1000MW機(jī)組真空系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化研究

文_許建林 張青松 神華國華壽光發(fā)電有限責(zé)任公司

1 概述

國華壽光電廠1000MW機(jī)組凝汽器真空系統(tǒng)由主機(jī)真空系統(tǒng)和小機(jī)真空系統(tǒng)組成。主機(jī)凝汽器真空系統(tǒng)為雙背壓運(yùn)行方式，分為高、低壓兩側(cè)，高低側(cè)之間有聯(lián)絡(luò)門，可以單雙背壓相互切換。系統(tǒng)設(shè)3臺水環(huán)真空泵，除啟動機(jī)組等特殊時(shí)間外其他時(shí)間段常為2用1備，單臺真空泵電流為160～190A。小機(jī)凝汽器真空系統(tǒng)為單背壓運(yùn)行方式，小汽機(jī)系統(tǒng)與大汽機(jī)系統(tǒng)凝汽器工況基本相同，除啟動機(jī)組等特殊時(shí)間外其他時(shí)間段常為1用1備，單臺真空泵電流為160～190A。此種設(shè)計(jì)運(yùn)行方式造成能量損耗，且真空泵性能和出力受制于工作液溫度的變化。尤其夏季高溫時(shí)，水環(huán)真空泵性能和出力下降，可能導(dǎo)致凝汽器真空下降，造成機(jī)組經(jīng)濟(jì)性降低。

1 凝汽器水環(huán)真空泵存在問題

1.1 凝汽器水環(huán)真空泵能耗巨大

①在設(shè)計(jì)選型時(shí)，為保證初建真空的時(shí)間，故選型液環(huán)泵型號及電機(jī)功率余量較大。在實(shí)際運(yùn)行中，初期階段和火電機(jī)組負(fù)荷有較大變化時(shí)，需要比較大的抽氣能力，只有2臺同時(shí)運(yùn)行，才能使得真空度迅速達(dá)到指定的要求。當(dāng)在穩(wěn)定運(yùn)行的階段(特別是在高真空區(qū)段)，并不需要特別高的抽氣能力，只需維持凝汽器的真空度和抽吸凝汽器中的不凝性氣體。

②根據(jù)真空設(shè)備原理，液環(huán)泵運(yùn)行需要用電動機(jī)把水?dāng)噭悠饋硇纬伤h(huán)密封，以便液環(huán)泵抽真空。但電機(jī)用于攪和水所做的無用功遠(yuǎn)大于抽真空的有用功，形成巨大浪費(fèi)。

③在凝汽器啟動、真空嚴(yán)密性變差、液環(huán)泵因工作水溫變高而抽氣能力變差時(shí)，現(xiàn)有的運(yùn)行方式是通過增加液環(huán)泵的運(yùn)行數(shù)量來滿足實(shí)際需要。由于液環(huán)泵本身屬于高耗能的設(shè)備，僅有開關(guān)兩種狀態(tài)，且單臺的裝機(jī)功率達(dá)到了90kW，功耗極大。

1.2 現(xiàn)用設(shè)備的安全隱患

①大液環(huán)泵110kW電機(jī)為定頻電機(jī)，匹配電壓極大。同時(shí)也會有啟動時(shí)的大電流，造成電器設(shè)備的安全隱患。

②在大液環(huán)泵達(dá)到極限能力時(shí)(尤其是單級水環(huán)真空泵)，容易形成氣蝕現(xiàn)象，導(dǎo)致產(chǎn)生巨大振動和噪聲。需要定期檢修大液環(huán)泵，修補(bǔ)葉輪，會產(chǎn)生大量的維護(hù)成本。電廠加裝了1套大氣噴射器裝置彌補(bǔ)液環(huán)真空泵能力缺陷，避免了氣蝕但增加了系統(tǒng)功耗。

1.3 影響發(fā)電機(jī)組經(jīng)濟(jì)性，增加煤耗

①大水環(huán)真空泵性能和出力受工作液溫度的變化影響。夏季高溫時(shí)，水環(huán)真空泵性能和出力下降，可能導(dǎo)致凝汽器真空下降，機(jī)組經(jīng)濟(jì)性降低。

②凝汽器真空度受季節(jié)、冷卻水狀況、冷卻效果及真空嚴(yán)密性等條件影響而效能受限，無法保持在最佳真空值，且難以通過較小投資改善這些相關(guān)影響因素。

2 真空優(yōu)化方案一

2.1 主機(jī)與小機(jī)真空系統(tǒng)增加聯(lián)絡(luò)門

主機(jī)與給水泵汽輪機(jī)的凝汽器是相互獨(dú)立的，其抽真空系統(tǒng)相應(yīng)采取了各自獨(dú)立的系統(tǒng)，運(yùn)行中主機(jī)凝汽器高、低壓側(cè)各運(yùn)行1臺真空泵，備用1臺真空泵。給水泵汽輪機(jī)凝汽器運(yùn)行1臺真空泵，備用1臺真空泵。在主機(jī)低壓側(cè)凝汽器抽真空系統(tǒng)真空泵入口與給水泵汽輪機(jī)抽真空系統(tǒng)真空泵入口加裝聯(lián)絡(luò)門，通過主機(jī)低壓凝汽器背壓抽吸給水泵汽輪機(jī)凝汽器氣體，在滿足給水泵凝汽器背壓基礎(chǔ)上，停運(yùn)給水泵汽輪機(jī)凝汽器真空泵。

2.2 效果分析

優(yōu)化方案在冬季既能保證主機(jī)及給水泵汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)背壓要求，又能降低真空泵耗電量，同時(shí)增加了機(jī)組真空泵的備用臺數(shù)，提高了機(jī)組真空系統(tǒng)的可靠性。

2.3 真空泵運(yùn)行優(yōu)化技術(shù)措施

秋冬季節(jié)控制冷凝器真空系統(tǒng)平均背壓在2.5～3.0kPa之間,主機(jī)單背壓并與小機(jī)凝汽器并列運(yùn)行（高低壓凝汽器和小機(jī)凝汽器聯(lián)絡(luò)門均開啟）。

①當(dāng)凝汽器高低壓側(cè)平均背壓低于3.8kPa，采用2臺主機(jī)真空泵帶2臺凝汽器運(yùn)行；停運(yùn)全部小機(jī)真空泵，由主機(jī)2臺真空泵接帶大機(jī)凝汽器和小機(jī)凝汽器運(yùn)行（4.5kPa恢復(fù)）。

②當(dāng)機(jī)組凝汽器平均背壓低于2.8kPa，采用單泵帶3臺凝汽器運(yùn)行，由1臺主機(jī)真空泵接帶大機(jī)高低壓側(cè)和小機(jī)凝汽器；（3.5kPa時(shí)恢復(fù)）。

③當(dāng)機(jī)組凝汽器平均背壓低于2.5kPa，關(guān)閉運(yùn)行主機(jī)真空泵入口手動門至1/3，如無上升趨勢則適當(dāng)開啟啟動疏水泵至高壓疏水?dāng)U容器管道放水門（EH油箱后），調(diào)節(jié)背壓高于2.5kPa，不得超過3.0kPa。

3 真空優(yōu)化方案二

主機(jī)單側(cè)將原有的水環(huán)式真空泵改為1臺高效的羅茨真空泵,給水泵汽輪機(jī)凝汽器改為1臺高效的羅茨真空泵。采取羅茨真空泵+管式換熱器+水環(huán)式真空泵組合方式。

主機(jī)配備1臺ER7000帶排氣口冷卻器的變頻兩葉羅茨真空泵作為主泵，1500r/min時(shí)的抽速約為2900m3/h，2950r/min時(shí)抽速為5900m3/h；配備1臺ER3300機(jī)械密封變頻運(yùn)行兩葉羅茨真空泵作為次級真空泵，變頻調(diào)整幅度可以為1500～3000m3/h。

3.1 高效羅茨液環(huán)真空泵組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性分析

①節(jié)電率高。比水環(huán)式真空泵節(jié)電約70%。

②極限真空能力更強(qiáng)。采用羅茨泵和水環(huán)式真空泵技術(shù)串聯(lián)技術(shù)，極限真空可以達(dá)到50～400Pa，1000MW機(jī)組可以提高高、低背壓凝汽器真空0.1～0.5kPa。

③適應(yīng)機(jī)組真空嚴(yán)密性能力更強(qiáng)。100M0W機(jī)組配置羅茨泵為變頻設(shè)備，可以根據(jù)機(jī)組實(shí)際真空產(chǎn)密性情況，通過調(diào)節(jié)變頻器轉(zhuǎn)速器調(diào)整系統(tǒng)出力，因此適應(yīng)能力更強(qiáng) 。

④用高效羅茨液環(huán)真空泵組優(yōu)勢：能降低水環(huán)真空泵功耗，大水環(huán)泵停機(jī)備用；且改造后總能耗僅33.5W，比之蒸汽噴射器所用小功率水環(huán)泵系統(tǒng)能耗更低，且不需要使用蒸汽。

高效羅茨液環(huán)機(jī)組抽氣能力不受工作水溫度的制約，在水溫高時(shí)仍可以保持其抽氣能力設(shè)計(jì)值。且其設(shè)計(jì)值上限比現(xiàn)用設(shè)備及蒸氣噴射系統(tǒng)高近1倍。

在真空嚴(yán)密性差，水環(huán)泵抽氣能力不足時(shí)可以提高機(jī)組凝汽器真空能徹底解決原水環(huán)真空泵的汽蝕問題。

維護(hù)成本低(因原配置真空泵僅在機(jī)組啟動時(shí)使用，大液環(huán)泵免維護(hù))。

3.2 抽真空系統(tǒng)改造安全可靠性分析

①機(jī)組啟動時(shí)，按原運(yùn)行方式將原有抽真空設(shè)備投入運(yùn)行，用以建立真空。

②機(jī)組運(yùn)行正常、真空穩(wěn)定情況下，高效真空泵組投入運(yùn)行、用以維持真空，原有抽真空設(shè)備停機(jī)做備用。

③機(jī)組真空系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重泄漏，高效真空泵不能維持凝汽器真空時(shí)將原有抽真空設(shè)備其中1臺或2臺投入運(yùn)行以滿足真空要求。

④高效真空泵組在檢修或設(shè)備故障時(shí)，原有抽真空設(shè)備投入運(yùn)行，確保真空要求。

⑤改造后機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)主要以高效真空泵組維持真空，為1運(yùn)3備運(yùn)行方式，設(shè)備之間有可靠的聯(lián)鎖控制系統(tǒng)。改造后機(jī)組真空泵系統(tǒng)備用系數(shù)增加，安全可靠性提高。

4 羅茨真空泵改造后效果評估

壽光電廠1#機(jī)組羅茨真空泵改造完成，原大機(jī)和小機(jī)真空泵全部停運(yùn)，目前只運(yùn)行2臺羅茨真空泵，節(jié)能效果顯著。在機(jī)組啟動時(shí)使用水環(huán)真空泵組建立凝汽器真空，待達(dá)到正常真空值(低于10kPa）后，投入羅茨真空泵組來維持真空，原水環(huán)真空泵作備用，以保證真空系統(tǒng)可靠性和經(jīng)濟(jì)性；同時(shí)由于單機(jī)原水環(huán)真空泵全部停運(yùn)，真空泵冷卻水耗量降低約1/2，真空泵冷卻水泵可停運(yùn)1臺備用（節(jié)約37kW,額定電流69A）；運(yùn)行方式由夏季2運(yùn)1備改為1運(yùn)2備。

以1#機(jī)組真空泵實(shí)際運(yùn)行參數(shù)計(jì)算，單臺原水環(huán)真空泵電流約169A，正常運(yùn)行共計(jì)3臺（3×169=507A）；使用羅茨高效真空泵組，單臺羅茨真空泵總電流約60A，正常運(yùn)行共計(jì)2臺（2×60=120A）；按上網(wǎng)電價(jià)0.34元/ kWh，真空設(shè)備年運(yùn)行6000h計(jì)算，節(jié)電率達(dá)79.1%。

5 結(jié)語

通過對主機(jī)與小機(jī)真空系統(tǒng)的優(yōu)化改造，可以在一定程度上提高機(jī)組真空系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，降低機(jī)組煤耗，降低廠用電率，為機(jī)組的節(jié)能優(yōu)化起到一定的作用。