提高真空抽氣系統(tǒng)效率的研究應(yīng)用

【摘要】本文針對(duì)鶴煤熱電廠真空抽汽系統(tǒng)存在的問(wèn)題，著重對(duì)真空泵運(yùn)行工況進(jìn)行了分析，通過(guò)對(duì)真空泵冷卻水源的改造，提高了真空泵的工作效率，進(jìn)而提高真空抽汽系統(tǒng)效率，提高了機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。

【關(guān)鍵詞】效率；改造；經(jīng)濟(jì)性

1.概況

鶴壁煤電股份有限公司熱電廠2×135 MW燃煤發(fā)電機(jī)組系國(guó)家第三批重點(diǎn)技術(shù)改造“雙高一優(yōu)”項(xiàng)目。主要設(shè)備為：發(fā)電機(jī)選用東方電機(jī)廠制造型號(hào)為QF-135-2-13.8空氣冷卻的發(fā)電機(jī)組。鍋爐選用東方鍋爐廠生產(chǎn)的DG 445 13.7 Π 1型超高壓、一次中間再熱、自然循環(huán)、固體排渣燃煤鍋爐。汽輪機(jī)制造型號(hào)為C135-13.2/0.245/535/535/型超高壓、單軸、雙缸雙抽（一級(jí)可調(diào)）、一次中間再熱、凝汽式汽輪機(jī)。于2005年4月開(kāi)工建設(shè)，兩臺(tái)機(jī)組分別于2007年2月和6月進(jìn)入商業(yè)化運(yùn)營(yíng)。

2.汽輪機(jī)凝汽器真空偏低的主要原因

（1）汽輪機(jī)真空系統(tǒng)嚴(yán)密性差，對(duì)大型凝汽器的真空系統(tǒng)，其漏入的空氣量一般不應(yīng)超過(guò)12Kg/h-15Kg/h。有的機(jī)組運(yùn)行中，實(shí)際漏入的空氣量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)這個(gè)數(shù)值，竟達(dá)到40Kg/h，升至更大，對(duì)汽輪機(jī)組的真空影響很大。

（2）設(shè)計(jì)考慮不周或循環(huán)水泵選擇不當(dāng)。循環(huán)水泵出力小，使實(shí)際通過(guò)凝汽器的冷卻水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于熱力計(jì)算的規(guī)定，從而影響真空。

（3）凝汽器鋼管內(nèi)嚴(yán)重結(jié)垢，惡化傳熱效果，使機(jī)組真空降低。尤其是當(dāng)鋼管內(nèi)結(jié)有較厚的的硬垢后，凝汽器鋼管整體的傳熱系數(shù)呈直線下降。

（4）真空抽汽系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理或設(shè)備存在缺陷亦可使得機(jī)組真空受影響，大型機(jī)組一般采用的是射水抽氣器或射氣抽氣器等真空抽汽設(shè)備，而該廠采用的是水環(huán)式真空泵，系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單，但效果不如采用射水抽氣器或射氣抽氣器的抽汽效果，同時(shí)由于夏季循環(huán)水和真空泵工作液溫度均較高使得真空泵的工作效率夏季較為嚴(yán)重，達(dá)不到機(jī)組的設(shè)計(jì)要求。

（5）回?zé)嵯到y(tǒng)運(yùn)行不正常，高低壓加熱器及其疏水系統(tǒng)不能按設(shè)計(jì)要求投入運(yùn)行，與凝汽器汽側(cè)相同的有關(guān)閥門運(yùn)行中不嚴(yán)，增加凝汽器運(yùn)行中的熱負(fù)荷，降低凝汽器真空。

（6）汽輪機(jī)軸封供汽系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，有的汽輪機(jī)組的高中壓缸和低壓缸軸封供汽管道設(shè)計(jì)或一根共用軸封汽供汽管，造成低壓缸兩端軸封供汽量不足。使空氣從低壓軸封處漏入凝汽器，降低凝汽器真空。

（7）冷卻塔冷卻面積設(shè)計(jì)偏小，冷卻塔的配水槽及淋水孔、濺水碟等被臟物堵塞，冷卻效果變差，冷卻后的水溫偏高，使真空降低。

（8）凝汽器高水位運(yùn)行，淹沒(méi)了下部部分水管，使該部分水管失去冷卻作用。

（9）循環(huán)水溫度比制造廠設(shè)計(jì)規(guī)定值偏高，影響機(jī)組真空。

（10）汽輪機(jī)二級(jí)旁路系統(tǒng)的有關(guān)隔離閥門不嚴(yán)密，運(yùn)行狀態(tài)下漏氣，使凝汽器真空降低。

3.項(xiàng)目確立

該廠真空系統(tǒng)的抽氣設(shè)備采用的是水環(huán)式真空泵。根據(jù)真空泵的設(shè)備原理可知影響真空泵性能的因素有：

3.1工作液溫度

凝汽器抽真空系統(tǒng)的真空泵密封水作為泵的工作液，其溫度對(duì)真空泵的工作效率有著直接影響。由于密封水的冷卻水溫度偏高，加上從凝汽器抽出的空氣和蒸汽混合物不斷對(duì)密封水加熱，以及工作液在真空泵內(nèi)摩擦產(chǎn)生熱量，通常實(shí)際的工作液溫度遠(yuǎn)大于這一設(shè)計(jì)值。隨著工作液溫度升高，泵的抽吸能力大大降低，致使凝汽器背壓也隨之升高。為提高真空泵的工作效率，提高抽吸能力，就必須降低真空泵工作液的溫度。

3.2吸入氣體溫度

研究發(fā)現(xiàn)，隨著吸入氣體溫度和密封水溫度的升高，真空泵抽吸性能下降，泵的極限抽吸壓力升高。

要提高真空泵的工作效率（即提高抽吸速度），并降低極限抽吸壓力，至少有兩個(gè)途徑：一是降低真空泵工作液的溫度；二是降低真空泵吸入氣體溫度，即凝汽器來(lái)的空氣一水蒸氣混合物的溫度。

4.改造方案選定

針對(duì)以上情況經(jīng)過(guò)分析討論總結(jié)出來(lái)了該廠機(jī)組真空泵存在的問(wèn)題并制定了改造方案，具體如下：

4.1機(jī)組運(yùn)行中真空泵系統(tǒng)存在的問(wèn)題

機(jī)組真空泵采用凝結(jié)水作為工作用水，工作水冷卻器的冷卻水為開(kāi)式循環(huán)水，然而，由于夏、秋季開(kāi)式循環(huán)水溫度較高，通過(guò)冷卻器冷卻后的真空泵工作水進(jìn)水溫度多高于33℃，甚至達(dá)到38℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其設(shè)計(jì)溫度，造成了真空泵抽吸能力大幅下降，性能惡化，使機(jī)組無(wú)法在最佳的工況下運(yùn)行，嚴(yán)重影響了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。

4.2改造方案

為改善夏、秋季真空泵抽吸能力不足的問(wèn)題，需對(duì)真空泵工作水冷卻器的水源進(jìn)行了改造，降低真空泵工作水的溫度來(lái)提高真空泵的工作效率。而從該廠的所有可用于做冷卻水的水源來(lái)分析可知由于施工限制單獨(dú)接一路冷卻水源不現(xiàn)實(shí)。因此必須從現(xiàn)有的系統(tǒng)來(lái)選定最為可靠、方便和有效的水源。

該廠主廠房來(lái)水共有工業(yè)水、軟化水、除鹽水、小城鎮(zhèn)來(lái)水和消防水等幾路水源。該廠真空泵冷卻水原水源為工業(yè)水，故不再考慮采用工業(yè)水的問(wèn)題。比較其他幾路水源中消防水由于為消防專用不能使用，除鹽水溫度一般在25℃左右且造價(jià)太高，軟化水和小城鎮(zhèn)來(lái)水的溫度一般在20℃左右，所以水源就鎖定在軟化水和小城鎮(zhèn)來(lái)水上。從汽輪機(jī)房?jī)?nèi)各路水源的布置圖中我們可以發(fā)現(xiàn)，如果要采用小城鎮(zhèn)來(lái)水的話由于小城鎮(zhèn)來(lái)水是該廠的生活用水水源，在生活水用水高峰期時(shí)其壓力不能夠保證。而軟化水是從軟化水車間經(jīng)軟化水泵升壓后接至熱網(wǎng)補(bǔ)水，位置接近兩臺(tái)機(jī)組真空泵安裝位置，管道安裝方便，使用操作起來(lái)比較簡(jiǎn)單，故選擇用此路水源作為真空泵冷卻器改造后的冷卻水源。

鑒于此，從軟化水泵至熱網(wǎng)補(bǔ)水的管道分別接一路至#1、#2機(jī)組的兩臺(tái)真空泵冷卻器，此路水源通過(guò)測(cè)量在夏秋兩季比工業(yè)水系統(tǒng)水溫低3-5℃，且由于軟化水泵的升壓作用壓力高于工業(yè)水，這樣在夏秋兩季采用軟化水泵來(lái)水供真空泵冷卻器，可使真空泵工作水水溫保持在較低的溫度，通過(guò)降低真空泵工作水水溫以提高真空泵的出力，進(jìn)而提高了凝汽器真空和機(jī)組的效率，而春冬季仍可采用原來(lái)的方式進(jìn)行冷卻。

5.改造效果及經(jīng)濟(jì)效益

兩臺(tái)機(jī)組的真空泵系統(tǒng)改造完成后對(duì)兩臺(tái)機(jī)組在不同時(shí)段各做了3次測(cè)試。每次試驗(yàn)時(shí)，在同一負(fù)荷下，分別記錄了真空泵冷卻器采用工業(yè)水水源和采用軟化水水源兩種情況下機(jī)組的真空，以進(jìn)行兩種情況的對(duì)比，每次試驗(yàn)均在冷卻水源改變后真空泵工作水和冷卻器進(jìn)回水溫度溫度后至少運(yùn)行1個(gè)小時(shí)后記錄，確保了工況穩(wěn)定。

試驗(yàn)證明系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)凝汽器真空比改造前提高1KPa以上，且能保證設(shè)備運(yùn)行正常，機(jī)組穩(wěn)定。

該廠兩臺(tái)機(jī)組全年平均負(fù)荷為120MW，改造后兩臺(tái)機(jī)組真空提高效果最好的時(shí)間段為5-9月（共5個(gè)月），在這段時(shí)間改變真空泵冷卻器的冷卻水水源，機(jī)組真空可平均提高1KPa，根據(jù)135MW火電機(jī)組參數(shù)變化對(duì)煤耗影響的情況看，機(jī)組真空每變化1KPa對(duì)煤耗影響為3.7g，故由以上情況可以得出：

5個(gè)月總運(yùn)行小時(shí)：

5×30×24=3600小時(shí)，

每小時(shí)兩臺(tái)機(jī)組共發(fā)電量：

120000KW×2=240000KW，也就是兩臺(tái)機(jī)組每小時(shí)發(fā)電為240000度。

綜上可知，這五個(gè)月共節(jié)煤量（折合為標(biāo)煤）為：

3600×240000×3.7=3196800000g=3196.8t

由此我們可以看到，通過(guò)對(duì)真空泵工作水冷卻器冷卻水源的改造對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的影響，同時(shí)我們也看到了由此產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益。

【參考文獻(xiàn)】

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