某環保電廠汽輪機真空系統節能降噪改造

高 峰

（廣州環投增城環保能源有限公司，廣東廣州 511335）

0 引言

廣州某環保電廠兩臺汽輪機為廣重企業集團生產的N22－3.8/390 型冷凝式汽輪機，每臺汽輪機配置了兩臺CDS 系列水環式真空泵，電機功率30 kW，最大排出壓力20 kPa。自2018年1 月投入運行以來，水環真空泵一直存在運行噪聲大、泵體及軸承振動值偏大的現象。為降低生產現場的噪聲污染、提高汽輪機真空系統的安全性和經濟性，2019 年10 月對2#汽輪機真空系統進行改造，加裝了一套羅茨—水環真空泵組。機組正常運行時使用該泵組替代原有大功率水環真空泵運行。

1 水環真空泵現狀及存在問題

水環式真空泵由圓柱泵體和裝有固定葉片的轉子等組成，轉子相對泵體偏心安裝。工作液隨著轉子旋轉，在離心力的作用下沿著泵體形成同心液環。由于泵體和轉子偏心安裝，形成了體積逐漸增加和逐漸減少的腔體，因此分別形成了真空區和壓力區。通過這種方式氣體被吸入或排出（圖1）。

圖1 水環真空泵工作原理

（1）受到結構設計的限制，水環真空泵一直存在汽化工況，特別是葉輪及中間圓盤易發生汽蝕而受損，因此這類部件往往采用耐磨材料例如不銹鋼來抵抗汽蝕；或者用犧牲吸氣量來減緩汽蝕磨損速度。導致真空泵長期運行電耗較高，不利于節能，且運行噪聲振動大的現象仍然存在。

表1 2#汽輪機水環真空泵運行噪聲及振動情況

（2）受工作液飽和氣壓的限制，真空泵所能達到的最高真空度取決于工作液的飽和蒸汽壓，隨著工作液溫度升高真空泵抽氣能力會逐漸下降，導致機組的經濟性和真空泵的安全性受到影響。

（3）水環真空泵在設計選型時，一方面需要滿足機組快速建立真空，另一方面需考量機組最大允許漏氣量，所以真空泵配置的功率普遍較大。其結果是機組正常運行時，因維持系統真空有較大富余量，長期運行下來真空泵能耗高、不經濟。

2 羅茨—水環真空泵組簡介

羅茨—水環真空泵組主要包括羅茨泵、水環泵、冷卻器、汽水分離罐等設備。羅茨真空泵是一種容積式真空泵，其工作原理與羅茨鼓風機相似，因壓縮比較低不能單獨使用，為保障其運行安全及提高極限真空度，通常與水環泵串聯組成泵組使用。

蒸汽和不凝結氣體進入冷卻器，經冷卻器冷卻后通過羅茨泵加壓，然后進入下級水環泵，最后經水環泵后排入汽水分離罐。由于提高了水環泵的入口壓力，可保證水環泵高效穩定運行，同時極大地提高水環泵效率和極限真空。

圖2 羅茨—水環真空泵與原真空泵的運行參數對比

3 汽輪機真空系統節能降噪改造情況

3.1 改造方案

2019 年10 月，為解決原真空系統汽蝕噪聲大、能耗高的問題，在不改變原真空系統設備及功能的前提下，在2#汽輪機組抽真空母管上并接了一套高效羅茨-水環真空泵組，其設計抽氣量為10 kg/h，正常運行條件為入口真空不低于-87 kPa、汽輪機真空嚴密性試驗下降速率不超400 Pa/min。

3.2 運行模式

（1）機組啟動階段。在機組啟動建立真空期間使用原有的大功率水環真空泵運行，保證機組快速建立真空。

（2）機組帶正常運行階段。當機組并網后接帶負荷達到8 MW以上，真空維持在-87 kPa 以上時，可投入羅茨-水環真空泵組并將原真空泵停作備用。

3.3 羅茨—水環真空泵運行的聯鎖保護

（1）羅茨—水環真空泵組運行時，可選擇原大功率真空泵作為聯鎖備用泵（一臺為優先備用，另一臺為次優先備用）。

（2）當羅茨—水環真空泵組出現變頻器故障、羅茨泵過載或（小功率）水環泵過載時，聯鎖啟動優先備用的大真空泵，如果啟動失敗則啟動次優先備用真空泵。

（3）當機組嚴密性不好或其他原因導致凝汽器真空無法維持時，如果真空降至-88 kPa 時聯鎖啟動優先備用的大真空泵；如果真空繼續下降至-87 kPa，則聯鎖啟動次優先備用的大真空泵，確保機組安全運行。

3.4 改造后運行效果

2019 年10 月改造竣工后，11 月初完成單體調試，11 月14日完成動態整體調試并成功投入運行。至今已連續安全運行近半年時間，在真空嚴密性下降速率不超400 Pa/min 的條件下，羅茨—水環真空泵組運行穩定，節電效果明顯，完全可以滿足機組正常運行時維持真空需要（表2、圖2）。由于羅茨—真空泵組運行噪聲較小，替代原大功率真空泵運行時現場噪聲下降明顯，噪聲污染得到了有效控制，改造非常成功。

表2 羅茨—真空泵組與原真空泵運行情況對比

3.5 運行注意事項

（1）羅茨—水環真空泵組適用于機組正常運行時維持系統真空，在機組啟、停過程中不能替代原大功率真空泵運行。

（2）由于原大功率真空泵長期作為備用泵，應定期對其進行試運檢查，確保設備備用正常，性能可靠。

（3）機組真空嚴密性合格是羅茨—水環真空泵組安全高效運行的前提條件，羅茨泵的工作電流的高、低直接反映出機組真空嚴密性試驗下降速度的快、慢，因此必須嚴格做好機組真空嚴密性管理，確保真空嚴密性合格。

4 結語

目前環保電廠配備的汽輪機單機容量一般都在50 MW 以下，機組正常運行且機組真空嚴密性試驗下降速率不超400 Pa/min 的條件下，非常適合使用羅茨—水環真空泵組維持機組真空，其節電效益可達70%以上；同工況下羅茨—水環真空泵組可小幅度提高機組真空約150 Pa。與原有大功率水環真空泵搭配使用，既能滿足機組快速啟動的要求，又能滿足機組正常維持真空安全經濟運行的要求，為同類型環保電廠進行汽輪機真空系統節能、降噪改造提供了參考。