真空泵工作液冷卻水系統(tǒng)改造效果的合理評(píng)估

顧志云，林曉真，房大明

（1.上海明華電力技術(shù)工程有限公司，上海 200090；2.江蘇徐礦綜合利用發(fā)電有限公司，江蘇 徐州 221137）

0 概 述

真空泵是大型火力發(fā)電機(jī)組中功耗小卻發(fā)揮大作用的輔機(jī)。真空泵抽吸空氣的能力直接影響凝汽器內(nèi)空氣的聚集程度，從而影響機(jī)組的真空度和經(jīng)濟(jì)性。真空泵的工作能力主要是受其工作液溫度的影響。目前電廠多采用循環(huán)水或者工業(yè)水進(jìn)行工作液的冷卻，但是夏季時(shí)循環(huán)水和工業(yè)水的溫度升高，真空泵的工作能力下降，凝汽器內(nèi)的空氣無法被及時(shí)抽出，導(dǎo)致凝汽器真空度的惡化，更甚者，將引起真空泵的汽蝕，影響機(jī)組的安全性。因此，有必要采取相應(yīng)措施，對(duì)機(jī)組的真空泵工作液冷卻水的系統(tǒng)進(jìn)行改造。例如采用真空泵工作液冷卻水的系統(tǒng)改造，或?qū)Q熱器進(jìn)行改造。真空泵工作液冷卻水系統(tǒng)改造的方案和方法在多篇文獻(xiàn)中已有詳細(xì)介紹，但對(duì)于核算冷卻水系統(tǒng)改造后的節(jié)能量，并沒有詳細(xì)的介紹，因此，現(xiàn)以某廠的冷卻水系統(tǒng)改造前后運(yùn)行參數(shù)為例，介紹節(jié)能量的核算方法。

1 真空泵工作液冷卻水系統(tǒng)的改造

1.1 工作液的冷卻水系統(tǒng)

某電廠真空系統(tǒng)中的抽汽設(shè)備采用了水環(huán)式真空泵，每臺(tái)機(jī)組配置2臺(tái)相同型號(hào)和出力的真空泵。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，1臺(tái)運(yùn)行，1臺(tái)備用。真空泵的工作液來自凝結(jié)水系統(tǒng)中的凝結(jié)水，冷卻液來自開式循環(huán)水。在正常工況下，真空泵的工作液被循環(huán)水冷卻，真空泵的抽吸壓力低于凝汽器壓力，可及時(shí)抽吸不凝結(jié)氣體。原真空泵工作液的冷卻水系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 原真空泵工作液的冷卻水系統(tǒng)

經(jīng)分析，在圖1所示系統(tǒng)中，真空泵工作液的冷卻水系統(tǒng)存在幾個(gè)方面的問題。

（1）真空泵的工作液取自凝結(jié)水，凝結(jié)水的溫度受機(jī)組運(yùn)行狀況和季節(jié)的影響，有時(shí)會(huì)達(dá)到很高的溫度，難以被冷卻到合適的工作溫度，真空泵的工況條件易被惡化。

（2）真空泵工作液的冷卻水取自循環(huán)水，循環(huán)水的溫度將隨著季節(jié)溫度而變化。在夏季，循環(huán)水的溫度明顯升高，很難保持與凝結(jié)水的正常冷卻度，常導(dǎo)致真空泵的抽吸能力下降，嚴(yán)重時(shí)，真空泵還將發(fā)生汽蝕。

（3）采用了管殼式換熱器冷卻真空泵的工作液，常因換熱器被堵塞，而無法對(duì)工作液進(jìn)行冷卻。

1.2 真空泵工作液冷卻水系統(tǒng)的改造方案

針對(duì)冷卻水系統(tǒng)存在的問題，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了合理的改造。

首先，考慮采用比凝結(jié)水溫度更低更穩(wěn)定的水源作為真空泵的工作液，該電廠系統(tǒng)中的除鹽水能滿足這一要求，因此，將真空泵的工作液改為除鹽水。其次，循環(huán)水的溫度隨著夏季溫度上升，考慮采用空調(diào)冷凍水作為真空泵工作液的冷卻水。空調(diào)冷凍水的溫度設(shè)定為8℃，足以滿足冷卻真空泵工作液的要求。

另外，還在冷卻系統(tǒng)中增加了板式換熱器，增強(qiáng)了換熱效果。改造后的真空泵工作液冷卻水系統(tǒng)，如圖2所示。

圖2 改造后真空泵工作液的冷卻水系統(tǒng)

2 改造后節(jié)能效果的定量評(píng)估

為了對(duì)冷卻水系統(tǒng)改造的效果進(jìn)行評(píng)估，在相同條件下，對(duì)冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行了改造前后的對(duì)比試驗(yàn)。

2.1 真空泵工作液冷卻水改造前后對(duì)比試驗(yàn)

為了比較不同機(jī)組、不同負(fù)荷的改造效果，評(píng)估試驗(yàn)分別安排在2臺(tái)機(jī)組中進(jìn)行，試驗(yàn)時(shí)機(jī)組的負(fù)荷分別為100%、60%。試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集，在工作液和冷卻水切換穩(wěn)定半小時(shí)后進(jìn)行。采集的各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，如表1所示。

表1 背壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)

為了保證工作液和冷卻水投切前后對(duì)比試驗(yàn)的精度，發(fā)電功率采用精度為0.01%的三相高精度功率表進(jìn)行測(cè)量，循環(huán)水進(jìn)水溫度采用Ⅰ級(jí)鉑電阻進(jìn)行測(cè)量，為測(cè)量背壓安裝了試驗(yàn)專用表，表1中的數(shù)值均為實(shí)測(cè)值。

從表1可知，2臺(tái)機(jī)組在100%負(fù)荷時(shí)，實(shí)測(cè)的背壓值比較接近。觀察機(jī)組負(fù)荷降低后的真空泵工作液冷卻水的改造效果，以2號(hào)機(jī)組為例，將負(fù)荷降至60%，此時(shí)，實(shí)測(cè)機(jī)組的背壓改善值，已降至100%負(fù)荷值的40%。

2.2 改造真實(shí)效果要扣除循環(huán)水溫度變化造成的影響

在評(píng)估試驗(yàn)過程中，盡管其他對(duì)比試驗(yàn)時(shí)的條件可以嚴(yán)格控制，但循環(huán)水的溫度受環(huán)境溫度的影響，無法人為控制，而循環(huán)水的溫度變化又直接影響真空度的變化數(shù)值。因此，利用背壓變化考核改造效果時(shí)，必須扣除試驗(yàn)過程中循環(huán)水溫度變化帶來的影響，如此才能保證背壓的變化均由冷卻水的切換造成的，其中循環(huán)水溫度的變化對(duì)真空度的影響，是通過凝汽器熱平衡和變工況計(jì)算得到。對(duì)于循環(huán)水溫度的影響，經(jīng)計(jì)算后所得的數(shù)據(jù)，如表2所示。

2.3 改換冷卻液后的節(jié)能量計(jì)算

為計(jì)算改換循環(huán)水冷卻液后獲得的節(jié)能量，采用公式（1）進(jìn)行計(jì)算：

2.3.1 改造后的煤耗下降值

1號(hào)機(jī)組在300MW負(fù)荷試驗(yàn)中，背壓下降0.24kPa，對(duì)煤耗的影響為0.76g／kW·h。2號(hào)機(jī)組在300MW負(fù)荷試驗(yàn)中，背壓下降0.79kPa，對(duì)額定工況煤耗的影響為2.89g／kW·h。在180 MW負(fù)荷試驗(yàn)中，背壓下降0.64kPa，對(duì)額定工況煤耗的影響為3.35g／kW·h。

2.3.2 節(jié)能量的計(jì)算

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，該電廠循環(huán)水冷卻液改造系統(tǒng)已投運(yùn)2年，每年空調(diào)冷凍水投入運(yùn)行的時(shí)間為3 600h，2014年的平均負(fù)荷接近180MW，廠用電率為5%。經(jīng)計(jì)算，該廠全年折算成煤的節(jié)能量為108.54噸／年。

2.4 影響改造效果評(píng)估的因素

2.4.1 冷卻水管道阻力對(duì)評(píng)估效果的影響

從以上試驗(yàn)結(jié)果可知，2號(hào)機(jī)組的改造效果明顯優(yōu)于1號(hào)機(jī)組的改造效果。2號(hào)機(jī)組真空泵工作液冷卻水管道設(shè)置優(yōu)于1號(hào)機(jī)組的管道設(shè)置，管道阻力減少，有更佳的冷卻效果。

2.4.2 外圍裝置對(duì)評(píng)估效果的影響

2號(hào)機(jī)組在運(yùn)行中，電廠在2號(hào)機(jī)組的真空泵旁放置了一個(gè)大風(fēng)扇，加強(qiáng)換熱，也是導(dǎo)致2號(hào)機(jī)組的改造效果明顯增加的原因。

2.4.3 循環(huán)水溫度變化對(duì)評(píng)估效果的影響

循環(huán)水溫度在投切冷卻水時(shí)會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)，因此直接參考背壓的變化作為評(píng)估的依據(jù)是不合理的。實(shí)際計(jì)算過程中，需要扣除循環(huán)水溫度變化對(duì)背壓的影響?？鄢h(huán)水溫度變化的影響之后，背壓的變化才可作為計(jì)算和評(píng)估節(jié)能量的依據(jù)。

表2 循環(huán)水溫度影響計(jì)算結(jié)果

2.4.4 節(jié)能量與運(yùn)行時(shí)間和負(fù)荷之間關(guān)系

核算改造后冷卻系統(tǒng)的效果，需要考慮空調(diào)冷卻水實(shí)際投入的時(shí)間，并非是全年時(shí)間，僅計(jì)算夏季空調(diào)投入的時(shí)間，在本例中計(jì)為3600h。另外，需要考慮機(jī)組運(yùn)行的實(shí)際負(fù)荷，不能簡(jiǎn)單地以滿負(fù)荷計(jì)算，應(yīng)依據(jù)年平均負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算。

3 結(jié) 語

針對(duì)夏季真空泵出力不足的情況，可采用相關(guān)措施進(jìn)行節(jié)能改造，如改用除鹽水作為真空泵的工作液，或改用空調(diào)冷凍水代替冷卻工作液，還可將管殼式換熱器改為板式換熱器。

在統(tǒng)計(jì)冷卻水系統(tǒng)改造后的經(jīng)濟(jì)價(jià)值時(shí)，應(yīng)考慮各種因素對(duì)冷卻效果的影響。對(duì)于評(píng)估試驗(yàn)的數(shù)據(jù)采集，需要關(guān)注循環(huán)水溫度的變化、管道阻力及外圍裝置等因素的影響。計(jì)算時(shí)，還要關(guān)注運(yùn)行小時(shí)數(shù)和實(shí)際負(fù)荷對(duì)冷卻效果的影響。