双背压凝汽器抽空气系统优化

摘要：本文以某厂660MW机组双背压凝汽器抽空气为例，分析了凝汽器高、低压侧压差偏离设计值产生的原因。介绍了该厂对抽空气系统进行的两次节能改造，对比分析了改造前后的节能效果，希望对同类型机组的冷端节能优化具有指导意义。

关键词：双背压凝汽器；抽空气系统；蒸汽喷射器

引言

目前，很多双背压凝汽器机组在设计时，采取了高、低测凝汽器抽空气管道中间加节流孔板串联抽气的方式。由于节流孔板的尺寸选择不合适或调节阀的开度选择不合适，那么就会导致凝汽器低压侧的抽气受到排挤[1]。针对此种状况，改公司利用机组检修时机，对凝汽器的抽空气系统进行了第一次改造，采用高、低压凝汽器单独、并联抽空气方式。改造后，双背压凝汽器的的优势得到了体现，平均真空得到了大幅的提高。

该厂的循环冷却水为海水。在夏季高温又是高负荷时，循环水温度最高可达32℃左右。由于真空泵冷却器存在着换热端差，因此，流经冷却器的的工作密封水温度要高于海水温度。再加之真空泵叶轮旋转的耗功和凝汽器内抽气（汽）传递的热量，也将导致真空泵内的工作密封水温度上升，从而降低了真空泵的抽吸能力[2]。同時，空气在凝汽器内聚集，造成凝汽器内的空气分压力上升。同时，真空泵从凝汽器抽出不凝结气体中含有大量的蒸汽，这部分蒸汽 在真空泵中凝结放出大量的汽化潜热，导致真空泵工作液温度上升甚至汽化，大幅降低了真空泵的抽吸能力。对此，该厂利用停机检修的机会，对凝汽器抽空气系统进行了第二次改造。在第一次改造的基础上增加了一组射汽式抽气器，运行结果表明，取得了很好的节能效果。

1凝汽器及其抽气系统的布置方式

凝汽器两个壳体底部为连通的热井，上部布置有内置的低压加热器、小机排气管和低压抽气管等。凝汽器抽空气管布置在凝汽器的空气凝结区以抽出其内的不凝结气体。抽空气管路分两路从高压凝汽器内、外圈抽空气区引出，经联通管后进入低压凝汽器，分别与低压凝汽器内、外圈抽空气管汇合，从低压凝汽器侧引出，各经一台电动隔离门后汇总到一根抽空气母管，再分别与三台真空泵入口相连。设计上为了限制高压凝汽器内的不凝结气体抽出量，防止高压凝汽器抽出的未凝结气体量过大而排挤低压凝汽器抽气，在高、低压凝汽器之间抽空气管路上安装了Φ50mm 的节流孔板。如图1所示。

2抽空气管路的优化

高压凝汽器的不凝结气体通过连通管由低压凝汽器侧抽出，由于高、低压凝汽器通过连通管相连，那么势必造成高、低压凝汽器的凝汽器压力趋于均衡（凝汽器压力为空气分压力与蒸汽分压力之和）。为了打破这种均衡，原设计在高、低压凝汽器抽空气的连同管上加装的节流孔板，但实际运行表明，由于节流孔板的尺寸存在问题，高、低压凝汽器真空达不到设计值，两侧的真空基本相同，双背压凝汽器的性能没有体现出来。如果通过更换节流孔板，调整到合适的尺寸，要通过多次的试验，而且每次要破坏真空方能进行。此外，节流孔板的最佳尺寸还与机组的负荷有关，因此这种方法在实际是无法实现的。

该公司利用机组检修时机，对凝汽器的抽空气系统进行了改造，采用高、低压凝汽器单独、并联抽空气方式。将原先高、低压凝汽器之间的联通管打堵隔绝，并从高压凝汽器内、外圈抽空气管单独引出凝汽器后接入新装的抽空气管。并在高、低压凝汽器的内外圈抽空气管出口各安装一个电动真空闸阀。高压凝汽器抽空气母管与A真空泵相连，低压凝汽器抽空气母管与C真空泵相连。高、低压凝汽器抽气管母管之间加装两电动真空闸阀作为联络门。运行时关闭两个联络阀门，高压凝汽器通过A真空泵抽气，低压凝汽器通过C真空泵抽气，B真空泵作为高、低压凝汽器共用备用泵。

改造后凝汽器的真空，除了受到凝汽器钛管的清洁系数和真空泵的抽吸能力以及凝汽器的严密性的因素的影响，主要取决于循环水的温度。

2.1改造后的效果

现以#3机为例说明改造后的节能效果。循环水运行方式为四机六泵，两台真空泵运行。

由表一我们可以看出，系统改造前，高、低压凝汽器的排气压力和真空基本相同，真空最大相差0.5KPa，排气压力相差不到1℃。这就是我们前面所说的高、低压凝汽器抽空气管串联连接造成了两个凝汽器的凝汽器压力趋于均衡。因此，在这种方式下，双背压凝汽器的特性就没有体现出来。

我们可以看出，改造后#3机组真空得到了大幅的提高，平均真空提高约0.76KPa，改造后的高、低压凝汽器的真空相差超过了1 KPa，接近设计值。同时我们可以看出，在相同的负荷下，负荷越高，改造后真空的提高幅度越大，这说明高负越高，这种串联的抽气方式对凝汽器的真空影响越大，也就是高压侧对低压侧的排挤就越大。

3 在原抽空气管道上加装蒸汽喷射器抽空气系统

蒸汽喷射器系统是目前国内电厂抽真空领域新兴的抽真空系统。该系统使用蒸汽喷射器作为主抽气设备，吸气侧直接以凝汽器的最低背压为设计点，考虑系统的最大可能的漏空气量。

外接系统动力蒸汽取自辅汽联箱，经压力调节阀后进入蒸汽缓冲罐，以确保蒸汽喷射器供汽压力的稳定，缓冲罐疏水回收至凝汽器高压扩容器。在高、低压侧凝汽器吸气口重新安装管道，增加气动关断门后接入蒸汽喷射器吸入口，蒸汽喷射器动力蒸汽和抽吸混合物排至一混合式换热器，冷却水来自凝结水，经喷嘴雾化后与喷射器排出的乏汽进行缓和换热后回收至凝汽器热井，不凝结汽体通过真空泵抽走。系统流程如图3所示。

3.1加装蒸汽喷射器后的效果

以#3机改造后，蒸汽喷射器抽空气系统投入前后相关经济参数的对比如下：

由表三可以看出，蒸汽喷射器抽空气系统投运后，高、低压侧真空分别提高了0.4 KPa和0.2KPa，机组的平均真空提高约0.3 KPa，真空泵由原来的大泵改为小泵运行，电流减小约138A，凝结水泵电流增加10A。

3.2 加装蒸汽喷射器后的经济收益分析

1、加装蒸汽喷射器真空提高收益

由表三我们看出，真空系统投入蒸汽喷射装置后凝汽器的平均真空提高了0.3 KPa，机组真空每提高1 KPa可以节约煤耗3g/（kW.h）。按年利用小时为4500h，标煤单价750元/t计算：

机组真空提高带来的节能收益：

660×（0.3×3×10-6）×750×4500=200.5万元

2、加装蒸汽喷射器动力蒸汽成本核算：

蒸汽喷射器所用蒸汽参数为：流量为0.5t/h，辅汽母管压力0.8MPa，温度为288℃。通過计算得到，用来作为蒸汽喷射器的蒸汽使机组出力降低约为360 kW，按电价0. 38元/（kW.h）计算，动力蒸汽的成本为：

360×4500×0.38=61.6万元

3、加装蒸汽喷射器节电收益

投入蒸汽喷射器后，真空泵由原来的大泵改为小泵运行，电流减小约138A，凝结水泵电流增加10A。

投入蒸汽喷射器后，真空泵电流减小的节电收益：

P真=1.732×380×0.8×138=72.661 kW

投入蒸汽喷射器后，凝结水泵电流增加导致电能的损耗：

P凝=1.732×6×103×0.8×10=83.136 kW

加装蒸汽喷射器后的节约电能：

P真- P凝=-10.5 kW

加装蒸汽喷射器后的节电收益为：

-10.5×4500×0.38=-1.8万元

加装蒸汽喷射器后的总收益为：

200.5-61.6+（-1.8）=137.1万元/年

4结论

1、高、低压凝汽器的抽气管并联布置时，由于抽气管的节流孔尺寸选择不当，造成高、低压凝汽器的凝汽器压力趋于均衡，造成低压凝汽器的抽气受到排挤，从而导致两侧凝汽器的真空和排气温度基本相同。抽气系统由并联改为单抽后，真空得到了大幅的提高。高、低压凝汽器的真空在高负荷时改造前后真空提高达1.5 KPa以上，体现了双背压凝汽器的工作特性。另外在相同的环境下，负荷越高，改造后真空的提高幅度越大，这说明高负越高，这种串联的抽气方式对凝汽器的真空影响越大，也就是高压侧对低压侧的排挤就越大。

2、加装蒸汽喷射器后，凝汽器的真空提高约0.3 KPa，取得了很好节能效果。投入蒸汽喷射器后，只需运行一台小真空泵，其入口压力在-89 KPa（不存在气蚀点），解决了真空泵在水温高时的气蚀问题，从而降低了维护费用。

参考文献：

[1]刘达，张海，柴国旭. 双背压凝汽器抽真空系统优化改造[J]. 电站系统工程， 2013（6）：62-62

[2]张明智，林湖，姚雅秋，丁千玲.陆海青.凝汽器真空下降的分析与处理[J].电力科学与工程，2003第1期

作者简介：

李建波（1981-），男，硕士研究生，研究方向为电厂集控运行及节能。