蒸汽喷射器抽真空系统在660MW机组真空系统优化节能研究及应用

摘 要：文章对某发电公司汽轮发电机组的真空系统进行了优化节能改造。改造后机组真空平均提高0.285kPa，端差降低0.3℃，使凝汽器的效率更优。系统的综合运行电流比原来降低276A，起到了很好的节能效果。另外，还解决了真空泵水温高时气蚀及出力不足的问题，大大降低了维护工作量及成本。

关键词：真空泵；蒸汽喷射器；混合式冷凝器；凝结水

前言

某发电公司 #3机组真空泵是某厂生产的2BW4-353型水环式真空泵，每台机组配3台，通常为2用1备。真空泵的工作液采用海水冷却，海水温度受到气候条件影响，温度变化较大，特别是夏天，海水最高温度能到32℃左右。此时真空泵的工作水温能到37℃，严重影响了机组的经济性和安全运行。鉴于此，我们改造应用了蒸汽喷射器抽真空系统，可以使凝汽器一直保持在相应工况下的设计最低背压，即凝汽器的真空保持在最高状态，从而达到節能效果。而且不受真空泵工作液温度过高问题导致的抽吸能力下降的限制，同时还能很好的解决真空泵由于气蚀引起的噪音和叶轮断裂、汽蚀问题。

1 水环真空泵抽真空系统的局限性及改造的必要性

工作液温度对真空泵抽气能力影响较大，特别是在压力较低的情况下（10kPa以下）影响更加明显，而电厂中真空泵的抽气压力刚好在此范围之内。冬季时压力可低至3.4kPa，真空泵的抽气能力严重下降。夏季时工作水温可以高达37℃，真空泵抽气能力在15kPa时便开始严重衰减。由此可以得出，工作液温度越高，真空泵的极限真空越差，极限真空下的抽气能力越差。

当真空泵出力严重不足时，不凝性气体将造成传热恶化并在凝汽器内积聚破坏凝汽器真空，水蒸气中质量含量占1%的空气能使表面传热系数降低60%，从而降低机组经济性。凝汽器真空变差，则机组热经济性会显著下降。

2 真空泵的汽蚀对水环真空泵抽真空系统的影响

水环真空泵在汽蚀状态下工作，会造成泵的噪声、振动变大，气泡破裂的冲击叶轮，严重影响使用寿命。在夏季水温高时，某发电公司的水环真空泵长期在汽蚀状态下工作，不仅噪音大，而且每次检修解体，叶轮都有裂纹及汽蚀现象，平时真空泵也会常常出现电流大及出力不足等问题，检修工作量大、维护成本非常高。

因此，无论从机组运行经济性还是安全性考虑，都需要对凝汽器的抽真空系统进行技术改造。

在多方咨询及调研、对比后，并结合电厂的实际情况，对蒸汽喷射器抽真空系统进行了全面优化，优化后的配置为：

（1）动力蒸汽源——辅汽联箱0.5MPa的动力蒸汽，耗气量约500kg/h。

（2）冷凝器——混合式冷凝器。

（3）冷却水源——凝结水，用水量约200T/h。

3 优化后的方案的优势

结合电厂的实际情况，经过全面优化的蒸汽喷射器抽真空系统，在保证抽气能力的前提下，节能降耗效果更加明显：

（1）电厂的辅汽联箱是四台机组联通母管制，辅汽压力非常稳定。因此从辅汽联箱取更高压力的蒸汽（0.5MPa），使耗气量降低约了28%。

（2）电厂的循环水为海水，腐蚀性强，易结海生物。采用表面式冷却器需使用钛管换热管，不仅造价高，而且存在管孔内海生物衍生及堵管的问题，影响换热效果，维护、清理工作量较大。经过技术人员的多方咨询及调研决定改用混合式冷却器，冷却水采用凝结水。这样从本质上解决了后续易发的问题，而且混合式冷却器没有换热管，后期几乎免维护。从能量回收角度，被蒸汽喷射器抽出的乏汽和动力蒸汽与凝结水混合后，被冷却成凝结水回收热井，乏汽潜热和动力蒸汽余热被全部回收。

4 蒸汽喷射器抽真空系统主要设备构成

某发电公司 #3机组设计的蒸汽喷射器抽真空系统包含如下内容：

（1）蒸汽喷射器两台，分别抽吸凝汽器高压侧和低压侧，紧靠混合式冷凝器安装。

（2）混合式冷凝器一台，竖直安装在6.4米层。

（3）蒸汽稳压罐一台，安装在6.4米层混合式冷凝器旁边，用于稳定蒸汽压力，以及排污、疏水等。

（4）小功率真空泵一台，在0米层原C泵基础上改造。

（5）阀门、管路、仪表、窥窗等附件。

5 改造效果分析

负荷越低喷射器抽真空系统投运效果越好，550MW时新真空系统比原系统凝汽器平均真空提高了0.1kPa。400MW时新真空系统比原系统高压侧凝汽器真空降低0.2KPa，低压侧凝汽器降低0.93 Kpa，平均真空提高了0.55Kpa。达到预期效果。真空泵运行电流降低了346A，考虑使用凝结水作为冷却水，凝泵电流上升了7A，改造后综合电流下降了276A。

6 收益分析

该系统改造后经过初步计算，凝汽器提高真空的收益、节电收益、回收热量收益三项相加后每年的经济收益约为189万元。

7 结束语

蒸汽喷射器在660MW机组真空系统优化节能改造上的应用，主要解决了如下几个方面的问题：

（1）现运行一台小真空泵，入口压力在-89kPa（不在气蚀点），彻底解决了真空泵在水温高时的气蚀问题。

（2）由于解决了真空泵气蚀问题，从而降低了真空泵的维护费用。

（3）凝汽器真空平均提高0.285kPa，使凝汽器的效率更优。

工程达到的效果有如下几个方面：

（1）原真空系统，运行两台大泵时，电流在421A；现运行蒸汽喷射器抽真空系统后，只运行一台小泵，电流74A，虽然凝泵电流上升了7A左右，但总电流降低了276A，节电效果非常好。

（2）按负荷550MW做性能对比试验，投运蒸汽喷射器系统后，凝汽器真空提高了0.1kPa，凝汽器端差降低0.3℃。400MW时新真空系统比原系统高压侧凝汽器真空降低0.2KPa，低压侧凝汽器降低0.93Kpa，平均真空提高了0.55Kpa。在3号机的严密性达到优秀（高压侧110Pa/min，低压侧50Pa/min，平均80Pa/min）的情况下，能做出这样的数据，这说明蒸汽喷射器系统的抽气能力更强，效率更高。

（3）使用蒸汽喷射器系统，虽然耗用约了0.5t/h的高压蒸汽，但是再经过蒸汽喷射器做完功之后，被混合式冷凝器冷却，将热量全部回收热井凝结水中。

（4）前级的蒸汽喷射器和混合式冷凝器等设备均为静设备，几乎是免维护的，大大降低维护成本。

（5）后级真空泵的工作压力（入口压力）升高至-89kPa，该压力避开了真空泵的气蚀压力，使真空泵的维护量更小，寿命更长。

综上所述，蒸汽喷射器抽真空系统在节能方面起到很好的作用，同时对机组的安全稳定运行起到了保证性作用。系统改造后运行至目前未发现问题，具有很强的推广价值。

参考文献

[1]某发电公司 #3机组B级检修后性能试验报告[R].

[2]某发电公司 #3机组真空系统性能试验报告[R].

作者简介：张海峰（1974-），男，河北张家口，助理工程师，研究方向为汽轮机检修及辅机设备管理。