凝汽器真空管路減溫器的改造應(yīng)用

宋 吉

(國家能源集團蚌埠發(fā)電有限公司，蚌埠 233000)

水環(huán)式真空泵是發(fā)電廠凝汽設(shè)備的重要組成部分，其工作性能直接影響整臺機組的熱經(jīng)濟性和運行可靠性。真空泵的工作性能與工作液的溫度變化有著密切的關(guān)系，真空泵工作液溫度過高會導(dǎo)致真空泵效率下降，從而使凝汽器絕對壓力升高，真空偏離設(shè)計最佳值，最終影響供電煤耗。

本文針對目前火力發(fā)電廠中真空泵工作液溫度普遍偏高的情況，研究對策并對凝汽器抽真空管路進(jìn)行改造，最終達(dá)到了減少機組的冷源損失、提高循環(huán)熱效率的目的。本研究可為相同類型機組改造提供參考和借鑒。

1 改造前狀態(tài)及運行方式

1.1 設(shè)備銘牌

抽真空系統(tǒng)配有3臺50%容量的2BW353-DEK4型水環(huán)式真空泵，由佛山水泵廠生產(chǎn)，電動機為株洲南車電機股份有限公司生產(chǎn)的Y355L-10型。主要設(shè)計性能參數(shù)及說明如表1和表2所示。

表1 水泵設(shè)計性能參數(shù)及說明

表2 電動機設(shè)計性能參數(shù)及說明

1.2 真空系統(tǒng)運行方式

2號機組抽空氣管道為高低壓凝汽器分列布置，配備3臺50%容量水環(huán)式真空泵。在3臺真空泵抽空氣入口管道處設(shè)置2個聯(lián)絡(luò)電動門，可根據(jù)真空嚴(yán)密性情況靈活調(diào)整真空泵運行方式。

2 改造前存在的問題及原因分析

2.1 改造前存在的問題

2.1.1 工作液溫度高

2.1.2 真空泵汽蝕

機組檢修期間對真空泵進(jìn)行了解體檢查，發(fā)現(xiàn)3臺真空泵在葉輪處均存在不同程度的汽蝕情況，而且葉輪根部有裂紋。對此進(jìn)行了打磨、挖補堆焊處理。解體檢查情況與運行期間真空泵本體噪聲明顯、振動較大的汽蝕現(xiàn)象吻合。

2.2 原因分析

凝汽器絕對壓力的高低與真空泵工作性能密切相關(guān)，而水環(huán)式真空泵工作液溫度的降低對泵體的抽吸能力的提高起到?jīng)Q定性影響。真空泵工作液溫度升高的主要原因是：(1)泵內(nèi)葉輪與工作液的旋轉(zhuǎn)摩擦產(chǎn)生了熱量；(2)抽空氣管道內(nèi)攜帶的低溫水蒸氣釋放了汽化潛熱；(3)抽空氣管道內(nèi)空氣在工作液中放熱[2]。通過關(guān)閉運行真空泵抽空氣電動門并進(jìn)行空載試驗，發(fā)現(xiàn)真空泵由于轉(zhuǎn)速較低，葉輪旋轉(zhuǎn)摩擦產(chǎn)生的熱量約占導(dǎo)致真空泵工作液溫升熱量的20%～30%。抽空氣管道內(nèi)低溫水蒸氣凝結(jié)放出的汽化潛熱約占導(dǎo)致真空泵工作液溫升熱量的70%～80%。為了更直接地反映工作液溫度與真空泵絕對壓力變化關(guān)系，選取滿負(fù)荷穩(wěn)定階段進(jìn)行工作液變工況試驗，編繪工作液溫度與真空泵絕對壓力變化趨勢如圖1所示。

圖1 工作液溫度與真空泵絕對壓力變化趨勢圖

從圖1中可以得出結(jié)論：真空泵工作液溫度超過25 ℃后，其溫度升高對真空泵本體抽吸能力影響較大，且工作液溫度越高，真空泵工作性能下降越嚴(yán)重。腔室內(nèi)的部分液體汽化，體積膨脹會導(dǎo)致真空泵抽吸能力急劇衰減。所以有效降低抽空氣管道內(nèi)低溫水蒸氣凝結(jié)放出的汽化潛熱，是降低真空泵工作液溫升的主要應(yīng)對措施。

3 改造方案及實施

3.1 改造方案

技術(shù)人員根據(jù)現(xiàn)場情況，提出了如下改造方案：在抽空氣管道上加裝冷卻裝置，利用除鹽水與汽氣混合物進(jìn)行凝結(jié)換熱，從而帶走部分熱量，并利用抽空氣管道與凝汽器汽側(cè)下部的高度差將疏水送至凝汽器汽側(cè)。該方案有效減少了凝汽器汽氣混合物中的低溫蒸汽傳遞給真空泵工作液的熱量，提高了真空泵的抽吸能力，改善了傳熱效果，提高了汽輪機設(shè)備的熱經(jīng)濟性[3]。由于抽空氣管路內(nèi)低溫蒸汽快速凝結(jié)，依據(jù)道爾頓定律，在凝汽器絕對壓力與真空泵絕對壓力差壓不變的情況下，該方案增加了抽出空氣的質(zhì)量，從而提高了凝汽器的真空。

3.2 改造實施

2015年，利用春節(jié)停機檢修，對2號機抽真空管路進(jìn)行技改，具體施工圖如圖2所示。

3.2.1 抽空氣冷卻裝置安裝位置

1．2 方法 將調(diào)查人群分為4個年齡組（1～4、5～9、10～14、15～19歲組），每個年齡組各取600人（每個縣每個年齡組60人），對每位調(diào)查對象進(jìn)行血標(biāo)本采集和個案調(diào)查。均采集外周靜脈血4mL，離心后冷藏送周口市疾病預(yù)防控制中心檢驗室進(jìn)行檢測。均發(fā)放問卷調(diào)查個人基本情況、乙肝疫苗接種等信息。

2號機組高壓凝汽器和低壓凝汽器抽空氣管道原直徑273 mm、壁厚6 mm，在兩條管道上各安裝一臥式抽空氣冷卻裝置，冷卻裝置直徑716 mm、長度2 400 mm、壁厚8 mm。在此處將原抽空氣管道長度割除2 400 mm，2個割口斷面處理后與抽空氣冷卻裝置兩端焊接，管口直徑273 mm、壁厚6 mm，采用氬弧焊焊接?；瘜W(xué)低溫除鹽水在冷卻裝置內(nèi)通過霧化噴頭霧化，并與抽空氣管道中的汽氣混合物形成逆流，充分混合換熱。水蒸氣快速降溫凝結(jié)成水，沿抽空氣流動方向流動，通過下部設(shè)置的套筒式水封管路排出，利用抽空氣管道與凝汽器熱井的高度差形成自重流入凝汽器。冷卻裝置內(nèi)少量剩余的不可凝結(jié)氣體被水環(huán)式真空泵抽吸，并經(jīng)過汽水分離器排至大氣。

圖2 霧化減溫裝置施工圖

3.2.2 冷卻水源及冷卻水管路布置

抽空氣霧化減溫裝置冷卻水設(shè)計流量為15 t/h，采用低溫除鹽水。在除鹽水至凝汽器補水調(diào)整門之前取水源，除鹽水經(jīng)直徑57 mm、壁厚3.5 mm的母管引出。霧化減溫裝置冷卻水母管直徑57 mm、壁厚3.5 mm，在引至冷卻裝置前分為兩根直徑42 mm、壁厚3 mm管道，分別與冷卻裝置上的冷卻水管接口對接。在直徑57 mm、壁厚3.5 mm的霧化減溫裝置冷卻水母管上加裝一手動截止閥，用于調(diào)節(jié)霧化減溫水量。原凝汽器補水管路不做任何調(diào)整，以保證機組在啟停機期間正常使用。

3.2.3 疏水管路布置

霧化減溫裝置下方的疏水管道直徑89 mm、壁厚4.5 mm，經(jīng)套筒式水封(套筒式水封立式布置)接至凝汽器熱井。疏水管道接口位置原則上是在凝汽器鋼管下部，熱井正常水位上部。疏水管道連接線路需根據(jù)現(xiàn)場情況確定，施工原則是方便、線路短、彎頭少，降低回水阻力，利用高度差自重進(jìn)行回水，避免回水不暢導(dǎo)致抽空氣管路積水和真空泵過電流的情況。

4 改造后運行方式及應(yīng)用效果

4.1 改造后運行方式

4.1.1 凝汽器水位的調(diào)整

抽真空管路霧化減溫裝置投用后，在60%～100%額定負(fù)荷階段，凝汽器及真空泵汽水分離器水位較穩(wěn)定，未出現(xiàn)升高趨勢。長期低負(fù)荷階段真空泵汽水分離器水位仍可以維持穩(wěn)定，但存在凝汽器水位緩慢升高的現(xiàn)象。本機組為純凝汽式機組，無供熱，鍋爐為直流鍋爐，無排污損耗，現(xiàn)場熱力系統(tǒng)閥門嚴(yán)密性較好，未發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)汽水閥門外漏現(xiàn)象，低負(fù)荷階段凝汽器水位升高的原因是汽水損耗小，與系統(tǒng)補水量匹配失衡。該減溫裝置內(nèi)部裝有霧化噴頭，通流面積較小，設(shè)計耗水量約15 t/h，按常年平均負(fù)荷統(tǒng)計，每臺機組一天消耗除鹽水量約400 t，通過其霧化減溫裝置，水量基本滿足損耗需求?，F(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)除鹽水至凝汽器補水的調(diào)整門存在內(nèi)漏情況，因此對補水調(diào)整門隔離檢修，重新定位，確保其嚴(yán)密性，之后長期低負(fù)荷階段再未發(fā)生凝汽器水位升高情況。為保證抽空氣霧化減溫裝置的冷卻效果，將全廠輔汽切換為由該機組供給，機組運行期間全開霧化減溫水隔離門。

4.1.2 改造后減溫裝置未投用的影響

減溫裝置內(nèi)部裝有霧化噴頭，通流面積較小，在霧化減溫水未投用階段，高、低壓凝汽器抽空氣管路內(nèi)部空氣會出現(xiàn)極少量竄流現(xiàn)象，但不會對凝汽器雙背壓的應(yīng)用效果產(chǎn)生影響。

4.1.3 機組檢修期間的影響

由于霧化減溫裝置疏水接入凝汽器汽側(cè)底部，機組檢修期間，在進(jìn)行凝汽器灌水找漏工作前需將霧化減溫裝置疏放水隔離門關(guān)閉，防止凝結(jié)水倒流至抽空氣管道。凝汽器灌水找漏工作結(jié)束后，開啟霧化減溫裝置疏放水隔離門、真空泵入口電動門、氣動門，利用霧化減溫裝置疏放水管路、抽空氣管道安裝坡度排凈冷卻裝置內(nèi)的積水，防止機組啟動時真空泵過載，導(dǎo)致燒損電動機。

4.2 應(yīng)用效果

4.2.1 數(shù)據(jù)對比

在機組負(fù)荷穩(wěn)定在80%額定負(fù)荷以上[4-5]、凝汽器真空嚴(yán)密性試驗結(jié)果為95 Pa/min情況下，對比投運前后霧化減溫裝置的情況，相關(guān)參數(shù)見表3。

表3 霧化裝置投運前后參數(shù)對比

4.2.2 試驗結(jié)果

在真空泵工作液溫度為25.2 ℃的穩(wěn)定工況下投運霧化減溫裝置，凝汽器整體絕對壓力由4.74 kPa降低至4.56 kPa，降低了0.18 kPa。按真空每提高1 kPa，供電煤耗降低2.6 g/(kW·h)的經(jīng)驗數(shù)據(jù)進(jìn)行折算，投運抽真空霧化減溫裝置后供電煤耗約降低0.468 g/(kW·h)。

凝汽器排汽溫度與除鹽水溫溫差可有效降低真空泵工作液溫度,該溫差越大，霧化減溫裝置的經(jīng)濟性越明顯。

在控制真空泵汽水分離器以及凝汽器水位穩(wěn)定的工況下，霧化減溫裝置的減溫水量越大,經(jīng)濟性越明顯，尤其適合供熱機組的應(yīng)用。霧化裝置投運前后凝汽器絕對壓力對比情況如圖3、圖4所示。

圖3 霧化裝置投運前凝汽器絕對壓力

圖4 霧化裝置投運后凝汽器絕對壓力

5 結(jié) 論

本文通過介紹抽空氣管路霧化減溫裝置的應(yīng)用，分析了水環(huán)式真空泵工作液溫度高的原因，并對凝汽器抽真空管路進(jìn)行了改造，解決了火力發(fā)電廠夏季真空泵工作液溫度高的問題，提高了凝汽器真空，降低了供電煤耗。