330MW燃煤机组罗茨真空泵改造

刘诗海

摘要：燃煤发电厂是利用煤作为燃料生产电能的工厂，它的基本生产过程是：燃料在锅炉内燃烧时加热水生成蒸汽，将燃料的化学能转换成蒸汽热能，高压高温蒸汽推动汽轮机旋转做功，蒸汽参数迅速降低并排入凝汽器，热能转换成机械能，然后汽轮机带动发电机旋转，将机械能转换成电能。凝汽器的任务是在汽轮机排汽口建立并保持高度真空，并将排汽凝结成水。凝汽器中真空的形成是由于汽轮机的排汽被冷却成凝结水，其比容急剧缩小，此外还需抽气器把漏入的空气和排汽中的其它不凝结气体及时抽走。因此凝汽器抽真空系统是维持机组正常运行的重要设备。

2014年国家三部委发布了《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020年）》（发改能源[2014]2093号）工作部署，2017年中国华能集团公司修订并发布了《华能优秀节约环保型燃煤发电厂标准》，为响应国家政策及企业标准关于节能减排要求，在海口电厂有关领导指导下，汽机专业2017年3月成立QC小组，对#8机凝汽器抽真空系统进行节能诊断，开展质量管理小组活动。

关键词：330MW汽轮机组; 凝汽器抽真空系统;水环真空泵;罗茨水环真空泵组

一、选择课题

海口电厂#8机组为330MW燃煤发电机组，投产于2006年4月，汽轮机为N330-17.75/540/540型单轴、三缸、双排汽、中间再热凝汽式汽轮机，凝汽器抽真空系统配置2台100%容量的水环式真空泵，为机组启动时凝汽器建立真空，正常运行时抽出凝汽器中的不凝结气体以维持凝汽器真空，一般情况下为一运一备运行方式。

经过对#8机抽真空系统设备设计参数核实及现场运行情况调查，发现目前运行设备存在以下问题：

（1）#8机运行时水环真空泵出力选型偏大，造成运行电耗较高。

2017年6月查机组运行时真空严密性为48 Pa/min时，电流162A，真空8.6 kPa，预计真空系统泄漏量为4.8 kg/h，而真空泵设计3.4kPa时抽气量为52 kg/h，可见真空泵出力设计值远大于实际运行需求值。

设计部门在设计水环真空泵选型时，主要考虑快速启机的响应速度（30分钟内能达到启机要求的真空值）和最大的允许漏气量作为选型原则，但在机组正常运行的时侯，维持系统真空时有较大余量，建立真空与维持真空混为一谈，因此，把建立真空的真空泵用作维持真空的真空泵显然是浪费能耗的。

（2）水环式真空泵由于需要工作夜作为介质进行抽吸特性决定了它的运行效率较低，一般为30%-35%。

（3）水环式真空泵性能、出力受制于工作水温度的变化，其抽气性能受工作水温度的影响很大。夏季高温时，#8机水环真空泵性能、出力急剧下降，易导致凝汽器真空下降，造成机组经济性降低;同时水泵易发生汽蚀问题，当泵体入口温度达到40℃时，水泵噪音突然增大。

為解决以上设备运行经济及安全问题，小组成员考察同类电厂凝汽器抽真空系统改造最新技术，确立了“#8机凝汽器抽真空系统加装一套罗茨真空泵组”课题。

二、设定目标及目标可行性分析

1、设定目标

为提高真空泵运行效率，拟在机组正常运行时，采用高效的罗茨真空泵进行抽吸，同时考虑排气噪音及抽吸配比，需在罗茨真空泵后加装一级小功率水环真空泵。

由于运行时系统所需抽吸能力较小，因此选用罗茨真空泵组时配置较小抽吸能力，从而降低了罗茨真空泵组的电机额定功率，达到运行节能目的。但在机组启动时，仍要采用原大水环式真空泵建立机组启动真空。

2、目标可行性分析

2.1 #8机配置的水环式真空泵技术规范如下

2.2 选择机组运行时抽汽的罗茨真空泵组技术规范如下：

2.3 节能原理分析

（1）原设计抽真空设备主要用作汽轮机启动初期的快速建立真空，要求在30min内达到机组启动要求，实际正常运行中，无需那么大的需求。因此，在正常运行中，通过以小代大的方式达到节能目的。额定电机功率由110 kW下降至39.5kW。

（2）常规水环泵效率低下（30%），本技术应用的高性能真空泵效率高达70%。因此，使用高效设备可达到节能目的。

（3）所抽吸的气体包括不凝气体（空气）及可凝气体（水蒸汽），而且大部分气体是水蒸汽，通过把水蒸汽冷凝，达到减少水环泵压缩气体总负荷，从而达到高效节能的目的。

2.4 夏季高温季节安全分析

罗茨真空泵没有工作液，其抽气能力不受夏季高温影响，同时其对抽出的气体进行压缩，在出口时，即在下一级小水环真空泵入口，将压力提高至罗茨泵吸入口压力的3倍，即当入口压力为6.3kPa时在水环泵出口可提高至18.9kPa，这样大大提高小水环式真空泵入口的饱和温度，防止小水环式真空泵在夏季高温时发生汽蚀。

三、提出方案并确定最佳方案

1、改造方案

本改造方案是：不改变原有真空泵及系统的功能作用，原系统配置2台真空泵，一台备用，为一运一备方式。增加一套高效罗茨真空泵组，正常运行方式为：一运二备（原来配置的2台真空泵全部停作备用）。

机组正常运行时采用高效罗茨真空泵组抽气维持凝汽器真空，它的抽气能力不受工作水温度的制约，同时解决了真空泵汽蚀的问题和高能耗问题。

罗茨真空泵组的海水冷却水用水量为每小时3.5吨左右，闭式冷却水约为每小时1吨左右。海水冷却器采用钛管等。

2、 抽真空系统改造安全可靠性分析

（1）机组启动时，按原运行方式将原有抽真空设备投入运行，用以建立真空;

（2）机组运行正常、真空稳定情况下，高效真空泵组投入运行、用以维持真空，原有抽真空设备停机做备用;

（3）机组真空系统发生严重泄漏，高效真空泵不能维持凝汽器真空时将原有抽真空设备其中一台或两台投入运行以满足真空要求;

（4）高效真空泵组在检修或设备故障时，原有抽真空设备投入运行，确保真空要求。

（5）改造后机组正常运行时主要以高效真空泵组维持真空，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可靠性不会降低！ 安全是绝对有保障的。

四、制定对策

#8机在不改变原抽真空系统的设备及功能的基础上，在原机组抽真空母管上并接1台高效节能罗茨-水环真空泵组。系统采用DCS控制和就地控制相结合，可实现远程和就地操作。

罗茨-水环真空泵组采用双级气冷罗茨泵及水环式真空泵，型号 BK2-600C，额定功率29.5kW，转速1450rpm，最大抽气量2160M3/h，极限压力400Pa，罗茨泵出口流量与水环泵出口流量配比3∶1。

五、对策实施

2017年9月开始招标，2017年11月签订合同，2018年1月供货，2018年11月完成改造安装，投入运行。

六、效果检查

#8机凝汽器抽真空系统加装一套罗茨-水环真空泵组后运行正常，罗茨-水环真空泵组运行总电流下降至33A，较改造前162 A节省129A，节电率约80%。

七、总结和下一步打算

节电明显，待2019年夏季高温季节工况考验，拟推广至其它机组的凝汽器抽真空系统改造。

参考文献：

1. 马汀山等，真空严密性与凝汽器漏入空气流量的定量关系 热力发电，2009年第6期

2. 于国强等，水环式真空泵的工作原理及影响因素分析  东北电力技术 2006年第5期

3. 黄龙林等，罗茨真空泵机组抽气速率分析  真空 2002年4月第2期