豐潤熱電2號機組凝汽器抽真空系統(tǒng)優(yōu)化改造

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摘要：本文主要介紹了汽輪機水環(huán)真空泵系統(tǒng)普遍存在的缺點、蒸汽噴射抽真空系統(tǒng)的工作原理和優(yōu)點，并通過介紹豐潤熱電公司2號機組凝汽器抽真空系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化改造，證明了“蒸汽噴射抽真空”技術的應用可行性。

關鍵詞：凝汽器；抽真空；真空泵；蒸汽；噴射

中圖分類號TK2 文獻標識碼A 文章編號2095-6363（2015）12-0057-02

凝汽器及其抽真空設備是汽輪機組的重要附屬設備，它們運行的效果直接影響著整個汽輪機組運行的經(jīng)濟性和可靠性。現(xiàn)階段凝汽器抽真空系統(tǒng)主要配用水環(huán)式真空泵設備。水環(huán)式真空泵存在著以下先天缺點：1）運行過程中噪聲較大。2）由于電機驅動，廠用電消耗量高（110kW電機）。3）水環(huán)泵常用開式循環(huán)水作為冷卻水，但開式循環(huán)水溫度受到氣候條件影響，溫度變化較大，特別是夏天，循環(huán)冷卻水溫度最高可達近40℃，嚴重影響了水環(huán)真空泵的運行效率，在夏季大負荷期間，由于真空泵運行效率低，機組凝汽器真空度最低時僅能達到-85kPa，這不僅降低了汽輪機的運行經(jīng)濟性，嚴重時還可能造成機組低真空保護動作而發(fā)生跳機的非停事故。4）水環(huán)泵入口處真空度高，如果工作液換熱效果不好，極易造成泵入口部位各部件發(fā)生汽蝕，威脅設備安全運行。凝汽器水環(huán)真空泵存在上述先天缺陷，因此更加凸顯出抽真空系統(tǒng)改造的必要性。

1.背景

豐潤熱電公司每臺汽輪機組各配置了2臺湖北同方高科泵業(yè)有限公司生產(chǎn)的型號為2BW4 353-0EK4，功率為110kW的水環(huán)式真空泵，該水環(huán)泵與主機一同投產(chǎn)運行，投產(chǎn)時運行穩(wěn)定，但是運行過程中噪聲較大且廠用電消耗量高（110kW電機）。水環(huán)泵用開式水作為冷卻水。但循環(huán)水溫度受到氣候條件影響，溫度變化較大，特別是夏天，循環(huán)冷卻水溫度最高可達近32℃；根據(jù)歷史數(shù)據(jù)，循環(huán)冷卻水溫度在夏季約3個月的時間里高于28℃，這導致了水環(huán)真空泵的板式換熱器傳熱溫差小，換熱效果差，致使泵內(nèi)工作液溫度高達到三十多度，這嚴重影響了水環(huán)真空泵的運行效率，而且也容易造成泵入口部位的汽蝕，葉輪汽蝕斷裂缺陷見圖1。根據(jù)歷史記錄，在夏季大負荷期間，由于真空泵運行效率低，機組凝汽器真空度最低時僅能達到-85kPa，這嚴重影響了機組的經(jīng)濟性和安全性，嚴重時可能造成機組低真空保護動作而跳機的非停事故。

根據(jù)上述系統(tǒng)存在的問題，凝汽器因為真空泵夏季工作液溫度較高，工作液大量汽化，影響真空泵的出力，無法維持凝汽器最高真空；且真空泵耗能較高。另外，由于設備比較陳舊，導致嚴密性不好，凝汽器漏氣量增大真空泵設備長期受汽蝕的影響，葉輪出現(xiàn)裂紋易斷裂，直接影響凝汽器的安全運行。此前在液環(huán)泵冷卻水管線增加了一路地下深井水進行補涼。但水環(huán)泵仍然存在著電耗偏高、噪音大等問題，凝汽器無法達到最高真空的問題，因此更加凸顯出系統(tǒng)改造的必要性。

2.原凝汽器真空泵系統(tǒng)基本情況

真空泵型式：水環(huán)式真空泵。

真空泵型式：2BW4 353-0EK4

額定工況抽干空氣量：72.0kg/h

極限真空度：3.3kPa.a

真空泵級數(shù)：單級

真空泵的配置：每臺機組配2臺水環(huán)真空泵，機組啟動時投入2臺運行，正常運行時1臺運行，1臺備用。

真空泵2臺啟動至凝汽器建立額定真空時間不大于40min。

真空泵工作液條件

工作液水源：凝結水

工作液溫度：～40℃

冷卻水如下：

冷卻器水源：開式水

設計工業(yè)水溫：21℃

最高工業(yè)水溫：35℃

開式水壓力：0.15-0.5MPa、

開式水來自至冷凝器的循環(huán)水供水系統(tǒng)，經(jīng)升壓泵升壓后供給冷卻設備，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的補充水采用經(jīng)過深度處理后的中水。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)采用帶自然通風冷卻塔的二次循環(huán)供水系統(tǒng)。

3.蒸汽噴射抽真空技術原理

“蒸汽噴射抽真空系統(tǒng)”是替代“真空泵抽真空系統(tǒng)”的一種創(chuàng)新技術，它是在凝汽器抽真空系統(tǒng)中安裝多級蒸汽噴射器抽真空裝置，靠高速流動蒸汽的“誘導”原理，實現(xiàn)對凝汽器抽真空的目的。這樣有效解決了原真空泵因夏季工作水溫高因此工作出力低、運行噪音大及氣蝕等經(jīng)濟和安全問題，顯著提高凝汽器真空度，從而有效提高汽輪機組運行效率。原真空泵僅啟機時投運，機組正常運行時處于備用狀態(tài)，可有效達到減少耗用廠用電的節(jié)能效果。另外改造后，夏季可以平均提高機組真空0.5kPa；機組真空每提高1kPa可節(jié)約煤耗3.2g/（kw.H），因此該技改可降低煤耗1.6 g/（kw.H）。

凝汽器抽真空系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化改造方案系統(tǒng)流程圖如圖2。

在兩級噴射器3.1和3.2作用下產(chǎn)生真空。

誘導工作原理：D側為動力蒸汽側，通過動力噴嘴以超音速射流，產(chǎn)生真空，A為抽吸端（電廠指凝汽器來汽側），與D側的蒸汽混合后通過排出側E排出。蒸汽噴射器結構圖見圖3。

4.技術改造

2015年2月份，豐潤熱電公司對2號機組凝汽器抽真空系統(tǒng)實施了節(jié)能優(yōu)化改造：即在原真空泵抽汽系統(tǒng)旁并聯(lián)安裝了一套“普瑞森能源科技（北京）有限公司”設計生產(chǎn)的KTB-PO-14059P型“雙級蒸汽噴射抽真空系統(tǒng)”，保留原系統(tǒng)的2臺水環(huán)泵，在系統(tǒng)啟動階段用于預抽系統(tǒng)真空。正常工況下僅投運該“雙級蒸汽噴射抽真空系統(tǒng)”即可滿足工況要求。雙級蒸汽噴射器通過動力噴嘴以超音速射流，產(chǎn)生真空來抽吸凝汽器里的不凝氣體，其動力蒸汽可以考慮從輔機聯(lián)箱里抽出0.4Mpa的蒸汽，蒸汽量約1000kg/h。來從凝汽器的不可凝氣體通過該雙級蒸汽噴射器連同動力蒸汽進入系統(tǒng)冷凝器中冷卻，動力蒸汽和凝汽器被抽氣體中的水蒸汽冷凝成水，回收到凝汽器熱井中。

5.經(jīng)濟性計算

對投資回報等指標的分析計算如下。

標煤單價580元/噸，電價0.4元/度電。夏季運行時間4個月（電廠運行數(shù)2880h）計算，一臺300MW機組提高凝汽器真空每年所產(chǎn)生的經(jīng)濟效益：

1×（300×10）×2880×（0.5×3.2×10）×580=80.18萬元。

改造前水環(huán)泵如因汽蝕需更換葉輪約需30萬元費用（兩臺泵），改造后抽真空系統(tǒng)可以安全穩(wěn)定運行，更換周期最少延長至12年，節(jié)約費用15萬/年（按兩年更換計算）。

一臺300MW機組廠用電節(jié)省電費的經(jīng)濟效益：

原2BE1 353的電機功率為llOkW/h，按照電價0.4元，電廠運行數(shù)7000h計算。

110×7000×0.4=30.8萬元

動力蒸汽成本核算：

產(chǎn)生0.4MPa蒸汽所需要的煤成本約0.3元/度電，電廠運行數(shù)7000h計算，系統(tǒng)所消耗的0.4MPa蒸汽量為1.0t/h，動力蒸汽的成本為：1.0×110×7000×0.3=23.1萬元

則一臺300MW機組凝汽器真空系統(tǒng)改造后每年經(jīng)濟收益為：

80.18+15+30.8-23.1=102.88萬元

成本回收年計算：技改工程總投資約220萬元，每年可創(chuàng)造經(jīng)濟收益為102.88萬元，成本回收年限為：220/102.88=2.14（年）

6.結論

實踐證明，一臺300MW機組“凝汽器抽真空系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化改造”后，可降低標準煤耗1.6g/（kw.H）；如果機組全年“滿發(fā)”，每年可降低標準煤耗4204.8噸。這樣不僅顯著節(jié)約能源消耗，而且還將大大減少了硫化物、氮氧化物、碳氧化物和煙塵的排放，對社會環(huán)保意義巨大。另外，該項技術創(chuàng)新可有效避免傳統(tǒng)水環(huán)真空泵出力隨季節(jié)變化明顯、運行噪音大、部件易汽蝕的先天缺陷。

目前很多電力企業(yè)的“凝汽器抽真空系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化改造”都選用“蒸汽噴射抽真空系統(tǒng)”技術，如：豐潤熱電公司、包頭發(fā)電廠、龍口發(fā)電廠等。經(jīng)多廠實踐應用，該項技術改造節(jié)能效果顯著、設備運行可靠性大大增強，各技改的電力企業(yè)都達到了預期目標。這說明“蒸汽噴射抽真空系統(tǒng)”技術雖然起步較晚，但技術成熟度很高。該技改工程投資成本不高，成本回收年限短，約為2年。因此該技術創(chuàng)新已在電力企業(yè)廣泛推廣。