高效抽真空裝置在大型汽輪機(jī)組應(yīng)用探討

王金剛，李 凱，常延海，張 鵬

（華電淄博熱電有限公司，山東 淄博 255054）

高效抽真空裝置在大型汽輪機(jī)組應(yīng)用探討

王金剛，李 凱，常延海，張 鵬

（華電淄博熱電有限公司，山東 淄博 255054）

華電淄博熱電有限公司4號機(jī)組抽凝型式機(jī)組已改造為雙背壓雙轉(zhuǎn)子互換式供熱汽輪機(jī)組，目前高效抽真空裝置已在純凝和抽凝機(jī)組上應(yīng)用并推廣，節(jié)能效果良好，但受制于汽輪機(jī)高背壓工況凝汽器各參數(shù)與純（抽）凝工況不同，還未在雙背壓雙轉(zhuǎn)子互換式汽輪機(jī)組上應(yīng)用。高效抽真空裝置在華電淄博熱電有限公司大型雙背壓雙轉(zhuǎn)子互換式汽輪機(jī)組成功應(yīng)用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

高效抽真空裝置；雙背壓雙轉(zhuǎn)子互換式汽輪機(jī)組；應(yīng)用

0 引言

電廠鍋爐燒出的新蒸汽驅(qū)動汽輪機(jī)做功后，低參數(shù)的蒸汽進(jìn)入凝汽器。凝汽器中裝有大量換熱管，并通過循環(huán)冷卻水冷卻，變成凝結(jié)水，所放潛熱通過換熱管傳給循環(huán)冷卻水并被帶走，排汽被冷卻時(shí)其容積急劇縮小，因此汽輪機(jī)排汽口下凝汽器內(nèi)部造成比較高的真空，為了穩(wěn)定維持凝汽器的真空度，必須通過抽真空裝置將漏入凝汽器汽側(cè)的不凝結(jié)氣體抽出［1］。

目前，汽輪機(jī)凝汽器抽真空裝置主要有水環(huán)真空泵、射水抽氣器、蒸汽噴射器等。但實(shí)際運(yùn)行中，上述抽真空裝置普遍存在選型偏大、功耗較高、效率低、性能受制于工作水溫度變化、維護(hù)成本高等缺點(diǎn)，近年開始推廣高效抽真空裝置，即多級羅茨泵加水環(huán)泵組合設(shè)備，既可有效解決水環(huán)泵汽蝕、氣溫高時(shí)抽氣性能下降的問題，同時(shí)通過減少過大的設(shè)計(jì)裕量，可以節(jié)電50%～80%。高效抽真空裝置已在純凝和抽凝機(jī)組上推廣，經(jīng)濟(jì)效益顯著［2］，但還未在雙背壓雙轉(zhuǎn)子互換式供熱汽輪機(jī)組上應(yīng)用。

華電淄博熱電有限公司4號機(jī)組由抽凝型式改造為雙背壓雙轉(zhuǎn)子互換式供熱汽輪機(jī)組。所謂雙背壓雙轉(zhuǎn)子互換式供熱汽輪機(jī)組就是夏季采用抽凝工況運(yùn)行，凝汽器設(shè)計(jì)背壓為4.9 kPa，凝汽器熱量全部被開式循環(huán)水帶走，被涼水塔排至大氣；冬天采用高背壓工況運(yùn)行，設(shè)計(jì)背壓為45 kPa，城市熱網(wǎng)循環(huán)水作為凝汽器冷卻水，熱網(wǎng)循環(huán)水吸收低壓缸排汽余熱，充分利用機(jī)組的冷源損失進(jìn)行城市集中供熱［3］。目前，汽輪機(jī)雙背壓雙轉(zhuǎn)子互換式供熱改造已經(jīng)大量應(yīng)用［4］，高效抽真空裝置若能在雙背壓雙轉(zhuǎn)子互換式供熱機(jī)組上推廣，前景廣闊。

1 汽輪機(jī)凝汽器高效抽真空裝置工作原理

汽輪機(jī)凝汽器高效抽真空裝置是由1臺羅茨真空泵和1臺水環(huán)真空泵串聯(lián)而成的。當(dāng)羅茨水環(huán)真空泵組運(yùn)行時(shí)，蒸汽和不凝結(jié)氣體經(jīng)羅茨真空泵增壓后經(jīng)級間冷凝器冷卻進(jìn)入水環(huán)泵，由于羅茨真空泵的增壓和級間冷凝器的冷凝作用，使得水蒸汽基本在級間冷凝器內(nèi)凝結(jié)，其汽化潛熱由級間冷凝器的冷卻水帶走，水環(huán)真空泵吸入的氣體基本都是不凝結(jié)氣體；同時(shí)羅茨真空泵的增壓，使水環(huán)真空泵的入口壓力提高1倍，可保證水環(huán)真空泵高效穩(wěn)定運(yùn)行。

但雙背壓雙轉(zhuǎn)子互換式汽輪機(jī)組與普通的純凝機(jī)組和背壓機(jī)組運(yùn)行方式不同，非供熱季采用純凝轉(zhuǎn)子，汽輪機(jī)排汽溫度較低，凝汽器背壓較低，循環(huán)水為開式循環(huán)，凝汽器吸收的熱量全部被開式水帶到?jīng)鏊l(fā)到大氣中；供熱季適當(dāng)提高凝汽器背壓，循環(huán)水為城市供熱高溫循環(huán)水，凝汽器吸收的熱量對城市居民供熱［5］。兩種運(yùn)行工況參數(shù)的截然不同，決定著抽真空系統(tǒng)形式和運(yùn)行方式不同。

供熱季汽輪機(jī)高背壓運(yùn)行工況，排汽溫度高，凝汽器背壓高，蒸汽溫度高，含水量大，原抽汽系統(tǒng)無法在此高背壓工況下運(yùn)行，所以必須解決以下3個(gè)問題：一是抽汽溫度高問題，二是抽氣含水量大問題，三是系統(tǒng)內(nèi)存水疏水問題。

2 汽輪機(jī)組高效抽真空裝置改造

2.1 改造思路

機(jī)組進(jìn)行雙背壓雙轉(zhuǎn)子互換供熱改造后，在不改變原有的兩臺射水泵基礎(chǔ)上增加1臺高效抽真空裝置，高效抽真空裝置是由1臺四級羅茨真空泵和1臺水環(huán)真空泵串聯(lián)而成的。當(dāng)羅茨水環(huán)真空泵組運(yùn)行時(shí)，蒸汽和不凝結(jié)氣體經(jīng)羅茨真空泵增壓后經(jīng)級間冷凝器冷卻進(jìn)入水環(huán)泵，由于羅茨真空泵的增壓和級間冷凝器的冷凝作用，使得水蒸汽基本在級間冷凝器內(nèi)凝結(jié)，其汽化潛熱由級間冷凝器的冷卻水帶走，水環(huán)真空泵吸入的氣體基本都是不凝結(jié)氣體；同時(shí)羅茨真空泵的增壓，使水環(huán)真空泵的入口壓力提高1倍，可保證水環(huán)真空泵高效穩(wěn)定運(yùn)行。

為解決供熱季汽輪機(jī)高背壓工況抽汽溫度高、抽氣含水量大、系統(tǒng)內(nèi)存水疏水問題，需對抽真空系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)：在抽汽母管上增加節(jié)流孔板，控制水蒸汽的流量，提高高效抽真空裝置入口真空；在抽汽管上增加冷凝器，降低蒸汽溫度，除去抽氣中的水分；冷凝器上加裝多級水封回收凝水。通過上述措施，高效抽真空裝置可以實(shí)現(xiàn)在雙背壓雙轉(zhuǎn)子互換式汽輪機(jī)組正常運(yùn)行。

2.2 改造方案

在不改變原雙背壓雙轉(zhuǎn)子互換式汽輪機(jī)組射水抽氣器設(shè)備基礎(chǔ)上，增加1套高效抽真空裝置，包括1臺四級羅茨泵、1臺水環(huán)泵、2臺冷卻器及附屬閥門、控制箱、水箱等設(shè)備。

在抽汽母管上增加節(jié)流孔板，直徑根據(jù)節(jié)流孔板臨界孔徑計(jì)算公式計(jì)算。

蒸汽臨界流動時(shí)，孔板孔洞直徑

式中：F′k為臨界流動時(shí)，節(jié)流孔板孔洞面積。

式中：G為通過孔板的流量；T0為孔板前的滯止溫度；K″為系數(shù)；μ為流量系數(shù)；p0孔板前的滯止壓力；g為重力加速度；R為氣體常數(shù)。

經(jīng)計(jì)算得孔板直徑為48mm，節(jié)流件材質(zhì)為1Cr18Ni9Ti。增加節(jié)流孔板后，可有效控制水蒸汽的流量，防止大量蒸汽被高效抽真空裝置抽出，保證高效抽真空裝置抽氣功能正常，此為高效抽真空裝置能在高背壓工況下運(yùn)行的關(guān)鍵點(diǎn)之一。

在抽汽管上增加冷凝器，冷凝器冷卻水采用工業(yè)水，冷凝器有兩個(gè)作用，一個(gè)是降低抽氣溫度，二是將抽氣內(nèi)的水分冷凝，冷凝器采用板式冷凝器，冷卻面積18m2。

在冷凝器凝結(jié)水出口增加多級水封引至凝汽器，既能保證正常疏水，也能回收工質(zhì)和熱值，此凝結(jié)水排出后，高效抽真空裝置中羅茨泵將不會因積水而無法運(yùn)行，高效抽真空裝置即可長時(shí)間運(yùn)行。因凝汽器設(shè)計(jì)背壓為45 kPa，高效抽真空裝置入口背壓可達(dá)到3 kPa，所以為保證疏水通暢，必須保證一定疏水壓差。

式中：Δp為疏水壓差 ；ρ為介質(zhì)密度，g為重力加速度；ΔH為疏水管高差高度差；n為水封級數(shù)；H為單級水封高度。

經(jīng)計(jì)算，至少采用3級水封，每級水封高度為3m，可保證疏水通暢。改造后的系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 高效抽真空裝置與真空系統(tǒng)

2.3 裝置投運(yùn)后優(yōu)化

高效抽真空裝置投運(yùn)后，出現(xiàn)羅茨泵泵體積水電流擺動和電機(jī)過載跳閘問題，經(jīng)分析確定抽出的氣體中含蒸汽量過多。進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，一是將抽汽冷凝器疏水管接一路引至凝結(jié)水泵入口管，提高疏水壓差，保證冷凝器內(nèi)的疏水及時(shí)排出，防止進(jìn)入羅茨泵內(nèi)；二是在保證羅茨泵體溫度不超40℃，盡量關(guān)小羅茨泵體冷卻水進(jìn)水門，防止對抽汽進(jìn)一步冷卻產(chǎn)生冷凝水累積在羅茨泵泵體內(nèi)。通過實(shí)施上述兩個(gè)優(yōu)化調(diào)整方案，高效抽真空裝置可以安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3 結(jié)語

經(jīng)過研究和探索，高效抽真空裝置首次在大型雙背壓雙轉(zhuǎn)子互換式汽輪機(jī)組成功應(yīng)用。系統(tǒng)投運(yùn)后，羅茨泵電流13 A，水環(huán)泵電流11 A，與原射水抽氣器170 A運(yùn)行電流相比，降低146 A電流，按照全年5 000 h運(yùn)行時(shí)間計(jì)算，每年可節(jié)約電量50.57萬kWh，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

［1］蔣尋寒.大型汽輪機(jī)組雙壓凝汽器的抽空氣系統(tǒng)設(shè)置［J］.安徽電力，2013，30（2）：17-20.

［2］雍干.1 000MW機(jī)組抽真空系統(tǒng)優(yōu)化探討 ［J］.電力科學(xué)與工程，2010，26（11）：65-68.

［3］張秀琨，鄭剛，劉傳威，等.抽凝機(jī)組低真空循環(huán)水供熱技術(shù)分析與應(yīng)用［J］.上海電力學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，25（6）：543-546.

［4］趙偉光，李心國，江敏.東海熱電廠3號汽輪機(jī)組低真空供暖改造經(jīng)濟(jì)性評價(jià)［J］.東北電力技術(shù)，2005，26（10）：1-5.

［5］鄭杰.汽輪機(jī)低真空運(yùn)行循環(huán)水供熱技術(shù)應(yīng)用［J］.節(jié)能技術(shù)，2006，24（4）：380-382.

Discussion on the A pplication of H igh E fficiency V acuum P um ping U nit in L arge S team T urbine

WANG Jingang，LIKai，CHANG Yanhai，ZHANG Peng
（Huadian zibo thermoelectricity power Co.，Ltd，zibo 255054，China）

The extraction condensing turbine of the No.4 unit of Huadian Zibo Thermal Power Co.Ltd has been transformed into a double pressure double rotor interchangeable heating units.The high vacuum pumping device has been used in the pure condensation and condensation pumping units and has been promoted，showing good energy－saving effect.However，subject to the condition of high back pressure steam turbine，the parameters of condenser and that of the pure（pumping）coagulation conditions are different.Due to this reason，the high vacuum pumping device has not been used on the double pressure double rotor type steam turbine application swap in before.The high efficiency vacuum pumping unit was successfully applied to the large double back pressure double rotor interchange steam turbine unit of Huadian Zibo thermal power company limited for the first time，and receiving good economic and social benefits.

High efficiency vacuum pumping unit；double pressure double rotor interchange type steam turbine；application

TK269

A

1007－9904（2017）06－0060－03

2017-02-09

王金剛（1979），男，工程師，從事火電廠汽機(jī)管理工作；李 凱（1987），男，從事火電廠汽機(jī)技術(shù)管理工作；張 鵬（1970），男，從事火電廠汽機(jī)檢修管理工作；常延海（1970），男，從事火電廠汽機(jī)技術(shù)管理工作。