雙背壓凝汽器抽真空系統(tǒng)的技術(shù)改造

曾華

(華電集團貴港發(fā)電公司，廣西 貴港 537100)

1 抽真空系統(tǒng)的類型

凝汽式汽輪發(fā)電機組凝汽器真空的好壞，直接影響發(fā)電廠汽輪機的經(jīng)濟運行。影響凝汽器真空的因素很多，其中與凝汽器真空相關(guān)的系統(tǒng)設(shè)計布置是否合理，其結(jié)果同樣會影響凝汽器真空的好壞。目前，發(fā)電廠600 MW及以上凝汽式汽輪發(fā)電機組均采用雙背壓凝汽器，其目的是提高凝汽器的平均真空，抽真空系統(tǒng)通常采用2種類型，即單母管雙吸真空泵抽真空系統(tǒng)和雙母管單吸真空泵抽真空系統(tǒng)。若采用單母管雙吸真空泵抽真空系統(tǒng)，能夠節(jié)約廠用電，但是對凝汽器的平均真空有一定影響;若采用雙母管單吸真空泵抽真空系統(tǒng)，雖然不影響凝汽器的平均真空，但其系統(tǒng)比較復(fù)雜，且采用4臺真空泵必須2臺真空泵同時運行，增加投資及廠用電費用。

2 技術(shù)改造的目的

技術(shù)改造的目的是要解決凝汽器抽真空系統(tǒng)不合理的設(shè)計對凝汽器平均真空的影響，提出一種有效提高凝汽器平均真空的抽真空系統(tǒng)，從而減少投資，節(jié)約廠用電，同時能使凝汽器的平均真空達到設(shè)計值。

3 技術(shù)方案

將目前的單母管抽真空系統(tǒng)改造為雙母管雙吸真空泵的抽真空系統(tǒng)，或者將目前雙母管單吸真空泵抽真空系統(tǒng)改造為雙母管雙吸真空泵的抽真空系統(tǒng)，即高低背壓凝汽器分別用一根抽真空管道接至雙吸真空泵入口。從A凝汽器引抽真空母管至水環(huán)真空泵入口;從B凝汽器引抽真空母管至水環(huán)真空泵另一入口;水環(huán)真空泵2個入口之間用平衡門連接。

3.1 雙母管抽真空系統(tǒng)與單母管抽真空系統(tǒng)平均真空比較

凝汽器采用雙母管抽真空系統(tǒng)比采用單母管的抽真空系統(tǒng)時的平均真空要好。單母管雙吸真空泵抽真空系統(tǒng)如圖1所示，雙母管單吸真空泵抽真空系統(tǒng)如圖2所示，雙母管雙吸真空泵抽真空系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 雙母管雙吸真空泵抽真空系統(tǒng)示意圖

在圖1至圖3中:pSPJ為雙母管的抽真空系統(tǒng)的平均背壓;pSA為雙母管的抽真空系統(tǒng)的低背壓(A凝汽器);pSB為雙母管的抽真空系統(tǒng)的高背壓(B凝汽器);pDPJ為單母管的抽真空系統(tǒng)的平均背壓;pDA為單母管的抽真空系統(tǒng)的低背壓(A凝汽器);pDB為單母管的抽真空系統(tǒng)的高背壓(B凝汽器);pDAB為單母管的抽真空系統(tǒng)的母管壓力;pA為A凝汽器設(shè)計背壓;pB為B凝汽器設(shè)計背壓;S為雙母管系統(tǒng);D為單母管系統(tǒng);t1為A凝汽器冷卻進水溫度;t2為A凝汽器冷卻出水溫度(B凝汽器冷卻進水溫度);t3為B凝汽器冷卻出水溫度;1為A凝汽器;2為B凝汽器;3為抽真空母管;4為真空泵入氣門;5為水環(huán)式真空泵;6為平衡門;7為聯(lián)絡(luò)門。

由圖1至圖3可知:雙母管的抽真空系統(tǒng)的平均背壓是:pSPJ=(pSA+pSB)/2，其中pSB＞pSPJ＞pSA，pSA=pA，pSB=pB。單母管的抽真空系統(tǒng)的平均背壓是:pDPJ=(pDA+pDB)/2=［pB+(pA+pB)/2］/2，其中 pB＞pDAB=(pA+pB)/2≤pDA，pDB≥pSB=pB，pDB≥pDA≥pDAB，所以:pDA＞ pSA，pDPJ＞ pSPJ，即凝汽器的平均真空采用雙母管的抽真空系統(tǒng)比單母管的抽真空系統(tǒng)要好。

從圖3中不難看出，雙母管的抽真空系統(tǒng)的平均背壓是:pSPJ=(pSA+pSB)/2，pSB＞pSPJ＞pSA，pSA=pA，pSB=pB，能滿足雙背壓凝汽器的設(shè)計值，即平均真空值。

從圖1中很難看出單母管抽真空系統(tǒng)的平均背壓是:pDPJ=(pDA+pDB)/2=［pB+(pA+pB)/2］/2，pB＞pDAB=(pA+pB)/2≤pDA，pDB≥pSB=pB，pDB≥pDA≥pDAB。式中pDAB=(pA+pB)/2是這樣確定的:當(dāng)2個不同壓力的氣體合并在一起時，其合并后的壓力應(yīng)該是2壓力和的平均值，即單母管抽真空系統(tǒng)的母管壓力 pDAB=(pA+pB)/2，當(dāng)pDAB=(pA+pB)/2確定后，pDA必須大于pDAB，A凝汽器的氣體才會排向母管，即 pSA就會升高至 pDA，圖1中 pDB≥pDA≥pDAB才成立，式中pDB≥pSB=pB也不難看出。

以上是理論分析計算的結(jié)果，機組在實際運行中的相關(guān)參數(shù)與理論分析計算結(jié)果基本相符，單母管抽真空系統(tǒng)其凝汽器真空往往是高低背壓相差不多，即pDB≥pDA，按設(shè)計值應(yīng)該是pDB＞pDA，且pDB－pDA=1.895(kPa)。從低壓缸排汽溫度可以看出，高低背壓凝汽器排汽溫度相差不多(實際相差6℃左右)，排汽溫度的差別由單母管抽真空系統(tǒng)所致。

3.2 具體實施方式

圖3為雙母管雙吸真空泵的抽真空系統(tǒng)，也是本文的重點，其優(yōu)點是既能使凝汽器的平均真空達到設(shè)計值又能節(jié)約廠用電(凝汽器真空嚴密性合格，1臺真空泵運行就可維持正常真空)，今后安裝的機組，其抽真空系統(tǒng)按照此圖設(shè)計安裝。以前安裝的機組，將原來(圖1)單母管雙吸真空泵的抽真空系統(tǒng)改為雙母管雙吸真空泵的抽真空系統(tǒng)(如圖4所示)時，保留原來的抽真空母管及閥門對應(yīng)B(A)凝汽器連接，另外增加一抽真空母管(虛線)及閥門至真空泵的另一入氣口，對應(yīng)A(B)凝汽器連接，將原來A，B凝汽器之間的抽真空管道連接處增加聯(lián)絡(luò)門，將原真空泵的2個入氣口之間的連接管增加平衡門，真空泵的啟動與運行方式不變。

圖4 改造后的單母管雙吸真空泵抽真空系統(tǒng)示意圖

在改造過程中，為了檢驗雙母管的效果，可以先將聯(lián)絡(luò)門及平衡門打開，按照單母管的方式啟動該臺真空泵，記錄A，B凝汽器真空，然后再關(guān)聯(lián)絡(luò)門及平衡門，按照雙母管的方式啟動真空泵，記錄A，B凝汽器真空，對2次記錄結(jié)果進行比較，即可判斷雙母管雙吸真空泵的抽真空系統(tǒng)的效果。

圖1和圖2為目前典型的600 MW凝汽式汽輪發(fā)電機組凝汽器的抽真空系統(tǒng)圖。圖1的抽真空系統(tǒng)均不能使凝汽器平均真空達到設(shè)計值。圖2的抽真空系統(tǒng)能使凝汽器的平均真空達到設(shè)計值，但是系統(tǒng)復(fù)雜，采用4臺真空泵，必須2臺真空泵運行，增加投資及廠用電。

圖4是在圖1的基礎(chǔ)是改進的示意圖，優(yōu)點同圖3，既能使凝汽器的平均真空達到設(shè)計值又能節(jié)約廠用電。

以上說明雙母管雙吸真空泵的抽真空系統(tǒng)(如圖3所示)最理想，今后安裝的600 MW及以上的機組的抽真空系統(tǒng)按此設(shè)計，以前安裝的單母管雙吸真空泵的抽真空系統(tǒng)按照圖4改造就能使凝汽器平均真空達到設(shè)計值，同時能節(jié)約廠用電。

4 經(jīng)濟效益分析

600 MW及以上機組的雙背壓凝汽器設(shè)計背壓是:pA=4.719 kPa，pB=6.614 kPa。

雙母管的抽真空系統(tǒng)的平均背壓是:pSPJ=(pSA+pSB)/2=(4.719+6.614)/2=5.165(kPa)。

單母管的抽真空系統(tǒng)的平均背壓是:pDPJ=(pDA+pDB)/2=［pB+(pA+pB)/2］/2=(6.614+5.165)/2=5.8895(kPa)。

pDPJ－pSPJ=5.8895－5.165=0.7245(kPa)。

對于凝汽器的平均真空而言，采用雙母管的抽真空系統(tǒng)比單母管的抽真空系統(tǒng)要好。

根據(jù)凝汽器真空度提高1%(大氣壓力按100 kPa計算)，煤耗降低1.97 g/(kW·h)，1臺600 MW機組年平均發(fā)電5 000 h計算，可節(jié)約煤炭0.7245×1.97×5 000×600 000/1 000 000=4284.75(t)，即 4284.75 t/年，換 算 成 標 煤 是4284.755×5000/7000=3 060.5(t)，即 3 060.5 t/年，根據(jù)節(jié)約1 kg標準煤=減排2.493 kg二氧化碳計算，1年減少二氧化碳排放3 060.5×2.49=7620.7(t)。按 500元/t計算，節(jié)約發(fā)電成本4284.75×500=2 142 375(元/年)。將圖1改造成圖4后，可節(jié)約發(fā)電成本4 284.75×500=2 142 375(元/年)。

如果將圖2改造成圖3，可節(jié)約1臺真空泵(電壓380 V，電流210 A)的廠用電，即1.732 1×380×210×0.9/1 000×5 000=62 1997(kW·h)/年，只是要重新安裝3臺雙吸真空泵，改造成本很高，但從長遠考慮還是合算的。

5 結(jié)論

經(jīng)過分析計算，今后安裝的雙背壓凝汽器的抽真空系統(tǒng)按雙母管雙吸真空泵的抽真空系統(tǒng)設(shè)計，以前安裝的雙背壓凝汽器的抽真空系統(tǒng)按照圖4或者圖3改造就能使凝汽器平均真空達到設(shè)計值，減少投資，節(jié)約廠用電。

［1］胡念蘇.汽輪機設(shè)備及系統(tǒng)［M］.北京:中國電力出版社，2006.

［2］曾華.一種雙背壓凝汽器的抽真空系統(tǒng):中國，201020218845.5［P］.2010 －02 －02.