機組備用階段真空系統運行方式的優化

吳葉忠 杜聞捷

上海申能臨港燃機發電有限公司

0 引言

我廠燃機作為上海電網調峰機組，普遍采用日開夜停的運行方式，即為保證機組第二天能按時、順利地并網，晚上停機后會保持軸封、真空系統運行。由于真空泵的耗電量在廠用電中占據了一定比例，在節能降耗的形勢下，我廠也在積極探索在備用狀態下用輔助真空泵（原水室真空泵）代替真空泵運行的方案。由于輔助真空泵的功率遠小于真空泵，故當機組處于備用階段時，用輔助真空泵不僅提高了設備使用率，還降低了廠用電，節約了用電量，起到節能降耗的效果［1］。

1 輔助真空泵的改造

1)凝汽器抽真空管道的改造

由于我廠凝汽器循環水側是利用注水放空的方式，原設計凝汽器水室真空泵抽真空上水方式已基本不采用，設備被閑置在現場。現將水室真空泵與凝汽器水側抽真空管道改接至汽側抽真空管道（如圖1圖2所示），并將水室真空泵更名為輔助真空泵，如此就能在機組備用階段使用輔助真空泵代替真空泵來維持凝汽器真空。

圖1 改造前水室真空泵與水側抽真空管道連接

圖2 改造后水室真空泵與汽側抽真空管道連接

2)輔助真空泵配套設施的改造

原設計水室真空泵僅在凝汽器循環水側上水時短暫使用。真空泵冷卻水設計為開放式，冷卻水為除鹽水，冷卻水補水經真空泵后直接排入地溝，冷卻水量為3 m3/h。現水室真空泵改為輔助真空泵，若長期運行，冷卻水直接排入地溝浪費較大，故兩臺輔助真空泵增加一套共用的閉式循環冷卻水設備，包括一組氣水分離器及板式換熱器，其中板式換熱器的冷卻水采用機組閉式水（如圖3圖4所示），可循環使用，節約了大量除鹽水。

圖3 改造前冷卻水（除鹽水）經真空泵后直接排入地溝

圖4 改造后輔助真空泵配套的共用閉式循環冷卻水設備

2 機組備用階段用輔助真空泵代替真空泵維持真空的試驗

當機組處于備用階段（真空、軸封投入）時，凝汽器真空會影響凝水溫度、低壓缸排汽溫度、低壓缸星型軸承溫度等。低壓缸排汽溫度過高會破壞汽機動靜中心線的一致性，改變軸向位置，嚴重時會引起汽機振動或汽缸變形；而低壓缸星型軸承溫度超過設定值時將直接觸發汽機跳閘；同樣，當汽機轉速超過9 Hz、凝汽器壓力高于設定值時也會觸發汽機跳閘，雖在備用階段時，汽機轉速為盤車轉速低于9 Hz，不會觸發汽機跳閘，但為安全起見，也需將凝汽器真空維持在設定值內，故需驗證輔助真空泵維持凝汽器真空的效果。凝汽器壓力觸發汽機跳閘邏輯圖見圖5。

圖5 凝汽器壓力觸發汽機跳閘邏輯圖

1)凝汽器壓力設定值與低壓缸進汽壓力的函數關系［2］，見表1和圖6。

圖6 凝汽器壓力設定值與低壓缸進汽壓力的函數關系

當機組處于備用階段時，凝汽器壓力低于30 kPa。輔助真空泵替代真空泵試驗結果為：在夏季，凝汽器壓力維持在22 kPa左右，冬季在20 kPa，低壓缸進汽壓力為42 kPa，根據表1可看出，42 kPa低壓缸進汽壓力對應的凝汽器壓力高設定值為30 kPa，故滿足要求。

表1 凝汽器壓力設定值與低壓缸進汽壓力的函數關系

2)用輔助真空泵替代真空泵后，凝汽器壓力有所上升，當凝汽器壓力上升后，低壓缸星型軸承溫度也會隨之升高。用輔助真空泵替代真空泵試驗結果顯示，低壓缸星型軸承溫度雖從39.5℃上升到了50.5℃，但觸發汽機跳閘條件為大于90℃（報警值為70℃），所以軸承溫度離報警值仍有裕量，試驗結果滿足運行要求。

3 機組備用階段輔助真空泵替代真空泵投入運行概況

試驗結果證明，機組在備用階段用輔助真空泵替代真空泵維持真空是可行的，但須滿足以下條件：

①高旁、中旁及低旁開度小于5%

②汽機轉速大于45 rpm

③燃機轉速小于3 Hz且延時60 min

④凝汽器壓力小于13 kPa

機組解列后，投用輔助真空泵需等燃機轉速小于3 Hz，延時60 min；當機組剛投入真空、軸封時，投用輔助真空泵的條件就是等待凝汽器壓力小于13 kPa。

投用輔助真空泵的操作：

確 認“SLC AUX VACUUM PUMP INTER‐LOCK”子環具備投用條件，并投用，同時投用“AUX VACUUM PUMP INTERLOCK DCO”子環，觀察真空泵停用，待凝汽器壓力到設定值后啟動輔助真空泵。

需注意的是，機組運行階段是嚴禁使用輔助真空泵代替真空泵的，因輔助真空泵不能維持真空，即使在機組聯合循環后能維持真空，也會影響機組運行的經濟性，故在機組啟動前要將輔助真空泵退出。

以下是我廠機組解列后用輔助真空泵替代真空泵維持真空的過程，見圖7～11。

圖7 真空泵停用前

圖8 輔助真空泵投用前

圖9 真空泵停用后

圖10 輔助真空泵子環投用后（凝汽器壓力未到設定值，故輔助真空泵未啟動）

圖11 輔助真空泵投用后（凝汽器壓力維持在穩定數值，不再上升）

基于各個機組真空的差異，輔助真空泵（包括備泵）起泵壓力設定值略有不同。當兩臺輔助真空泵仍不能維持真空時，將啟動真空泵，此時應查明真空無法維持的原因，必要時切除輔助真空泵子環。

由于輔助真空泵的功率遠小于真空泵，當機組處于備用階段時，用輔助真空泵替代真空泵不僅提高了設備使用率，還降低了廠用電［3］，節約了用電量。輔助真空泵及真空泵電氣參數見表2。

表2 輔助真空泵及真空泵電氣參數

從表2可看出，真空泵的功率為110 kW，而輔助真空泵僅為15 kW，以我廠機組日開夜停運行方式，一般停機到第二天并網的備用時間為8 h左右，即輔助真空泵運行時間按8 h計算，則一天可節約廠用電量為：（真空泵功率-輔助真空功率）×8=（110-15）×8=760 kWh按調峰機組特性，再減去一年中檢修時間，全年一臺機組有效備用天數在200天左右，我廠共有4臺燃氣輪機組，則全年我廠一共可節約的廠用電量為：760×200×4=608 000 kWh。

按燃機上網電價0.49元/kWh來算，我廠全年共可節約費用為：608 000×0.49=297 920元

4 結語

隨著電力企業改革的不斷深化及科技水平的不斷提高，電力行業將逐步由生產型企業向經營型企業轉變，要想取得更好的經濟效益，就必須考慮系統優化，提高運行經濟性。我廠通過對真空系統的優化，最終在機組備用階段下，用輔助真空泵替代真空泵維持真空，提高了設備使用率，降低了廠用電、發電成本和發電費用，值得推廣借鑒。