水泥余熱電站真空抽氣系統(tǒng)節(jié)能改造

文 超，李素玉，李群輝，白少軍

（廣西魚峰水泥股份有限公司，廣西 柳州 545008）

水泥余熱發(fā)電系統(tǒng)采用水泥熟料生產(chǎn)線廢氣發(fā)電，不僅能降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)能源的綜合利用，而且能減少?gòu)U棄排放，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，是目前國(guó)家強(qiáng)制要求的水泥熟料生產(chǎn)線的標(biāo)準(zhǔn)配置。隨著水泥余熱發(fā)電技術(shù)的不斷普及，水泥余熱發(fā)電工藝的不斷改進(jìn)，以及對(duì)發(fā)電效率要求不斷提高，水泥生產(chǎn)企業(yè)對(duì)發(fā)電設(shè)備的節(jié)能要求不斷提高。

目前，余熱電站汽輪機(jī)多采用射水抽氣器抽真空系統(tǒng)，射水抽汽器抽真空系統(tǒng)存在電耗高、耗水量大、效率低等缺點(diǎn)，因此為了降低能耗、提高效率、降低成本，需要對(duì)其進(jìn)行節(jié)能改造[1]。為此，廣西魚峰水泥股份有限公司對(duì)其4#線發(fā)電機(jī)組的真空抽氣系統(tǒng)進(jìn)行了節(jié)能技改。

1 原機(jī)組系統(tǒng)情況

1.1 運(yùn)行情況

機(jī)組的設(shè)備配置及運(yùn)行情況見表1。

表1 機(jī)組的設(shè)備配置參數(shù)

1.2 原射水抽氣系統(tǒng)存在的問題

（1）耗能高。射水抽汽器是依靠射水泵提供高流速的水在噴射器內(nèi)形成一定的真空狀態(tài)，從而將凝汽器內(nèi)的氣體抽出的抽氣設(shè)備。由于要求水的流速較高，管阻必然很大（管阻與流速的三次方成正比），射水泵的很大一部分作功都消耗于管道損失，因此運(yùn)行效率較低且耗能高。

（2）用水量大。射水抽汽器采用抽取射水池的水進(jìn)行循環(huán)，在凝汽器中抽出的通常是空氣和水蒸氣的混合氣體，有很多水蒸氣凝結(jié)成水進(jìn)入射水池中，使射水池中的水溫升高，而射水池中水溫高低對(duì)射水噴射器抽氣效果起決定性作用，因此只有定期向射水池中加入冷水，排出熱水，才能保持較低的射水池水溫[1]。

（3）真空度高的情況下抽汽效率低。射水噴射裝置是一種等質(zhì)量的抽氣裝置，該裝置在低真空空氣密度較大的情況下的抽氣效果較好，但在高真空空氣密度較大時(shí)，由于空氣稀薄且流量不均勻，導(dǎo)致射水抽汽器的抽真空能力受到限制，而且運(yùn)行不穩(wěn)定。

（4）占地空間大。射水抽汽器裝置包括射水池、射水泵噴射器及其管道，需要的布置空間較大，并且布置現(xiàn)場(chǎng)雜亂、不美觀。

2 改造方案介紹

由于原系統(tǒng)的真空抽氣裝置采用的是射水抽汽器，使得系統(tǒng)在耗能高、用水量大、真空度高的情況下抽氣效率低、占地空間大、運(yùn)行不穩(wěn)定、維修量大及經(jīng)濟(jì)效益差，因此技改人員對(duì)射水抽氣系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造，系統(tǒng)經(jīng)改造后抽氣量增大、運(yùn)行功率提升且降低了運(yùn)行噪音和延長(zhǎng)了使用壽命。具體的改造方案如下。

原射水抽氣系統(tǒng)改造后由前置處理器、濾水器、分汽器、特制高效真空泵、換熱器、分離器、自動(dòng)排水裝置、壓力及溫度就地檢測(cè)裝備、速關(guān)閥、冷卻水管道、電氣操作系統(tǒng)等組成。前置器采用特殊結(jié)構(gòu)，能夠把凝汽器出口的混合空氣中的大部分蒸汽冷卻成凝結(jié)水[2]，并且進(jìn)入液環(huán)真空泵的混合氣體體積量相較原系統(tǒng)縮小70%～85%，在相同真空泵抽吸量的裝機(jī)工況下，改造的系統(tǒng)抽吸能力大幅提高，能耗大大降低。

從凝汽器抽吸出來的不凝結(jié)氣體和部分蒸汽經(jīng)過管道進(jìn)入前置處理器，大部分水蒸氣凝結(jié)成水回收至凝汽器熱水井[3]，其余氣體體積變小后進(jìn)入蓄能器后再進(jìn)入油環(huán)真空泵；真空泵泵腔內(nèi)裝適量油，油隨葉輪旋轉(zhuǎn)，在離心力的作用下拋向四周，形成近似于等厚度的封閉油環(huán)，油環(huán)的下部分內(nèi)表面與葉輪輪轂相切，油環(huán)的上部?jī)?nèi)表面與葉片頂端接觸，葉輪輪轂與油環(huán)之間形成一個(gè)月牙形空間，被葉輪分成和葉片數(shù)目相等的若干個(gè)小腔，小腔的容積隨葉輪旋轉(zhuǎn)由小變大，小腔與吸氣口相通，氣體被吸入，當(dāng)吸氣時(shí)，小腔則與吸氣口隔絕；當(dāng)葉輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)，小腔由大變小，使氣體被壓縮，當(dāng)小腔與排氣口相通時(shí)，氣體排出泵外，進(jìn)入油氣分離器分離后，絕大部分排入大氣，氣體中少量水蒸氣進(jìn)入工作油中凝結(jié)成水，由于油水的密度不同，水位升高至油水分離器1/2的位置以上時(shí)，自動(dòng)排水。經(jīng)過上述連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，保證凝汽器內(nèi)的不凝結(jié)氣體不斷被抽出，從而保證凝汽器的真空狀態(tài)穩(wěn)定。在工作過程中，通過冷油器中的循環(huán)冷卻水帶走工作液連續(xù)循環(huán)產(chǎn)生的熱量，能較好地維持油溫[3]。真空抽氣系統(tǒng)改造后主要技術(shù)數(shù)據(jù)見表2。

表2 真空系統(tǒng)改造后主要技術(shù)數(shù)據(jù)

3 改造后的高效真空抽氣系統(tǒng)與原射水抽氣系統(tǒng)設(shè)備對(duì)比分析

改造后的高效真空抽氣系統(tǒng)與射水抽氣系統(tǒng)的設(shè)備配置、運(yùn)行電機(jī)功率、耗水量、運(yùn)行的可靠性及經(jīng)濟(jì)效益的對(duì)比分析見表3。

表3 改造后的高效真空抽氣系統(tǒng)與原射水抽氣系統(tǒng)設(shè)備對(duì)比分析

4 改造后的高效真空抽氣系統(tǒng)與原射水抽氣系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

（1）射水抽氣系統(tǒng)一般設(shè)置2臺(tái)射水抽氣器，冬季時(shí)，由于環(huán)境溫度比較低，運(yùn)行一臺(tái)即可維持真空狀態(tài)在-91 kPa左右，但在夏季由于環(huán)境溫度比較高，一臺(tái)泵運(yùn)行很難維持系統(tǒng)的真空狀態(tài)，所以夏季通常需要兩臺(tái)射水抽氣器同時(shí)運(yùn)行，這樣就增加了站用電量，影響機(jī)組的供電量。高效真空泵具有高效的抽空能力，不管夏季還是冬季都能保證系統(tǒng)的真空度，而且高效真空泵的電機(jī)功率較小，只有射水抽氣器電機(jī)功率的1/3。由于抽氣系統(tǒng)需要長(zhǎng)期運(yùn)行，所以從長(zhǎng)期考慮，使用高效真空抽氣系統(tǒng)可以節(jié)省大量運(yùn)行費(fèi)用。

（2）射水抽氣器系統(tǒng)啟動(dòng)過程中，抽吸的過程比較慢，影響機(jī)組的啟動(dòng)時(shí)間，從而影響發(fā)電效率；高效真空抽氣系統(tǒng)啟動(dòng)的時(shí)間、抽吸過程都比較快，能提高系統(tǒng)的發(fā)電效率。

（3）高效真空抽氣系統(tǒng)在運(yùn)行當(dāng)中使用的水量比較少，而射水抽氣系統(tǒng)在工作中需要用水做介質(zhì)，會(huì)消耗大量的水；高效真空泵運(yùn)行過程中噪音小、無震動(dòng)、使用壽命長(zhǎng)、系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高，并且維護(hù)、保養(yǎng)工作量較小，而射水抽氣系統(tǒng)在運(yùn)行當(dāng)中故障率比較高、電機(jī)功率大、耗電量大，而且噪音大，維護(hù)、保養(yǎng)中需要投入大量的人力、財(cái)力。

（4）射水抽氣系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后容易在內(nèi)部結(jié)水垢，一方面增大了檢修難度，另一方面縮小了介質(zhì)過流的面積，導(dǎo)致水流量偏低，影響抽氣效果，使機(jī)組真空度下降，影響機(jī)組發(fā)電效率。

高效真空抽氣系統(tǒng)的具體配置見表4。

表4 高效真空抽氣系統(tǒng)配置

5 高效真空抽氣系統(tǒng)的安裝要點(diǎn)和注意事項(xiàng)

①高效真空抽氣系統(tǒng)的真空泵應(yīng)安裝在地面堅(jiān)固的場(chǎng)所，周圍應(yīng)留有充分的空地，便于工作中人員檢查、維護(hù)及保養(yǎng)。②真空泵與系統(tǒng)的連接管道應(yīng)密封可靠，連接密封墊采用耐油橡膠連接，管道焊接時(shí)應(yīng)先清理干凈管道中的焊渣，嚴(yán)禁焊渣進(jìn)入真空泵腔。③連接管道中，要在真空泵進(jìn)氣口上方安裝閥門和真空計(jì)，方便工作人員隨時(shí)檢查真空泵的極限壓力。④高效真空抽氣系統(tǒng)出口與泵的入口之間的距離越短越好，管道拐彎越少越好。⑤真空泵的進(jìn)口管道應(yīng)高于泵的入口中心線，出口管處應(yīng)避免出現(xiàn)會(huì)引起較大流體阻力的因素，例如出口管上爬、直角拐彎等。⑥真空泵的進(jìn)水管道要安裝閥門，用于調(diào)節(jié)進(jìn)水量，進(jìn)水量的多少對(duì)真空度具有較大的影響。⑦高效真空抽氣系統(tǒng)要按規(guī)定接通冷卻水；真空泵的電動(dòng)機(jī)要按標(biāo)牌規(guī)定連接電源，并有可靠的接地線，安裝合適規(guī)格的熔斷器和熱繼電器。⑧真空泵上電磁閥的動(dòng)作要與真空泵的開停動(dòng)作一致。⑨真空泵投入使用前要確認(rèn)真空泵的轉(zhuǎn)向符合規(guī)定方向，防止真空泵的反轉(zhuǎn)噴油；當(dāng)真空泵排氣影響工作環(huán)境時(shí)，可在排氣口安裝油霧過濾器，也可以將排氣口引出室外。

6 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)水泥余熱電站真空抽氣系統(tǒng)節(jié)能改造，利用高效真空抽氣系統(tǒng)替代原有的射水抽氣系統(tǒng)，可保證汽輪機(jī)系統(tǒng)的正常工作，原有的運(yùn)行工藝參數(shù)（如真空、排氣溫度等）不會(huì)發(fā)生改變或者趨向更好。利用高效真空抽氣系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)。

（1）大幅度降低電耗。射水抽氣系統(tǒng)電機(jī)功率為22 kW，經(jīng)改造后，電機(jī)運(yùn)行功率可降低到7．5 kW左右。

（2）降低水資源的使用，節(jié)約循環(huán)水。原系統(tǒng)于夏季時(shí)，水箱補(bǔ)水一般不低于12 t/h，這些水資源都被排放浪費(fèi)，高效真空抽氣系統(tǒng)為閉路循環(huán)，不會(huì)增加循環(huán)水的使用量。

（3）射水抽氣系統(tǒng)在夏季使用時(shí)循環(huán)水溫升高，汽輪機(jī)的排氣壓力降低，進(jìn)入射水抽氣系統(tǒng)的混合氣體中蒸汽量增加，蒸汽在抽氣器與工作水混合，放出熱量后水溫升高，射水抽氣系統(tǒng)的混合室內(nèi)工作壓力降低，射水抽氣系統(tǒng)抽吸能力下降，進(jìn)而引起凝汽器真空度降低。為滿足夏季工況，必須增大配套電機(jī)功率或同時(shí)開啟兩臺(tái)射水泵才能滿足生產(chǎn)要求，而高效真空泵則不存在這些問題。

（3）高效真空抽氣系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行安全可靠、維護(hù)量少。一般情況下，射水抽氣系統(tǒng)配置射水泵2臺(tái)、射水箱1個(gè)，回收水坑1個(gè)，回收水泵1臺(tái)，系統(tǒng)占地面積大，設(shè)施布置分散，而高效真空泵系統(tǒng)裝置是全部集成于一個(gè)底座上，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易損件不多且能集中控制，占地面積小，日常運(yùn)行基本不需要維護(hù)。