真空泵制冷裝置在1000MW機組中的應用

摘 要：環境溫度高時，1000MW機組存在真空泵抽氣能力嚴重降低導致凝汽器真空偏低的問題，提高真空泵抽吸能力可提高機組凝汽器真空和機組效率。通過安裝真空泵制冷裝置降低水環式真空泵工作水溫度的方法來提高真空系統的抽氣能力，使機組真空保持在較高的水平，經濟效益非常明顯。

關鍵詞：真空泵制冷裝置；1000MW機組；凝汽器真空；工作水溫度；機組效率

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.17.011

0 前言

現投產的大型發電機組真空系統目前多采用水環式真空泵，其優點是抽單位干空氣量的能耗較低，但都存在環境溫度升高時抽氣能力嚴重降低導致真空度偏低的問題，機組經濟性明顯降低。實際上，水環式真空泵在運行過程中直接影響其抽真空能力原因為真空泵工作水溫度高。真空泵制冷裝置就是通過降低水環式真空泵工作水溫度的方法來提高真空系統的抽氣能力，使機組真空保持在較高的水平，從而在環境溫度較高時實現經濟性能的大幅提高。

1 機組設備介紹

華電國際鄒縣發電廠兩臺1000MW汽輪機為超超臨界、一次中間再熱、單軸四缸四排汽、凝汽式，設計額定功率為1000MW，機組型號為N1000-25/600/600。凝汽器設計為雙殼體、雙背壓、單流程。每臺機組配有三臺日本粟村制作所生產的型號為EVMA250水環式機械真空泵，凝汽器壓力5.1kPa.a時設計抽吸干空氣量75 kg/h。

2 凝汽器真空的影響因素與提高方法

（1）真空泵抽氣能力。真空泵的抽氣能力越強，凝汽器真空越好。

（2）水側對流強度和汽側對流強度的分布均勻性以及過冷區結構

應保證水側的對流強度，正常保證循環水泵兩臺運行。保證循環水吸水井水位正常，及時清理循環水泵入口旋轉濾網。

（3）空氣分壓的影響。凝汽器內的壓力=蒸汽分壓力+空氣分壓力，即絕對壓力（真空）是由蒸汽分壓和空氣分壓組成。

蒸汽分壓取決于循環水量、水溫和管束熱阻；空氣分壓取決于漏入量和抽出量的平衡狀態。

應保證循環水量、水溫正常，同時保證真空系統的嚴密性。由于真空系統閥門、管道設備繁多，真空系統查漏困難，應利用停機機會對真空系統注水查漏，嚴格檢查保證系統無泄漏點。

（4）傳熱熱阻對真空的影響。凝汽器總熱阻包括蒸汽空氣混合物向冷卻水管外壁放熱的熱阻、管壁本身熱阻、管內壁到冷卻水放熱熱阻。傳熱熱阻與真空度成反比，即：傳熱熱阻增加，真空度下降；反之，傳熱熱阻減少，真空度上升。

應著重檢查凝汽器進水壓力是否增大，出水溫度是否升高，確認管系臟污后應對凝汽器進行半面清洗。應加強膠球清洗裝置的投入和管理，保證膠球清洗裝置的投入率。保證循環水質正常，必要時及時加藥和增大排污。

（5）熱負荷（排汽量或單位面積的傳熱量） 。在相同冷卻條件下，熱負荷越大真空越低。

（6）沸騰或露珠傳熱形式。

3 真空泵抽氣能力的提高方法：

因為真空泵的抽氣能力越強，凝汽器真空越好。而對于已經建成的電廠來說，更換真空泵不現實且真空泵也并不是越大越好，真空泵的電耗也直接決定了整個機組的整體效率。

由于水環式真空泵是以水作為工作介質，根據道爾頓定律，泵體內的密封吸氣空間的氣體全壓等于水蒸氣的分壓和各種分壓之和，故泵內的密封水溫度決定了泵在旋轉過程中吸氣和排氣空間所能達到的真空，即泵內的最高真空是由水的汽化壓力即泵內密封水溫下飽和蒸汽壓所決定，盡可能降低泵內密封水溫度就可以提高泵內真空。研究和實際應用降低水環式真空泵工作水溫度方法非常必要且可行，可以使凝汽器維持較高的真空度并提高機組的整體效率。

水環式真空泵工作水用開式水冷卻，而開式水取自循環水出口，如真空泵工作水冷卻器效果良好的情況下，真空泵工作水溫度應與循環水溫度相當。所以環境溫度是影響真空泵工作水溫度的主要原因。影響水環式真空泵工作水溫度的另一個原因是冷卻器的臟污情況，通過及時的進行清理冷卻器可有效的解決。

發電廠1000MW機組在夏季環境溫度最高時，真空泵工作水溫度將達到35℃左右。通過安裝真空泵制冷裝置后可保證進入水環式真空工作水溫度保證在10℃至15℃左右。所以環境溫度越高真空泵制冷裝置對真空泵工作水溫度的影響越明顯，冬季在循環水溫度降至15℃以下時，由于凝汽器真空本來已非常高，真空泵制冷裝置節能效果下降，同時為防止真空泵制冷裝置制冷機安全（防止結晶），應停運真空泵制冷裝置。

4 1000MW機組真空泵制冷裝置介紹

華電國際鄒縣發電廠1000MW機組真空泵制冷裝置，由山東泓奧電力科技有限公司安裝和調試，制冷機為煙臺荏原空調設備有限公司制造的單效溴化鋰吸收式制冷機。單效溴化鋰吸收式制冷機是熱泵的一種，主要包括發生器、吸收器、蒸發器和冷凝器四部分，并且這四部分分別維持在不同的負壓下。系統中純凈水做為制冷劑，利用高真空狀態下，水的飽和溫度降低吸收熱量的原理實現制冷效果。溴化鋰溶液作為吸收劑，高濃度的溴化鋰溶液具有強吸濕性。通過不同濃度的溴化鋰溶液對制冷劑的吸收和蒸發實現制冷劑的循環，從而達到連續制冷的目的。

5 投停真空泵制冷裝置前后對凝汽器真空的影響

如表1 所示為真空泵制冷裝置投運時，機組參數變化情況。

從表1 中可以看出真空泵制冷裝置投入運行后凝汽器真空都有所提高。由于機組負荷不同、循環水泵運行方式不同、環境溫度不同或由于凝汽器漏空氣量不同造成真空泵制冷裝置投入運行后機組凝汽器真空變化量并不相同，但凝汽器平均變化量能夠達到0.5 kPa以上、排汽溫度降低1.5℃ 以上。

6 真空泵制冷裝置對機組經濟效益分析。

當工作水溫度大于設計水溫時，真空泵的出力會大幅度下降，導致冷凝器的端差增大，真空下降，從而使機組經濟效益大幅度降低。

實驗表明：真空每下降1KPa，熱耗上升1.6%，在燃煤量不變得情況下，減發功率平均7425KW（查制造廠背壓修正曲線所得），發電煤耗上升4.5克。

凝汽器真空制冷裝置在一年中的四月至十一月之間都可以使用，使用的效率大概在66%左右，凝汽器真空能夠提高0.5kPa以上，煤耗可降低2.25g/kWh。

一臺1000MW機組綜合每年可節省成本為407萬元左右，本系統投資741萬元，在兩年內完全可回收全部成本。

7 結束語

（1）多數大型發電機組都是用機械真空泵作為凝汽器的抽真空設備，通過安裝和運行真空泵制冷裝置的方法，可以顯著降低真空泵工作水溫度從而提高真空泵出力，使機組能夠維持較高真空。

（2）現階段大部分電廠真空泵工作水冷卻器冷卻水源都取自循環水，而循環水受環境溫度影響大，特別是夏季循環水溫根本無法滿足冷卻工作水的要求，這也限制了發電廠真空泵的工作能力。真空泵制冷裝置在國內大型機組上的應用還是一項新技術，通過安裝和運行真空泵制冷裝置可解決真空泵工作水溫高的問題，大大提高凝汽器真空度。

（3）安裝和運行真空泵制冷裝置，有非常可觀的經濟效益，可大大降低發電成本在現在發電廠效益下滑、環保成本巨大的現實下，應盡快推廣。

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