水環(huán)式真空泵工作水強(qiáng)行冷卻的研究和應(yīng)用

張代新 謝旭陽(yáng)

安徽華電宿州發(fā)電有限公司 安徽 宿州 234101

1 設(shè)備概況

1.1 設(shè)備基本狀況

某電廠兩臺(tái)汽輪機(jī)是上海電氣電站設(shè)備有限公司汽輪機(jī)廠制造的N630-24.2/566/566型超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、凝汽式汽輪機(jī)。該機(jī)組配套哈爾濱汽輪機(jī)廠輔機(jī)工程有限公司生產(chǎn)的N-38000型雙背壓、雙殼體、單流程、表面式凝汽器。凝汽器冷卻水系統(tǒng)采用冷卻塔循環(huán)供水冷卻方式，冷卻水系統(tǒng)配套兩臺(tái)88LKXA-27.4型循環(huán)水泵，以滿足機(jī)組在不同季節(jié)和不同負(fù)荷對(duì)冷卻水量的要求。凝汽器抽空氣系統(tǒng)配套三臺(tái)改進(jìn)型2BW4 353-0EK4型水環(huán)真空泵，機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，兩臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用。

2 前期調(diào)研及方案選擇

2.1 系統(tǒng)主要問(wèn)題

某電廠一期工程兩臺(tái)600MW超臨界燃煤汽輪發(fā)電機(jī)組于2007年9月和11月投運(yùn)?？紤]到機(jī)組帶負(fù)荷能力強(qiáng)，汽輪機(jī)通流能力和強(qiáng)度設(shè)計(jì)均能滿足630MW負(fù)荷安全連續(xù)運(yùn)行。2008年12月對(duì)機(jī)組擴(kuò)容至630MW，機(jī)組型號(hào)變更為N630-24.2/566/566。自投產(chǎn)以來(lái)，凝汽器及抽空氣系統(tǒng)主要存在三個(gè)問(wèn)題：

1）真空泵葉輪存在設(shè)計(jì)缺陷，首次檢查性大修發(fā)現(xiàn)葉輪輪轂多處存在裂紋。

2）凝汽器采用串聯(lián)抽空氣方式，雙背壓不明顯。

3）凝汽器背壓高于同區(qū)域它廠，影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。

2.2 凝汽器真空提高方案選擇

2.2.1 增加真空泵運(yùn)行數(shù)量

水在40℃的汽化壓力為7.375kPa，50℃的汽化壓力為12.33 kPa，真空泵工作水在40～50℃溫度下會(huì)大量汽化。抽吸工質(zhì)汽化產(chǎn)生的氣體，擠占真空泵抽氣量，造成真空泵出力不足。在凝汽器真空系統(tǒng)嚴(yán)密性良好的情況下，只靠增加真空泵運(yùn)行數(shù)量不能達(dá)到降低凝汽器背壓的效果。

2.2.2 提高真空泵換熱器效率

理想狀態(tài)下，提高真空泵換熱器效率，降低工作介質(zhì)溫度能夠起到降低真空的效果，但不符合我公司實(shí)際。主要因?yàn)椋赫婵毡貌捎冒迨綋Q熱器，能夠利用紊流換熱盡可能降低介質(zhì)溫度，但冷卻介質(zhì)為開(kāi)式水，泥沙嚴(yán)重易造成換熱器堵塞。這種情況在不開(kāi)開(kāi)式水泵和循環(huán)水泵低速運(yùn)行時(shí)更為明顯。

2.2.3 加裝大氣噴射裝置

通過(guò)真空泵改變工作水溫度的抽吸試驗(yàn)表明，水環(huán)式真空泵入口加裝大氣噴射器后，可以降低真空泵極限抽吸壓力，即真空泵內(nèi)工作水溫度高于汽輪機(jī)低壓缸排汽壓力時(shí)，不會(huì)形成因真空泵抽吸極限壓力過(guò)高對(duì)凝汽器真空改善造成制約。因此加裝大氣噴射器是提高低負(fù)荷階段凝汽器真空的有效手段。

2.2.4 對(duì)凝汽器抽空氣方式進(jìn)行優(yōu)化

凝汽器抽空管路最初設(shè)計(jì)為并抽分管制，目的是讓高壓側(cè)的汽氣混合物到低壓側(cè)去，減輕真空泵的負(fù)擔(dān),減小抽氣管的尺寸,簡(jiǎn)化抽空氣系統(tǒng),減少真空泵臺(tái)數(shù)。所以如真正減少低壓側(cè)凝汽器抽空被排擠，不僅需要將凝汽器抽空管路由串聯(lián)母管制改為并聯(lián)分管制，還應(yīng)全面增加抽空管尺寸，系統(tǒng)連接如圖1，設(shè)計(jì)參數(shù)如表1。另外我們還對(duì)如下問(wèn)題存在擔(dān)憂：凝汽器設(shè)計(jì)上要求抽空氣管路應(yīng)布置在冷卻水的進(jìn)口側(cè)，以形成汽流壓差。由于凝汽器采用循環(huán)水雙進(jìn)雙出設(shè)計(jì)，抽空氣改為并聯(lián)分管制時(shí)很難布置。

圖1 簡(jiǎn)要系統(tǒng)圖

2.2.5 對(duì)抽空氣母管進(jìn)行噴水減溫

在凝汽器至真空泵的抽空氣管間，加裝蒸汽凝結(jié)裝置。通過(guò)多級(jí)水封加噴淋的方式將低溫水注入，持續(xù)減少后續(xù)管路蒸汽體積流量，提高真空泵抽吸干空氣量百分比，最終達(dá)到提高凝汽器真空的目的。該方案理論上可行。

表1 真空提高裝置設(shè)計(jì)參數(shù)

2.3 最終方案確認(rèn)

由以上分析可知，降低真空泵入口管道背壓值最佳方案是保證真空泵工作水清潔低溫。為此最終方案確定為在增加一套智能制冷設(shè)備，通過(guò)直接降低真空泵的工作水溫和在抽空氣管上加裝噴淋裝置噴灑冷凍水綜合措施，達(dá)到降低凝汽器背壓的目的。

3 項(xiàng)目實(shí)施及遇到的問(wèn)題

3.1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

整個(gè)系統(tǒng)以熱水型單效吸收式制冷機(jī)為核心設(shè)備，圍繞該溴化鋰制冷機(jī)分三個(gè)流程。流程一：從凝結(jié)水系統(tǒng)中取一路熱水作為動(dòng)力源，我公司取在#5低壓加熱器前后。流程二：從凝汽器循環(huán)水進(jìn)出水取一路冷卻水，作為制冷機(jī)的冷卻回路。流程三：通過(guò)冷水泵將制冷機(jī)制出的冷水送至兩個(gè)部位，一路進(jìn)入真空泵內(nèi)部成為真空泵的工作水，另外一路進(jìn)入凝汽器至真空泵的空氣管道內(nèi)。

3.2 項(xiàng)目主要問(wèn)題

3.2.1 制冷機(jī)結(jié)晶

制冷機(jī)調(diào)試時(shí)，溶液濃度過(guò)高，天氣溫度低，致使制冷機(jī)吸收器及換熱器結(jié)晶。修改邏輯保證制冷機(jī)正常稀釋時(shí)間不少于900秒，增加保安回路，機(jī)組突然失電后保安電應(yīng)盡快供應(yīng)。增加冷卻水回路再循環(huán)閥，降低冬季冷卻效果。

3.2.2 真空泵冷卻水回水差

調(diào)試低壓抽水器時(shí)，低壓抽水器抽水能力為12～19t/h,達(dá)不到設(shè)計(jì)22t/h要求。更換抽水能力強(qiáng)的抽水器，更改邏輯為低壓抽水器工作正常后，再開(kāi)啟對(duì)應(yīng)真空泵的電動(dòng)三通門(mén)。

3.2.3 真空泵水位無(wú)法維持

在真空泵入口母管上加裝冷凍水噴淋裝置，但C真空運(yùn)行時(shí)（母管第一個(gè)分支），汽水分離器水位無(wú)法維持。將冷凍水噴淋裝置隔離。

4 設(shè)備能效試驗(yàn)

4.1 試驗(yàn)過(guò)程

我們邀請(qǐng)了西安熱工院熱力系統(tǒng)技術(shù)部對(duì)該設(shè)備進(jìn)行第三方能效試驗(yàn)。試驗(yàn)分為四個(gè)環(huán)節(jié)：真空嚴(yán)密性試驗(yàn)，真空泵工作水強(qiáng)行冷卻裝置投停試驗(yàn)，設(shè)備投停對(duì)凝汽器平均壓力的影響，設(shè)備耗能評(píng)估。主要數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 真空提高裝置試驗(yàn)結(jié)果表

4.2 數(shù)據(jù)分析

機(jī)組在不同負(fù)荷工況下，真空泵工作液強(qiáng)制冷卻裝置總等值耗功為519.10kW~564.04kW，且隨著機(jī)組負(fù)荷的升高稍有增加。機(jī)組600MW負(fù)荷工況，真空泵工作液強(qiáng)制冷卻裝置運(yùn)行后，工作液溫度降低至14.348℃，真空泵抽吸能力提高，使得凝汽器平均壓力降低0.803kPa。機(jī)組600MW負(fù)荷工況，在冷卻水進(jìn)口溫度30℃、實(shí)測(cè)冷卻水流量67345m3/h，兩臺(tái)真空泵并聯(lián)運(yùn)行條件下，真空泵工作液強(qiáng)制冷卻裝置投運(yùn)后的汽輪機(jī)凈出力較投運(yùn)前增加4435.2kW。

4.3 試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題

#1B、#2A、#2C真空泵冷卻水流量不足，需要對(duì)冷卻水回路堵塞情況進(jìn)行檢查。凝汽器真空壓力測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，檢查凝汽器內(nèi)部網(wǎng)籠探頭取壓管裝反，內(nèi)部U型彎積水影響測(cè)量效果。

5 結(jié)論

真空泵工作水強(qiáng)行冷卻裝置為降低工作液溫度開(kāi)辟了新的途徑，機(jī)組投運(yùn)真空泵工作液強(qiáng)制冷卻裝置后，真空泵工作液溫度得到了明顯的降低，大大提高了真空泵的抽吸能力，機(jī)組600MW負(fù)荷工況，在冷卻水進(jìn)口溫度30℃,實(shí)測(cè)冷卻水流量67345m3/h，能夠降低煤耗2.27g/kWh。

［1］張代新.《600MW機(jī)組集控運(yùn)行規(guī)程A版》［S］.安徽華電宿州發(fā)電有限公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/1BC-104.22.03-2006.

［2］寧哲.《安徽華電宿州發(fā)電有限公司1號(hào)機(jī)組投運(yùn)真空泵工作液強(qiáng)制冷卻裝置前后凝汽器性能對(duì)比試驗(yàn)報(bào)告》［R］.西安熱工研究院 TPRI/TJ-RB-133-2011.