超超臨界機組真空泵制冷裝置的應用及節能效果分析

柯永省

（浙江浙能樂清發電有限責任公司，浙江 溫州325600）

1 系統概述

浙能樂清電廠二期機組采用上海汽輪機有限公司和德國SIEMENS公司聯合設計制造的N660－25／600／600超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、雙背壓、反動凝汽式汽輪機。每臺機組凝汽器高、低壓汽側各配備2臺水環式機械真空泵，1臺運行，1臺備用；真空泵密封水正常補水為閉冷水，備用為凝輸水，密封水冷卻水采用開式循環水。真空泵是汽輪機凝汽系統中重要的輔助設備，承擔著汽輪機啟動時建立真空和正常運行時抽吸漏入真空系統的空氣和蒸汽凝結過程中殘留的不凝結氣體的任務，以維持凝汽器的正常真空。水環式真空泵系統簡單、性能可靠，廣泛應用于火力發電廠。

2 水環式真空泵原理及問題

2.1 水環式真空泵原理

水環式真空泵（圖1）主要部件為葉輪和殼體。葉輪偏心地裝在殼體上，隨著葉輪的旋轉，工作液體在殼體內形成運動的水環，水環內表面也與葉輪偏心，由于在殼體的適當位置開設有吸氣口和排氣口，水環泵就完成了吸氣、壓縮和排氣這3個相互連續的過程，從而實現抽送氣體的目的。

圖1 水環式真空泵

水環式真空泵冷卻蒸汽的能力主要取決于冷卻密封水溫度及密封水流量，這2個參數的變化決定了水環式真空泵系統的工作效率，而冷卻密封水溫度又取決于冷卻器的循環冷卻水的溫度與流量。從熱力學角度可知，當水的溫度達到其對應壓力下的飽和溫度時就會汽化。真空泵吸入壓力下對應的飽和溫度與進入泵體的密封水溫度的差值為真空泵密封水的過冷度。真空泵抽氣量相同時，密封水過冷度越大，抽吸真空越高；抽吸真空度相同時，密封水過冷度越大，真空泵抽氣量越大。運行中真空泵吸氣腔的真空比凝汽器真空要高些，而形成水環的密封水受到真空泵葉輪做功，溫度也要升高4℃左右，所以在真空泵冷卻器效果變差的情況下，密封水存在汽化的可能性。一旦真空泵密封水汽化，真空泵的出力將降低很多，影響機組正常運行。

2.2 問題

水環式真空泵運行狀況好壞直接影響凝汽器真空度水平，真空泵出力不足會造成凝汽器真空下降，影響汽輪機的經濟運行性能。實際運行過程中，特別是夏季工況下，循環水溫度高，且沿海電廠由于貝殼滋生導致真空泵冷卻器堵塞，真空泵冷卻器換熱效果降低，密封水溫度上升，從而使真空泵出力下降，這就會影響凝汽器真空。

3 制冷裝置的應用

3.1 制冷裝置原理

制冷裝置由鐵嶺科爾克熱機有限公司制造，如圖2所示。其冷卻原理如下：制冷劑通過壓縮機壓縮，冷卻器降溫冷卻，再通過儲液室、干燥過濾器，最后經膨脹閥膨脹制冷劑溫度進一步降低，用以冷卻真空泵密封水。

圖2 制冷裝置

3.2 制冷裝置系統布置

如圖3所示，凝汽器低背壓側A、B真空泵為1個單元，配置1臺壓縮制冷裝置。即1臺壓縮制冷裝置可以分別為2臺真空泵提供密封水冷卻，但只能通過閥門切換采取一對一的冷卻方式，不可以同時為2臺真空泵提供密封水冷卻。壓縮制冷裝置采取水冷方式，冷卻水選用汽機房閉式冷卻水。真空泵分離器密封水經過冷卻器冷卻后，再進入制冷裝置進一步降溫。壓縮制冷裝置在運行中跳閘，真空泵會保持原有的運行方式，主系統不會受到影響。

4 運行方式與節能效果

＃4機凝汽器A側（低背壓）真空泵密封水制冷裝置投入前后參數變化如表1所示。通過數據對比可以發現，真空泵密封水溫度從29℃下降至18℃，凝汽器A側真空提高0.6 k Pa，排汽溫度下降了3.6℃。根據運行經驗，凝汽器平均真空每提高1 k Pa，可降低煤耗3.0 g／k W·h；則單側真空提高0.6 k Pa，可降低煤耗0.9 g／k W·h。在夏季工況時，根據密封水溫度上升情況，投入制冷裝置。據現場經驗，真空泵密封水溫度高于28℃時，投入制冷裝置效果比較明顯。

5 結語

真空泵密封水冷卻器串聯壓縮制冷裝置技術就是在原有

圖3 制冷裝置系統布置

表1 制冷裝置投入前后參數表

的真空泵密封水冷卻器冷卻能力不足時，對真空泵密封水進行補充冷卻，從而保證真空泵密封水具有足夠的過冷度。這樣的改造用較小的投資獲得了較高的收益，為機組節能減排、高效安全運行提供了新的思路。目前，樂清電廠＃3、＃4機凝汽器低背壓側均裝設了真空泵制冷裝置。

［1］羅思球.水環真空泵機組在凝汽器抽真空的應用及介紹［J］.通用機械，2004（2）：28～31

［2］孫淑紅，張敏.制冷裝置在提高凝汽器真空中的應用［J］.華電技術，2008，30（8）：47～48