възможно. В тези случаи се допуска стойност на съотношението между 1,6 и 1,8 след внимателно проучване на всички възможни работни сценарии и преходни състояния.