联合循环发电机组真空泵节能改造及逻辑优化

陈鸿燊

（福建晋江天然气发电有限公司，福建晋江 362251）

1 设备现状及运行概况

目前某公司每台S109FA燃气—蒸汽联合循环发电机组配置2台佶缔纳士公司生产的双级水环式真空泵，真空泵型号为TC-11，抽空气流量31.62 kg/h，吸气压力3.386 kPa，出口压力3000 kPa，转速490 r/min，输出功率110 kW，密封水为凝结水。真空泵还配置有2个列管式换热器，换热面积12 m2，管程用海水、壳程用凝结水作为工作介质。

现有真空泵组机组启动阶段要求在30 min内必须达到要求真空值，所以在启机阶段2台真空泵均投入运行。机组真空值达标且机组运行平稳时，保持1台真空泵运行，维持真空。

2 真空泵组节能改造技术及内容

（1）在原有真空泵组真空系统中以并联方式增1套三叶气冷罗茨真空泵，外形尺寸约，占地面积约4 m3，布置在汽机厂房零米层原水环真空泵旁。

（2）发电机组运行正常、真空稳定情况下，将三叶气冷罗茨真空泵投入运行、用以维持真空，原有抽真空设备停机并做备用。

（3）当机组真空系统发生严重泄漏三叶气冷罗茨真空泵不能维持凝汽器真空时（或者三叶气冷罗茨真空泵）将原有抽真空设备其中1台或2台投入运行以满足真空要求。

图1 原真空泵组连锁逻辑示意

（4）改造后机组正常运行时主要以三叶气冷罗茨真空机组维持真空，均为“一运二备”运行方式，设备之间有可靠的联锁控制系统，改造后机组真空系统的安全性不会降低。

3 真空泵组节能改造经济性分析

经数据统计分析，原水环真空泵单泵运行时平均电流约200 A，运用三叶气冷罗茨真空机组（选型基本参数：凝汽器抽真空室容积830 m3，真空严密性200 Pa/min），单套设备平均运行电流约为30 A。考虑到燃气机组目前的实际情况及远景规划，年运行时间按2000 h计算，改造后可节省电量保守有，与原泵运行工况相比节电率为80%，节能效果显著。按0.54元人民币上网电价计算，年增加经济效益190 4000.54≈10.2万元人民币，并且机组年运行时间越长取得的经济效益越大。同时，由于原水环真空泵的固有特性决定了其高维护成本，改造后原水环真空泵在稳定运行阶段均作为备用泵，可大幅降低其运维成本，间接取得一定经济效益。

4 真空泵组节能改造可靠性分析

（1）三叶气冷罗茨真空泵组设备是由三叶气冷罗茨真空泵与小型水环真空泵串联而成的真空泵组，可以承受高压差、高压缩比的可在较宽压力范围内运行，应用该泵组后相当于提高了水环真空泵的入口压力，有利于机组运行安全。

（2）夏季高温时，原水环真空泵性能、出力急剧下降，导致凝汽器真空下降，造成机组运行经济性变差，改造后的三叶气冷罗茨真空泵组抽气效率相比于水环泵效果明显提高，真空也更加稳定，在夏季高温恶劣工况时性能优于原泵组。

（3）改造后机组正常运行时主要以三叶气冷罗茨真空机组维持真空，为“一运二备”运行方式，设备之间有可靠的联锁控制系统，且新泵组以并联方式加入，改造后机组真空系统的安全性不会降低。

（4）原真空泵组的设计主要用于汽轮机启动初期的快速建立真空，要求在30 min内达到机组启动要求，但实际正常运行中，大水环真空泵的抽气量远大于凝汽器真空所需抽气量。因此，在正常运行的维持真空阶段，通过以小代大的方式，可以在达到节能目的的同时满足机组运行需要。

5 真空泵节能改造逻辑设计探讨

原真空泵组主要逻辑分析：真空泵B运行中跳闸，逻辑自动联启真空泵A；真空泵B在运行状态且凝汽器真空低于设定值时，逻辑自动联启真空泵（图1）。

改造后真空泵组主要逻辑分析说明如下：

（1）改造后在DCS真空泵组画面显示三叶气冷罗茨真空泵组（C泵）运行状态，添加三叶气冷罗茨真空泵组操作面板。

（2）机组启动阶段仍投入原有真空泵组A泵、B泵同时运行，以迅速建立真空环境，满足工况要求。

（3）机组运行稳定、真空维持平稳时，由运行人员手动投入C泵，待C泵运行正常后停运原有真空泵组，并将原有真空A泵、真空B泵投入备用状态。

（4）当C泵检修或故障时仍以原有真空泵组运行，原泵组逻辑联锁及定值并未变动、可靠性不变。

（6）当机组以C泵为主运时原泵组A泵、B泵均为备用泵，即当转速且A、B、C泵均不在合闸位置时优先自动联启A泵，10 s内A泵未合闸则自动联启B泵。

（7）机组以小泵为主运时原泵组A泵、B泵均为备用泵，当无法维持真空，凝汽器压力>10 kPa时优先自动联启A泵，10 s内凝汽器压力仍大于10 kPa则自动联启B泵。

（8）凝汽器真空C气水分离器液位低自动开补水电磁阀，液位低信号复位自动关补水电磁阀；C泵入口阀前差压高且C泵合闸自动开入口气动门，C泵分闸自动关入口气动门（图2）。

图2 改造后真空泵组连锁逻辑示意