水泥余热电站真空抽气系统节能改造

文 超，李素玉，李群辉，白少军

（广西鱼峰水泥股份有限公司，广西 柳州 545008）

水泥余热发电系统采用水泥熟料生产线废气发电，不仅能降低生产成本，实现能源的综合利用，而且能减少废弃排放，保护生态环境，是目前国家强制要求的水泥熟料生产线的标准配置。随着水泥余热发电技术的不断普及，水泥余热发电工艺的不断改进，以及对发电效率要求不断提高，水泥生产企业对发电设备的节能要求不断提高。

目前，余热电站汽轮机多采用射水抽气器抽真空系统，射水抽汽器抽真空系统存在电耗高、耗水量大、效率低等缺点，因此为了降低能耗、提高效率、降低成本，需要对其进行节能改造[1]。为此，广西鱼峰水泥股份有限公司对其4#线发电机组的真空抽气系统进行了节能技改。

1 原机组系统情况

1.1 运行情况

机组的设备配置及运行情况见表1。

表1 机组的设备配置参数

1.2 原射水抽气系统存在的问题

（1）耗能高。射水抽汽器是依靠射水泵提供高流速的水在喷射器内形成一定的真空状态，从而将凝汽器内的气体抽出的抽气设备。由于要求水的流速较高，管阻必然很大（管阻与流速的三次方成正比），射水泵的很大一部分作功都消耗于管道损失，因此运行效率较低且耗能高。

（2）用水量大。射水抽汽器采用抽取射水池的水进行循环，在凝汽器中抽出的通常是空气和水蒸气的混合气体，有很多水蒸气凝结成水进入射水池中，使射水池中的水温升高，而射水池中水温高低对射水喷射器抽气效果起決定性作用，因此只有定期向射水池中加入冷水，排出热水，才能保持较低的射水池水温[1]。

（3）真空度高的情况下抽汽效率低。射水喷射装置是一种等质量的抽气装置，该装置在低真空空气密度较大的情况下的抽气效果较好，但在高真空空气密度较大时，由于空气稀薄且流量不均匀，导致射水抽汽器的抽真空能力受到限制，而且运行不稳定。

（4）占地空间大。射水抽汽器装置包括射水池、射水泵喷射器及其管道，需要的布置空间较大，并且布置现场杂乱、不美观。

2 改造方案介绍

由于原系统的真空抽气装置采用的是射水抽汽器，使得系统在耗能高、用水量大、真空度高的情况下抽气效率低、占地空间大、运行不稳定、维修量大及经济效益差，因此技改人员对射水抽气系统进行节能改造，系统经改造后抽气量增大、运行功率提升且降低了运行噪音和延长了使用寿命。具体的改造方案如下。

原射水抽气系统改造后由前置处理器、滤水器、分汽器、特制高效真空泵、换热器、分离器、自动排水装置、压力及温度就地检测装备、速关阀、冷却水管道、电气操作系统等组成。前置器采用特殊结构，能够把凝汽器出口的混合空气中的大部分蒸汽冷却成凝结水[2]，并且进入液环真空泵的混合气体体积量相较原系统缩小70%～85%，在相同真空泵抽吸量的装机工况下，改造的系统抽吸能力大幅提高，能耗大大降低。

从凝汽器抽吸出来的不凝结气体和部分蒸汽经过管道进入前置处理器，大部分水蒸气凝结成水回收至凝汽器热水井[3]，其余气体体积变小后进入蓄能器后再进入油环真空泵；真空泵泵腔内装适量油，油随叶轮旋转，在离心力的作用下抛向四周，形成近似于等厚度的封闭油环，油环的下部分内表面与叶轮轮毂相切，油环的上部内表面与叶片顶端接触，叶轮轮毂与油环之间形成一个月牙形空间，被叶轮分成和叶片数目相等的若干个小腔，小腔的容积随叶轮旋转由小变大，小腔与吸气口相通，气体被吸入，当吸气时，小腔则与吸气口隔绝；当叶轮继续旋转时，小腔由大变小，使气体被压缩，当小腔与排气口相通时，气体排出泵外，进入油气分离器分离后，绝大部分排入大气，气体中少量水蒸气进入工作油中凝结成水，由于油水的密度不同，水位升高至油水分离器1/2的位置以上时，自动排水。经过上述连续运转，保证凝汽器内的不凝结气体不断被抽出，从而保证凝汽器的真空状态稳定。在工作过程中，通过冷油器中的循环冷却水带走工作液连续循环产生的热量，能较好地维持油温[3]。真空抽气系统改造后主要技术数据见表2。

表2 真空系统改造后主要技术数据

3 改造后的高效真空抽气系统与原射水抽气系统设备对比分析

改造后的高效真空抽气系统与射水抽气系统的设备配置、运行电机功率、耗水量、运行的可靠性及经济效益的对比分析见表3。

表3 改造后的高效真空抽气系统与原射水抽气系统设备对比分析

4 改造后的高效真空抽气系统与原射水抽气系统的优缺点对比

（1）射水抽气系统一般设置2台射水抽气器，冬季时，由于环境温度比较低，运行一台即可维持真空状态在-91 kPa左右，但在夏季由于环境温度比较高，一台泵运行很难维持系统的真空状态，所以夏季通常需要两台射水抽气器同时运行，这样就增加了站用电量，影响机组的供电量。高效真空泵具有高效的抽空能力，不管夏季还是冬季都能保证系统的真空度，而且高效真空泵的电机功率较小，只有射水抽气器电机功率的1/3。由于抽气系统需要长期运行，所以从长期考虑，使用高效真空抽气系统可以节省大量运行费用。

（2）射水抽气器系统启动过程中，抽吸的过程比较慢，影响机组的启动时间，从而影响发电效率；高效真空抽气系统启动的时间、抽吸过程都比较快，能提高系统的发电效率。

（3）高效真空抽气系统在运行当中使用的水量比较少，而射水抽气系统在工作中需要用水做介质，会消耗大量的水；高效真空泵运行过程中噪音小、无震动、使用寿命长、系统操作简单、自动化程度高，并且维护、保养工作量较小，而射水抽气系统在运行当中故障率比较高、电机功率大、耗电量大，而且噪音大，维护、保养中需要投入大量的人力、财力。

（4）射水抽气系统运行一段时间后容易在内部结水垢，一方面增大了检修难度，另一方面缩小了介质过流的面积，导致水流量偏低，影响抽气效果，使机组真空度下降，影响机组发电效率。

高效真空抽气系统的具体配置见表4。

表4 高效真空抽气系统配置

5 高效真空抽气系统的安装要点和注意事项

①高效真空抽气系统的真空泵应安装在地面坚固的场所，周围应留有充分的空地，便于工作中人员检查、维护及保养。②真空泵与系统的连接管道应密封可靠，连接密封垫采用耐油橡胶连接，管道焊接时应先清理干净管道中的焊渣，严禁焊渣进入真空泵腔。③连接管道中，要在真空泵进气口上方安装阀门和真空计，方便工作人员随时检查真空泵的极限压力。④高效真空抽气系统出口与泵的入口之间的距离越短越好，管道拐弯越少越好。⑤真空泵的进口管道应高于泵的入口中心线，出口管处应避免出现会引起较大流体阻力的因素，例如出口管上爬、直角拐弯等。⑥真空泵的进水管道要安装阀门，用于调节进水量，进水量的多少对真空度具有较大的影响。⑦高效真空抽气系统要按规定接通冷却水；真空泵的电动机要按标牌规定连接电源，并有可靠的接地线，安装合适规格的熔断器和热继电器。⑧真空泵上电磁阀的动作要与真空泵的开停动作一致。⑨真空泵投入使用前要确认真空泵的转向符合规定方向，防止真空泵的反转喷油；当真空泵排气影响工作环境时，可在排气口安装油雾过滤器，也可以将排气口引出室外。

6 结语

通过对水泥余热电站真空抽气系统节能改造，利用高效真空抽气系统替代原有的射水抽气系统，可保证汽轮机系统的正常工作，原有的运行工艺参数（如真空、排气温度等）不会发生改变或者趋向更好。利用高效真空抽气系统具有以下优点。

（1）大幅度降低电耗。射水抽气系统电机功率为22 kW，经改造后，电机运行功率可降低到7．5 kW左右。

（2）降低水资源的使用，节约循环水。原系统于夏季时，水箱补水一般不低于12 t/h，这些水资源都被排放浪费，高效真空抽气系统为闭路循环，不会增加循环水的使用量。

（3）射水抽气系统在夏季使用时循环水温升高，汽轮机的排气压力降低，进入射水抽气系统的混合气体中蒸汽量增加，蒸汽在抽气器与工作水混合，放出热量后水温升高，射水抽气系统的混合室内工作压力降低，射水抽气系统抽吸能力下降，进而引起凝汽器真空度降低。为满足夏季工况，必须增大配套电机功率或同时开启两台射水泵才能满足生产要求，而高效真空泵则不存在这些问题。

（3）高效真空抽气系统操作简单、运行安全可靠、维护量少。一般情况下，射水抽气系统配置射水泵2台、射水箱1个，回收水坑1个，回收水泵1台，系统占地面积大，设施布置分散，而高效真空泵系统装置是全部集成于一个底座上，结构简单、易损件不多且能集中控制，占地面积小，日常运行基本不需要维护。