雙背壓凝汽器抽真空系統的技術改造

曾華

(華電集團貴港發電公司，廣西 貴港 537100)

1 抽真空系統的類型

凝汽式汽輪發電機組凝汽器真空的好壞，直接影響發電廠汽輪機的經濟運行。影響凝汽器真空的因素很多，其中與凝汽器真空相關的系統設計布置是否合理，其結果同樣會影響凝汽器真空的好壞。目前，發電廠600 MW及以上凝汽式汽輪發電機組均采用雙背壓凝汽器，其目的是提高凝汽器的平均真空，抽真空系統通常采用2種類型，即單母管雙吸真空泵抽真空系統和雙母管單吸真空泵抽真空系統。若采用單母管雙吸真空泵抽真空系統，能夠節約廠用電，但是對凝汽器的平均真空有一定影響;若采用雙母管單吸真空泵抽真空系統，雖然不影響凝汽器的平均真空，但其系統比較復雜，且采用4臺真空泵必須2臺真空泵同時運行，增加投資及廠用電費用。

2 技術改造的目的

技術改造的目的是要解決凝汽器抽真空系統不合理的設計對凝汽器平均真空的影響，提出一種有效提高凝汽器平均真空的抽真空系統，從而減少投資，節約廠用電，同時能使凝汽器的平均真空達到設計值。

3 技術方案

將目前的單母管抽真空系統改造為雙母管雙吸真空泵的抽真空系統，或者將目前雙母管單吸真空泵抽真空系統改造為雙母管雙吸真空泵的抽真空系統，即高低背壓凝汽器分別用一根抽真空管道接至雙吸真空泵入口。從A凝汽器引抽真空母管至水環真空泵入口;從B凝汽器引抽真空母管至水環真空泵另一入口;水環真空泵2個入口之間用平衡門連接。

3.1 雙母管抽真空系統與單母管抽真空系統平均真空比較

凝汽器采用雙母管抽真空系統比采用單母管的抽真空系統時的平均真空要好。單母管雙吸真空泵抽真空系統如圖1所示，雙母管單吸真空泵抽真空系統如圖2所示，雙母管雙吸真空泵抽真空系統如圖3所示。

圖3 雙母管雙吸真空泵抽真空系統示意圖

在圖1至圖3中:pSPJ為雙母管的抽真空系統的平均背壓;pSA為雙母管的抽真空系統的低背壓(A凝汽器);pSB為雙母管的抽真空系統的高背壓(B凝汽器);pDPJ為單母管的抽真空系統的平均背壓;pDA為單母管的抽真空系統的低背壓(A凝汽器);pDB為單母管的抽真空系統的高背壓(B凝汽器);pDAB為單母管的抽真空系統的母管壓力;pA為A凝汽器設計背壓;pB為B凝汽器設計背壓;S為雙母管系統;D為單母管系統;t1為A凝汽器冷卻進水溫度;t2為A凝汽器冷卻出水溫度(B凝汽器冷卻進水溫度);t3為B凝汽器冷卻出水溫度;1為A凝汽器;2為B凝汽器;3為抽真空母管;4為真空泵入氣門;5為水環式真空泵;6為平衡門;7為聯絡門。

由圖1至圖3可知:雙母管的抽真空系統的平均背壓是:pSPJ=(pSA+pSB)/2，其中pSB＞pSPJ＞pSA，pSA=pA，pSB=pB。單母管的抽真空系統的平均背壓是:pDPJ=(pDA+pDB)/2=［pB+(pA+pB)/2］/2，其中 pB＞pDAB=(pA+pB)/2≤pDA，pDB≥pSB=pB，pDB≥pDA≥pDAB，所以:pDA＞ pSA，pDPJ＞ pSPJ，即凝汽器的平均真空采用雙母管的抽真空系統比單母管的抽真空系統要好。

從圖3中不難看出，雙母管的抽真空系統的平均背壓是:pSPJ=(pSA+pSB)/2，pSB＞pSPJ＞pSA，pSA=pA，pSB=pB，能滿足雙背壓凝汽器的設計值，即平均真空值。

從圖1中很難看出單母管抽真空系統的平均背壓是:pDPJ=(pDA+pDB)/2=［pB+(pA+pB)/2］/2，pB＞pDAB=(pA+pB)/2≤pDA，pDB≥pSB=pB，pDB≥pDA≥pDAB。式中pDAB=(pA+pB)/2是這樣確定的:當2個不同壓力的氣體合并在一起時，其合并后的壓力應該是2壓力和的平均值，即單母管抽真空系統的母管壓力 pDAB=(pA+pB)/2，當pDAB=(pA+pB)/2確定后，pDA必須大于pDAB，A凝汽器的氣體才會排向母管，即 pSA就會升高至 pDA，圖1中 pDB≥pDA≥pDAB才成立，式中pDB≥pSB=pB也不難看出。

以上是理論分析計算的結果，機組在實際運行中的相關參數與理論分析計算結果基本相符，單母管抽真空系統其凝汽器真空往往是高低背壓相差不多，即pDB≥pDA，按設計值應該是pDB＞pDA，且pDB－pDA=1.895(kPa)。從低壓缸排汽溫度可以看出，高低背壓凝汽器排汽溫度相差不多(實際相差6℃左右)，排汽溫度的差別由單母管抽真空系統所致。

3.2 具體實施方式

圖3為雙母管雙吸真空泵的抽真空系統，也是本文的重點，其優點是既能使凝汽器的平均真空達到設計值又能節約廠用電(凝汽器真空嚴密性合格，1臺真空泵運行就可維持正常真空)，今后安裝的機組，其抽真空系統按照此圖設計安裝。以前安裝的機組，將原來(圖1)單母管雙吸真空泵的抽真空系統改為雙母管雙吸真空泵的抽真空系統(如圖4所示)時，保留原來的抽真空母管及閥門對應B(A)凝汽器連接，另外增加一抽真空母管(虛線)及閥門至真空泵的另一入氣口，對應A(B)凝汽器連接，將原來A，B凝汽器之間的抽真空管道連接處增加聯絡門，將原真空泵的2個入氣口之間的連接管增加平衡門，真空泵的啟動與運行方式不變。

圖4 改造后的單母管雙吸真空泵抽真空系統示意圖

在改造過程中，為了檢驗雙母管的效果，可以先將聯絡門及平衡門打開，按照單母管的方式啟動該臺真空泵，記錄A，B凝汽器真空，然后再關聯絡門及平衡門，按照雙母管的方式啟動真空泵，記錄A，B凝汽器真空，對2次記錄結果進行比較，即可判斷雙母管雙吸真空泵的抽真空系統的效果。

圖1和圖2為目前典型的600 MW凝汽式汽輪發電機組凝汽器的抽真空系統圖。圖1的抽真空系統均不能使凝汽器平均真空達到設計值。圖2的抽真空系統能使凝汽器的平均真空達到設計值，但是系統復雜，采用4臺真空泵，必須2臺真空泵運行，增加投資及廠用電。

圖4是在圖1的基礎是改進的示意圖，優點同圖3，既能使凝汽器的平均真空達到設計值又能節約廠用電。

以上說明雙母管雙吸真空泵的抽真空系統(如圖3所示)最理想，今后安裝的600 MW及以上的機組的抽真空系統按此設計，以前安裝的單母管雙吸真空泵的抽真空系統按照圖4改造就能使凝汽器平均真空達到設計值，同時能節約廠用電。

4 經濟效益分析

600 MW及以上機組的雙背壓凝汽器設計背壓是:pA=4.719 kPa，pB=6.614 kPa。

雙母管的抽真空系統的平均背壓是:pSPJ=(pSA+pSB)/2=(4.719+6.614)/2=5.165(kPa)。

單母管的抽真空系統的平均背壓是:pDPJ=(pDA+pDB)/2=［pB+(pA+pB)/2］/2=(6.614+5.165)/2=5.8895(kPa)。

pDPJ－pSPJ=5.8895－5.165=0.7245(kPa)。

對于凝汽器的平均真空而言，采用雙母管的抽真空系統比單母管的抽真空系統要好。

根據凝汽器真空度提高1%(大氣壓力按100 kPa計算)，煤耗降低1.97 g/(kW·h)，1臺600 MW機組年平均發電5 000 h計算，可節約煤炭0.7245×1.97×5 000×600 000/1 000 000=4284.75(t)，即 4284.75 t/年，換 算 成 標 煤 是4284.755×5000/7000=3 060.5(t)，即 3 060.5 t/年，根據節約1 kg標準煤=減排2.493 kg二氧化碳計算，1年減少二氧化碳排放3 060.5×2.49=7620.7(t)。按 500元/t計算，節約發電成本4284.75×500=2 142 375(元/年)。將圖1改造成圖4后，可節約發電成本4 284.75×500=2 142 375(元/年)。

如果將圖2改造成圖3，可節約1臺真空泵(電壓380 V，電流210 A)的廠用電，即1.732 1×380×210×0.9/1 000×5 000=62 1997(kW·h)/年，只是要重新安裝3臺雙吸真空泵，改造成本很高，但從長遠考慮還是合算的。

5 結論

經過分析計算，今后安裝的雙背壓凝汽器的抽真空系統按雙母管雙吸真空泵的抽真空系統設計，以前安裝的雙背壓凝汽器的抽真空系統按照圖4或者圖3改造就能使凝汽器平均真空達到設計值，減少投資，節約廠用電。

［1］胡念蘇.汽輪機設備及系統［M］.北京:中國電力出版社，2006.

［2］曾華.一種雙背壓凝汽器的抽真空系統:中國，201020218845.5［P］.2010 －02 －02.