凝汽器抽真空系統的節能改造

韓麗娜，李紹剛，王剛

(華電萊州發電有限公司，山東 萊州　261400)

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凝汽器抽真空系統的節能改造

韓麗娜，李紹剛，王剛

(華電萊州發電有限公司，山東 萊州261400)

摘要：針對1 000MW超超臨界機組水環式真空泵存在耗電大、效率低、維護費用高等問題，提出采用三級變頻高效羅茨真空泵組的措施，并從節電率、極限真空度及適應機組真空嚴密性能力等方面對2種真空泵組進行了比較。改造后提高了機組的真空度，降低了機組的煤耗，提高了機組的效率。

關鍵詞：凝汽器；水環式真空泵；羅茨真空泵；優化改造

0引言

凝汽器是汽輪機輔助設備中最主要的一個部套，其真空度對整個火電廠的安全和經濟運行有著重要影響。一般凝汽器真空度每下降1%，煤耗增加1.0%～1.5%，出力約降低1%。華電萊州發電有限公司(以下簡稱萊州發電公司)一期百萬機組一直存在真空度偏低、真空泵組電耗高的問題，凝汽器真空度一直在94%～96%間波動，比設計值低3～5百分點。如何維持凝汽器高度真空、降低真空泵組的耗電率成為火電廠實現節能減排的重要手段之一。凝汽器抽真空系統是將凝汽器中的不凝結氣體(包括漏入空氣及未凝結的水蒸氣)抽出的直接系統，實現其增效是維持凝汽器高真空度的主要技術手段。為保證真空泵安全、經濟、高效運行，提出了用三級變頻高效羅茨真空泵組對真空系統進行優化改造，并對改造前、后的經濟效益進行了分析。

1設備概況

萊州發電公司一期(2×1 000MW)超超臨界百萬機組的汽輪機為一次中間再熱、單軸4缸4排汽、凝汽式。凝汽器為雙殼體、雙背壓、單流程，設計背壓為4.16/5.36kPa。萊州發電公司每臺機組抽真空系統配置有3臺鶴見真空工程(上海)有限公司生產的水環式真空泵，型號為250EVMA，一般情況下為2運1備方式運行。圖1是以水環式真空泵為基礎設備的抽真空系統，由水環式真空泵、工作水循環泵、工作水冷卻用熱交換器以及汽水分離器等設備組成，水環式真空泵將來自凝汽器的不凝結氣體、空氣混合氣體抽出，被抽出的混合氣體進入汽水分離器，通過汽水分離器的分離空氣排向大氣，蒸汽被冷凝循環利用，同時由于真空泵工作過程中水溫會有一定程度地升高，需要用熱交換器將工作水多余的熱量帶走，保證真空泵正常工作。真空泵參數見表1。

圖1　抽真空系統

項目參數電機功率/kW160轉速/(r·min-1)500熱交換器材質復合鈦板、鈦管年運行時間/h7000極限真空度/kPa3.39額定電流/A287.8實際運行電流/A180.0建立真空時間3臺泵同時運行抽至15kPa約需28min循環水壓力/MPa0.2冷卻水取自開式循環冷卻水系統,水質為海水工作水補水閉式循環冷卻水,水質為除鹽水

2水環式真空泵組的缺陷及改造的必要性

(1)選型偏大。原設計抽真空設備主要用于在汽輪機啟動初期快速建立真空系統，要求在30min內達到機組啟動要求，在機組正常運行時，水環式真空泵維持系統所需真空度有較大余量，浪費了部分能耗。

圖2　高效真空泵系統

(2)效率低。水環式真空泵自身的特性決定了它效率較低，其總效率一般低于30%。

(3)水環式真空泵性能、出力受制于工作水溫度的變化。泵能獲得的最高真空度取決于工作水溫度，夏季高溫時，水環式真空泵性能、出力急劇下降，可能導致凝汽器真空度下降，降低機組經濟性。

(4)水環式真空泵設備的內部機械性能(如裂紋，斷裂等問題)受汽蝕現象影響很大，設備維護成本高，也影響設備的安全運行。表現為真空泵的轉子、葉輪(即使是不銹鋼材質)經常性損壞，增加維護費用。

從提高機組經濟性、降低廠用電率、增加經濟效益、保護設備等綜合角度出發，優化改造抽真空系統十分必要。

3泵組選型及優化改造方案

3.1泵組選型依據

目前，國內已經從單純追求真空泵安全性、極限真空度和抽吸能力等指標，轉為在兼顧以上指標的基礎上降低真空泵能耗。采用高效真空泵方案能夠滿足這一需求，其工作流程如圖2所示。

該系統由羅茨真空泵+管式換熱器+水環式真空泵組成，羅茨真空泵是一種無內壓縮的真空泵，壓縮比很低，啟動快，耗功少，運轉維護費用低，抽速大，效率高(高達70%)，功率低。該系統與科爾庭-漢諾威蒸汽噴射器系統相比具有以下優點。

(1)節電率高，比原水環式真空泵節電70%～90%。更換前萊州發電公司每臺機組各運行2臺真空泵，平均電流約為180.0A，更換節能泵組后電流約為28.5A，每臺泵減少電流多達150.0A，節電效果明顯。

(2)極限真空能力更強。采用羅茨泵和水環式真空泵串聯技術，極限真空度可達300～400Pa，比科爾庭-漢諾威蒸汽噴射器系統極限真空度(1 000Pa)高，在特定工況下可以提高凝汽器真空度200～500Pa。

(3)適應機組真空嚴密性能力更強。600MW及以上等級機組配置的羅茨泵采用變頻技術，可以根據機組實際真空嚴密性情況，通過調節變頻器轉速來調整系統出力，因此適應能力更強。

由此可以看出，采用三級變頻高效羅茨真空泵組對機組能耗較高的真空泵進行優化改造完全可行。

3.2優化改造方案

在原有基礎上，拆除#1機組C真空泵，在拆除位置上增加2套三級變頻羅茨高效真空度維持裝置專利技術產品，占地約10m2，正常運行時2運2備，保持2套羅茨真空泵組運行，原水環式真空泵分別投入備用。A，B羅茨真空泵對應A，B凝汽器抽真空運行，A，B機械真空泵對應備用，A，B凝汽器抽空氣母管裝設電動聯絡門[1-8]。

改造后機組可靠運行。機組啟動時，按原運行方式將原有抽真空設備投入運行，用以建立真空度；機組運行正常、真空度穩定情況下，三級羅茨變頻真空泵組自動投入運行，用以維持真空度，原有抽真空設備停機作為備用；機組真空系統萬一發生嚴重泄漏，三級羅茨變頻真空泵組不能維持凝汽器真空度時，自動將原有抽真空設備中的2臺投入運行，以滿足真空度需求；三級羅茨變頻真空泵組萬一發生設備故障需要檢修時，原有抽真空設備投入運行，滿足機組對真空度的要求。改造后機組正常運行時，主要以三級羅茨變頻真空泵組來維持真空度，設備間有聯鎖控制系統，確保系統可靠運行。

4改造后的效果分析

萊州發電公司于2015年對2臺真空泵組及進口管系進行了改造，改造后運行效果良好，提高了機組的安全性和經濟性。改造前、后參數對比見表2。

表2　改造前、后參數對比(2015-04-15)

通過表2可以得出以下結論。

(1)新增的2臺三級羅茨真空泵組所消耗的電量比原有2臺水環式真空泵所消耗的電量降低84%，相應也降低了廠用電率。假設#1機組全年運行330d，全年工作時間h=330×24=7 920 (h)，線電壓U=380V，平均電流差ΔI=更換前平均電流-更換后平均電流，功率因數取0.85，倍數取1.732，則年節約電量U′= 1.732×0.85UΔIh=1.732×380×(180×2-28.5×2)×0.85×24×330÷1 000=1 342 512 (kW·h)。

(2)新增的2臺三級羅茨真空泵組在維持#1機組凝汽器真空度過程中，在氣溫較低(海水溫度為15.6 ℃)的季節，可以提高真空度300Pa，相應降低發電煤耗0.9g/(kW·h)。

(3)因三級羅茨真空泵組自身抽吸效率不受工作水溫的影響，凝汽器真空系統在夏季理論上應該會比其他季節提高真空度。

5結論

綜上所述，本次凝汽器抽真空系統的改造降低了機組電耗，提高了凝汽器的真空度，提高了機組經濟性，降低了廠用電率，增加了經濟效益，提高了設備可靠性，起到了良好的節能減耗作用。

參考文獻：

[1]周蘭欣，張淑俠，王統彬，等.凝汽器抽氣管道優化研究[J].汽輪機技術，2005，47(5)：352-354.

[2]袁寧，張士強.水環式真空泵工作液冷卻水改造[J].華電技術，2009，31(12)：64-65，72.

[3]朱信義.提高火電廠抽真空系統效率的方案研究[J].節能，2009，28(6)：32-35.

[4]邱應軍，黃來，黃丕維，等.金竹山電廠600MW機組凝汽器抽真空系統改造與試驗研究[J].汽輪機技術，2008，50(5)：388-390.

[5]李新軍，單以建.提高凝汽器單級單作用水環式真空泵工作效率的探討[J].節能，2009，28(1)：35-37.

[6]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.

[7]陳玉堂.水環式真空泵汽蝕原因分析及改造方案[J].中小企業管理與科技旬刊，2009(7)：250.

[8]方超.凝汽器汽側真空泵運行方式的優化[J].電站輔機，2006，27(3)：1-4.

(本文責編：弋洋)

收稿日期:2016-01-19；修回日期:2016-05-10

中圖分類號：TK264.1

文獻標志碼：B

文章編號：1674-1951(2016)05-0070-03

作者簡介：

韓麗娜(1985—)，女，山東濟南人，工程師，工學碩士，從事電廠運行方面的工作(E-mail:lina0904@163.com)。

李紹剛(1982—)，男，山東曲阜人，工程師，工學碩士，從事電廠運行方面的工作(E-mail:15153577692@139.com)。

王剛(1984—)，男，山東昌邑人，助理工程師，從事電廠運行管理方面的工作。