水环式真空泵工作水强行冷却的研究和应用

张代新 谢旭阳

安徽华电宿州发电有限公司 安徽 宿州 234101

1 设备概况

1.1 设备基本状况

某电厂两台汽轮机是上海电气电站设备有限公司汽轮机厂制造的N630-24.2/566/566型超临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、凝汽式汽轮机。该机组配套哈尔滨汽轮机厂辅机工程有限公司生产的N-38000型双背压、双壳体、单流程、表面式凝汽器。凝汽器冷却水系统采用冷却塔循环供水冷却方式，冷却水系统配套两台88LKXA-27.4型循环水泵，以满足机组在不同季节和不同负荷对冷却水量的要求。凝汽器抽空气系统配套三台改进型2BW4 353-0EK4型水环真空泵，机组正常运行时，两台运行，一台备用。

2 前期调研及方案选择

2.1 系统主要问题

某电厂一期工程两台600MW超临界燃煤汽轮发电机组于2007年9月和11月投运。考虑到机组带负荷能力强，汽轮机通流能力和强度设计均能满足630MW负荷安全连续运行。2008年12月对机组扩容至630MW，机组型号变更为N630-24.2/566/566。自投产以来，凝汽器及抽空气系统主要存在三个问题：

1）真空泵叶轮存在设计缺陷，首次检查性大修发现叶轮轮毂多处存在裂纹。

2）凝汽器采用串联抽空气方式，双背压不明显。

3）凝汽器背压高于同区域它厂，影响机组经济性。

2.2 凝汽器真空提高方案选择

2.2.1 增加真空泵运行数量

水在40℃的汽化压力为7.375kPa，50℃的汽化压力为12.33 kPa，真空泵工作水在40～50℃温度下会大量汽化。抽吸工质汽化产生的气体，挤占真空泵抽气量，造成真空泵出力不足。在凝汽器真空系统严密性良好的情况下，只靠增加真空泵运行数量不能达到降低凝汽器背压的效果。

2.2.2 提高真空泵换热器效率

理想状态下，提高真空泵换热器效率，降低工作介质温度能够起到降低真空的效果，但不符合我公司实际。主要因为：真空泵采用板式换热器，能够利用紊流换热尽可能降低介质温度，但冷却介质为开式水，泥沙严重易造成换热器堵塞。这种情况在不开开式水泵和循环水泵低速运行时更为明显。

2.2.3 加装大气喷射装置

通过真空泵改变工作水温度的抽吸试验表明，水环式真空泵入口加装大气喷射器后，可以降低真空泵极限抽吸压力，即真空泵内工作水温度高于汽轮机低压缸排汽压力时，不会形成因真空泵抽吸极限压力过高对凝汽器真空改善造成制约。因此加装大气喷射器是提高低负荷阶段凝汽器真空的有效手段。

2.2.4 对凝汽器抽空气方式进行优化

凝汽器抽空管路最初设计为并抽分管制，目的是让高压侧的汽气混合物到低压侧去，减轻真空泵的负担,减小抽气管的尺寸,简化抽空气系统,减少真空泵台数。所以如真正减少低压侧凝汽器抽空被排挤，不仅需要将凝汽器抽空管路由串联母管制改为并联分管制，还应全面增加抽空管尺寸，系统连接如图1，设计参数如表1。另外我们还对如下问题存在担忧：凝汽器设计上要求抽空气管路应布置在冷却水的进口侧，以形成汽流压差。由于凝汽器采用循环水双进双出设计，抽空气改为并联分管制时很难布置。

图1 简要系统图

2.2.5 对抽空气母管进行喷水减温

在凝汽器至真空泵的抽空气管间，加装蒸汽凝结装置。通过多级水封加喷淋的方式将低温水注入，持续减少后续管路蒸汽体积流量，提高真空泵抽吸干空气量百分比，最终达到提高凝汽器真空的目的。该方案理论上可行。

表1 真空提高装置设计参数

2.3 最终方案确认

由以上分析可知，降低真空泵入口管道背压值最佳方案是保证真空泵工作水清洁低温。为此最终方案确定为在增加一套智能制冷设备，通过直接降低真空泵的工作水温和在抽空气管上加装喷淋装置喷洒冷冻水综合措施，达到降低凝汽器背压的目的。

3 项目实施及遇到的问题

3.1 系统简介

整个系统以热水型单效吸收式制冷机为核心设备，围绕该溴化锂制冷机分三个流程。流程一：从凝结水系统中取一路热水作为动力源，我公司取在#5低压加热器前后。流程二：从凝汽器循环水进出水取一路冷却水，作为制冷机的冷却回路。流程三：通过冷水泵将制冷机制出的冷水送至两个部位，一路进入真空泵内部成为真空泵的工作水，另外一路进入凝汽器至真空泵的空气管道内。

3.2 项目主要问题

3.2.1 制冷机结晶

制冷机调试时，溶液浓度过高，天气温度低，致使制冷机吸收器及换热器结晶。修改逻辑保证制冷机正常稀释时间不少于900秒，增加保安回路，机组突然失电后保安电应尽快供应。增加冷却水回路再循环阀，降低冬季冷却效果。

3.2.2 真空泵冷却水回水差

调试低压抽水器时，低压抽水器抽水能力为12～19t/h,达不到设计22t/h要求。更换抽水能力强的抽水器，更改逻辑为低压抽水器工作正常后，再开启对应真空泵的电动三通门。

3.2.3 真空泵水位无法维持

在真空泵入口母管上加装冷冻水喷淋装置，但C真空运行时（母管第一个分支），汽水分离器水位无法维持。将冷冻水喷淋装置隔离。

4 设备能效试验

4.1 试验过程

我们邀请了西安热工院热力系统技术部对该设备进行第三方能效试验。试验分为四个环节：真空严密性试验，真空泵工作水强行冷却装置投停试验，设备投停对凝汽器平均压力的影响，设备耗能评估。主要数据见表2。

表2 真空提高装置试验结果表

4.2 数据分析

机组在不同负荷工况下，真空泵工作液强制冷却装置总等值耗功为519.10kW~564.04kW，且随着机组负荷的升高稍有增加。机组600MW负荷工况，真空泵工作液强制冷却装置运行后，工作液温度降低至14.348℃，真空泵抽吸能力提高，使得凝汽器平均压力降低0.803kPa。机组600MW负荷工况，在冷却水进口温度30℃、实测冷却水流量67345m3/h，两台真空泵并联运行条件下，真空泵工作液强制冷却装置投运后的汽轮机净出力较投运前增加4435.2kW。

4.3 试验中发现问题

#1B、#2A、#2C真空泵冷却水流量不足，需要对冷却水回路堵塞情况进行检查。凝汽器真空压力测点数据不准确，检查凝汽器内部网笼探头取压管装反，内部U型弯积水影响测量效果。

5 结论

真空泵工作水强行冷却装置为降低工作液温度开辟了新的途径，机组投运真空泵工作液强制冷却装置后，真空泵工作液温度得到了明显的降低，大大提高了真空泵的抽吸能力，机组600MW负荷工况，在冷却水进口温度30℃,实测冷却水流量67345m3/h，能够降低煤耗2.27g/kWh。

［1］张代新.《600MW机组集控运行规程A版》［S］.安徽华电宿州发电有限公司企业标准Q/1BC-104.22.03-2006.

［2］宁哲.《安徽华电宿州发电有限公司1号机组投运真空泵工作液强制冷却装置前后凝汽器性能对比试验报告》［R］.西安热工研究院 TPRI/TJ-RB-133-2011.