蒸汽噴射器抽真空系統在660MW機組真空系統優化節能研究及應用

摘 要：文章對某發電公司汽輪發電機組的真空系統進行了優化節能改造。改造后機組真空平均提高0.285kPa，端差降低0.3℃，使凝汽器的效率更優。系統的綜合運行電流比原來降低276A，起到了很好的節能效果。另外，還解決了真空泵水溫高時氣蝕及出力不足的問題，大大降低了維護工作量及成本。

關鍵詞：真空泵；蒸汽噴射器；混合式冷凝器；凝結水

前言

某發電公司 #3機組真空泵是某廠生產的2BW4-353型水環式真空泵，每臺機組配3臺，通常為2用1備。真空泵的工作液采用海水冷卻，海水溫度受到氣候條件影響，溫度變化較大，特別是夏天，海水最高溫度能到32℃左右。此時真空泵的工作水溫能到37℃，嚴重影響了機組的經濟性和安全運行。鑒于此，我們改造應用了蒸汽噴射器抽真空系統，可以使凝汽器一直保持在相應工況下的設計最低背壓，即凝汽器的真空保持在最高狀態，從而達到節能效果。而且不受真空泵工作液溫度過高問題導致的抽吸能力下降的限制，同時還能很好的解決真空泵由于氣蝕引起的噪音和葉輪斷裂、汽蝕問題。

1 水環真空泵抽真空系統的局限性及改造的必要性

工作液溫度對真空泵抽氣能力影響較大，特別是在壓力較低的情況下（10kPa以下）影響更加明顯，而電廠中真空泵的抽氣壓力剛好在此范圍之內。冬季時壓力可低至3.4kPa，真空泵的抽氣能力嚴重下降。夏季時工作水溫可以高達37℃，真空泵抽氣能力在15kPa時便開始嚴重衰減。由此可以得出，工作液溫度越高，真空泵的極限真空越差，極限真空下的抽氣能力越差。

當真空泵出力嚴重不足時，不凝性氣體將造成傳熱惡化并在凝汽器內積聚破壞凝汽器真空，水蒸氣中質量含量占1%的空氣能使表面傳熱系數降低60%，從而降低機組經濟性。凝汽器真空變差，則機組熱經濟性會顯著下降。

2 真空泵的汽蝕對水環真空泵抽真空系統的影響

水環真空泵在汽蝕狀態下工作，會造成泵的噪聲、振動變大，氣泡破裂的沖擊葉輪，嚴重影響使用壽命。在夏季水溫高時，某發電公司的水環真空泵長期在汽蝕狀態下工作，不僅噪音大，而且每次檢修解體，葉輪都有裂紋及汽蝕現象，平時真空泵也會常常出現電流大及出力不足等問題，檢修工作量大、維護成本非常高。

因此，無論從機組運行經濟性還是安全性考慮，都需要對凝汽器的抽真空系統進行技術改造。

在多方咨詢及調研、對比后，并結合電廠的實際情況，對蒸汽噴射器抽真空系統進行了全面優化，優化后的配置為：

（1）動力蒸汽源——輔汽聯箱0.5MPa的動力蒸汽，耗氣量約500kg/h。

（2）冷凝器——混合式冷凝器。

（3）冷卻水源——凝結水，用水量約200T/h。

3 優化后的方案的優勢

結合電廠的實際情況，經過全面優化的蒸汽噴射器抽真空系統，在保證抽氣能力的前提下，節能降耗效果更加明顯：

（1）電廠的輔汽聯箱是四臺機組聯通母管制，輔汽壓力非常穩定。因此從輔汽聯箱取更高壓力的蒸汽（0.5MPa），使耗氣量降低約了28%。

（2）電廠的循環水為海水，腐蝕性強，易結海生物。采用表面式冷卻器需使用鈦管換熱管，不僅造價高，而且存在管孔內海生物衍生及堵管的問題，影響換熱效果，維護、清理工作量較大。經過技術人員的多方咨詢及調研決定改用混合式冷卻器，冷卻水采用凝結水。這樣從本質上解決了后續易發的問題，而且混合式冷卻器沒有換熱管，后期幾乎免維護。從能量回收角度，被蒸汽噴射器抽出的乏汽和動力蒸汽與凝結水混合后，被冷卻成凝結水回收熱井，乏汽潛熱和動力蒸汽余熱被全部回收。

4 蒸汽噴射器抽真空系統主要設備構成

某發電公司 #3機組設計的蒸汽噴射器抽真空系統包含如下內容：

（1）蒸汽噴射器兩臺，分別抽吸凝汽器高壓側和低壓側，緊靠混合式冷凝器安裝。

（2）混合式冷凝器一臺，豎直安裝在6.4米層。

（3）蒸汽穩壓罐一臺，安裝在6.4米層混合式冷凝器旁邊，用于穩定蒸汽壓力，以及排污、疏水等。

（4）小功率真空泵一臺，在0米層原C泵基礎上改造。

（5）閥門、管路、儀表、窺窗等附件。

5 改造效果分析

負荷越低噴射器抽真空系統投運效果越好，550MW時新真空系統比原系統凝汽器平均真空提高了0.1kPa。400MW時新真空系統比原系統高壓側凝汽器真空降低0.2KPa，低壓側凝汽器降低0.93 Kpa，平均真空提高了0.55Kpa。達到預期效果。真空泵運行電流降低了346A，考慮使用凝結水作為冷卻水，凝泵電流上升了7A，改造后綜合電流下降了276A。

6 收益分析

該系統改造后經過初步計算，凝汽器提高真空的收益、節電收益、回收熱量收益三項相加后每年的經濟收益約為189萬元。

7 結束語

蒸汽噴射器在660MW機組真空系統優化節能改造上的應用，主要解決了如下幾個方面的問題：

（1）現運行一臺小真空泵，入口壓力在-89kPa（不在氣蝕點），徹底解決了真空泵在水溫高時的氣蝕問題。

（2）由于解決了真空泵氣蝕問題，從而降低了真空泵的維護費用。

（3）凝汽器真空平均提高0.285kPa，使凝汽器的效率更優。

工程達到的效果有如下幾個方面：

（1）原真空系統，運行兩臺大泵時，電流在421A；現運行蒸汽噴射器抽真空系統后，只運行一臺小泵，電流74A，雖然凝泵電流上升了7A左右，但總電流降低了276A，節電效果非常好。

（2）按負荷550MW做性能對比試驗，投運蒸汽噴射器系統后，凝汽器真空提高了0.1kPa，凝汽器端差降低0.3℃。400MW時新真空系統比原系統高壓側凝汽器真空降低0.2KPa，低壓側凝汽器降低0.93Kpa，平均真空提高了0.55Kpa。在3號機的嚴密性達到優秀（高壓側110Pa/min，低壓側50Pa/min，平均80Pa/min）的情況下，能做出這樣的數據，這說明蒸汽噴射器系統的抽氣能力更強，效率更高。

（3）使用蒸汽噴射器系統，雖然耗用約了0.5t/h的高壓蒸汽，但是再經過蒸汽噴射器做完功之后，被混合式冷凝器冷卻，將熱量全部回收熱井凝結水中。

（4）前級的蒸汽噴射器和混合式冷凝器等設備均為靜設備，幾乎是免維護的，大大降低維護成本。

（5）后級真空泵的工作壓力（入口壓力）升高至-89kPa，該壓力避開了真空泵的氣蝕壓力，使真空泵的維護量更小，壽命更長。

綜上所述，蒸汽噴射器抽真空系統在節能方面起到很好的作用，同時對機組的安全穩定運行起到了保證性作用。系統改造后運行至目前未發現問題，具有很強的推廣價值。

參考文獻

[1]某發電公司 #3機組B級檢修后性能試驗報告[R].

[2]某發電公司 #3機組真空系統性能試驗報告[R].

作者簡介：張海峰（1974-），男，河北張家口，助理工程師，研究方向為汽輪機檢修及輔機設備管理。