双背压凝汽器抽真空系统的技术改造

曾华

(华电集团贵港发电公司，广西 贵港 537100)

1 抽真空系统的类型

凝汽式汽轮发电机组凝汽器真空的好坏，直接影响发电厂汽轮机的经济运行。影响凝汽器真空的因素很多，其中与凝汽器真空相关的系统设计布置是否合理，其结果同样会影响凝汽器真空的好坏。目前，发电厂600 MW及以上凝汽式汽轮发电机组均采用双背压凝汽器，其目的是提高凝汽器的平均真空，抽真空系统通常采用2种类型，即单母管双吸真空泵抽真空系统和双母管单吸真空泵抽真空系统。若采用单母管双吸真空泵抽真空系统，能够节约厂用电，但是对凝汽器的平均真空有一定影响;若采用双母管单吸真空泵抽真空系统，虽然不影响凝汽器的平均真空，但其系统比较复杂，且采用4台真空泵必须2台真空泵同时运行，增加投资及厂用电费用。

2 技术改造的目的

技术改造的目的是要解决凝汽器抽真空系统不合理的设计对凝汽器平均真空的影响，提出一种有效提高凝汽器平均真空的抽真空系统，从而减少投资，节约厂用电，同时能使凝汽器的平均真空达到设计值。

3 技术方案

将目前的单母管抽真空系统改造为双母管双吸真空泵的抽真空系统，或者将目前双母管单吸真空泵抽真空系统改造为双母管双吸真空泵的抽真空系统，即高低背压凝汽器分别用一根抽真空管道接至双吸真空泵入口。从A凝汽器引抽真空母管至水环真空泵入口;从B凝汽器引抽真空母管至水环真空泵另一入口;水环真空泵2个入口之间用平衡门连接。

3.1 双母管抽真空系统与单母管抽真空系统平均真空比较

凝汽器采用双母管抽真空系统比采用单母管的抽真空系统时的平均真空要好。单母管双吸真空泵抽真空系统如图1所示，双母管单吸真空泵抽真空系统如图2所示，双母管双吸真空泵抽真空系统如图3所示。

图3 双母管双吸真空泵抽真空系统示意图

在图1至图3中:pSPJ为双母管的抽真空系统的平均背压;pSA为双母管的抽真空系统的低背压(A凝汽器);pSB为双母管的抽真空系统的高背压(B凝汽器);pDPJ为单母管的抽真空系统的平均背压;pDA为单母管的抽真空系统的低背压(A凝汽器);pDB为单母管的抽真空系统的高背压(B凝汽器);pDAB为单母管的抽真空系统的母管压力;pA为A凝汽器设计背压;pB为B凝汽器设计背压;S为双母管系统;D为单母管系统;t1为A凝汽器冷却进水温度;t2为A凝汽器冷却出水温度(B凝汽器冷却进水温度);t3为B凝汽器冷却出水温度;1为A凝汽器;2为B凝汽器;3为抽真空母管;4为真空泵入气门;5为水环式真空泵;6为平衡门;7为联络门。

由图1至图3可知:双母管的抽真空系统的平均背压是:pSPJ=(pSA+pSB)/2，其中pSB＞pSPJ＞pSA，pSA=pA，pSB=pB。单母管的抽真空系统的平均背压是:pDPJ=(pDA+pDB)/2=［pB+(pA+pB)/2］/2，其中 pB＞pDAB=(pA+pB)/2≤pDA，pDB≥pSB=pB，pDB≥pDA≥pDAB，所以:pDA＞ pSA，pDPJ＞ pSPJ，即凝汽器的平均真空采用双母管的抽真空系统比单母管的抽真空系统要好。

从图3中不难看出，双母管的抽真空系统的平均背压是:pSPJ=(pSA+pSB)/2，pSB＞pSPJ＞pSA，pSA=pA，pSB=pB，能满足双背压凝汽器的设计值，即平均真空值。

从图1中很难看出单母管抽真空系统的平均背压是:pDPJ=(pDA+pDB)/2=［pB+(pA+pB)/2］/2，pB＞pDAB=(pA+pB)/2≤pDA，pDB≥pSB=pB，pDB≥pDA≥pDAB。式中pDAB=(pA+pB)/2是这样确定的:当2个不同压力的气体合并在一起时，其合并后的压力应该是2压力和的平均值，即单母管抽真空系统的母管压力 pDAB=(pA+pB)/2，当pDAB=(pA+pB)/2确定后，pDA必须大于pDAB，A凝汽器的气体才会排向母管，即 pSA就会升高至 pDA，图1中 pDB≥pDA≥pDAB才成立，式中pDB≥pSB=pB也不难看出。

以上是理论分析计算的结果，机组在实际运行中的相关参数与理论分析计算结果基本相符，单母管抽真空系统其凝汽器真空往往是高低背压相差不多，即pDB≥pDA，按设计值应该是pDB＞pDA，且pDB－pDA=1.895(kPa)。从低压缸排汽温度可以看出，高低背压凝汽器排汽温度相差不多(实际相差6℃左右)，排汽温度的差别由单母管抽真空系统所致。

3.2 具体实施方式

图3为双母管双吸真空泵的抽真空系统，也是本文的重点，其优点是既能使凝汽器的平均真空达到设计值又能节约厂用电(凝汽器真空严密性合格，1台真空泵运行就可维持正常真空)，今后安装的机组，其抽真空系统按照此图设计安装。以前安装的机组，将原来(图1)单母管双吸真空泵的抽真空系统改为双母管双吸真空泵的抽真空系统(如图4所示)时，保留原来的抽真空母管及阀门对应B(A)凝汽器连接，另外增加一抽真空母管(虚线)及阀门至真空泵的另一入气口，对应A(B)凝汽器连接，将原来A，B凝汽器之间的抽真空管道连接处增加联络门，将原真空泵的2个入气口之间的连接管增加平衡门，真空泵的启动与运行方式不变。

图4 改造后的单母管双吸真空泵抽真空系统示意图

在改造过程中，为了检验双母管的效果，可以先将联络门及平衡门打开，按照单母管的方式启动该台真空泵，记录A，B凝汽器真空，然后再关联络门及平衡门，按照双母管的方式启动真空泵，记录A，B凝汽器真空，对2次记录结果进行比较，即可判断双母管双吸真空泵的抽真空系统的效果。

图1和图2为目前典型的600 MW凝汽式汽轮发电机组凝汽器的抽真空系统图。图1的抽真空系统均不能使凝汽器平均真空达到设计值。图2的抽真空系统能使凝汽器的平均真空达到设计值，但是系统复杂，采用4台真空泵，必须2台真空泵运行，增加投资及厂用电。

图4是在图1的基础是改进的示意图，优点同图3，既能使凝汽器的平均真空达到设计值又能节约厂用电。

以上说明双母管双吸真空泵的抽真空系统(如图3所示)最理想，今后安装的600 MW及以上的机组的抽真空系统按此设计，以前安装的单母管双吸真空泵的抽真空系统按照图4改造就能使凝汽器平均真空达到设计值，同时能节约厂用电。

4 经济效益分析

600 MW及以上机组的双背压凝汽器设计背压是:pA=4.719 kPa，pB=6.614 kPa。

双母管的抽真空系统的平均背压是:pSPJ=(pSA+pSB)/2=(4.719+6.614)/2=5.165(kPa)。

单母管的抽真空系统的平均背压是:pDPJ=(pDA+pDB)/2=［pB+(pA+pB)/2］/2=(6.614+5.165)/2=5.8895(kPa)。

pDPJ－pSPJ=5.8895－5.165=0.7245(kPa)。

对于凝汽器的平均真空而言，采用双母管的抽真空系统比单母管的抽真空系统要好。

根据凝汽器真空度提高1%(大气压力按100 kPa计算)，煤耗降低1.97 g/(kW·h)，1台600 MW机组年平均发电5 000 h计算，可节约煤炭0.7245×1.97×5 000×600 000/1 000 000=4284.75(t)，即 4284.75 t/年，换 算 成 标 煤 是4284.755×5000/7000=3 060.5(t)，即 3 060.5 t/年，根据节约1 kg标准煤=减排2.493 kg二氧化碳计算，1年减少二氧化碳排放3 060.5×2.49=7620.7(t)。按 500元/t计算，节约发电成本4284.75×500=2 142 375(元/年)。将图1改造成图4后，可节约发电成本4 284.75×500=2 142 375(元/年)。

如果将图2改造成图3，可节约1台真空泵(电压380 V，电流210 A)的厂用电，即1.732 1×380×210×0.9/1 000×5 000=62 1997(kW·h)/年，只是要重新安装3台双吸真空泵，改造成本很高，但从长远考虑还是合算的。

5 结论

经过分析计算，今后安装的双背压凝汽器的抽真空系统按双母管双吸真空泵的抽真空系统设计，以前安装的双背压凝汽器的抽真空系统按照图4或者图3改造就能使凝汽器平均真空达到设计值，减少投资，节约厂用电。

［1］胡念苏.汽轮机设备及系统［M］.北京:中国电力出版社，2006.

［2］曾华.一种双背压凝汽器的抽真空系统:中国，201020218845.5［P］.2010 －02 －02.