某660MW 超超临界机组真空系统节能研究与应用

高宏福 尹立国 王传启

华润电力（锡林郭勒）有限公司

1 概况

本项目2 台660MW 超超临界发电机组。每台机组抽真空系统配置2×50%，2BW4 353-OEK4 型水环式真空泵组，主机与小机抽真空系统共用，设计抽气量8040m3/h。单台水环真空泵电机配套功率132kW。设计机组启动时2 泵运行，正常运行时1 运1 备。

2 系统优化分析

水环真空泵的性能指标有：功率、空气量、容量、气体混合物和吸入压力。在水环真空泵启动时，真空泵抽气压力Pm 、功率PP、抽气时间T与抽空气量Da 的对应关系。水环真空泵的性能与工作液温度、工作液的特性和抽吸的气体状态有关。当水环真空泵，特性曲线为0.1MPa、抽气温度20℃、工作液温度为15℃和相对湿度70%的空气时，抽气的工作特性变化而引起的水环真空泵的特性变化，按理想气体状态方式进行推导计算。吸气量受工作液温度的影响，可推导如下计算公式：

其中：

式中pm—抽气压力，Pa；

ps(t)—t℃时的饱和压力，Pa；

ps(15℃）—15℃时的饱和压力， Pa；

Da—t℃时的吸气量，m3/min；

Da(15℃)—15℃时的吸气量， m3/min；

nt—水环真空泵实际转速， r/min；

ng—泵额定转速，r/min。

当工作超过15℃时，修正系数λ＜1、D＜Da(15℃)，水环真空泵工作性能降低，实际抽吸能力也降低，抽吸压力也下降，抽吸的空气量也将减少。在机组额定工况下运行，真空系统的漏空气量趋于稳定。因此，必须时刻保持水环真空泵的工作液温度，以维持汽轮机真空系统的稳定运行。

3 系统改造实施分析

3.1 真空泵系统改造优化

由公式（1）可知，真空泵的工作液温度越高，λ 值越小于1，水环真空泵的工作性能越差，抽吸能力也越低，当工作液的温度处于恒定状态时，汽轮机组的凝汽器才能形成良好的真空。

本机组真空泵极限抽吸压力为3.3kPa，对应的饱和温度约25.7℃。即工作液温度小于等于25.7℃时，将会使真空泵工作在极限抽吸压力下，在凝汽器循环水温度不变的条件下，对应的凝汽器真空就越好。由公式（1）可知，可通过提高真空泵的抽吸能力Da(单位为m3/min)，提高凝汽器的真空度。通过综合分析采取如下优化方案。

方案1：降低真空泵工作液温度。水环式真空泵使用除盐水作为工作液补水，补水温度较恒定，降低补水温度实施条件有限。可增加水环真空泵工作液冷却器换热片数量，增大板式换热面积，同时在真空泵入口抽气管道处增加一台前置冷却器，降低真空泵入口抽气温度。以实现降低水环真空泵工作液温度。

方案2：实施真空系统改造，在方案1的基础上，增加1 台100%高效罗茨真空泵组，提高真空系统抽气能力的同时，降低厂用电。真空泵入口蒸汽和不凝结汽（气）先经过前置冷却器，使得抽气管道内的水蒸气在前置冷却器内凝结，其汽化潜热由前置冷却器的闭式冷却水带走，冷凝水排至凝汽器内。高效罗茨真空泵组吸入的气体基本上都是不凝结气体，以降低进入高效罗茨真空泵组抽气温度，保证高效真空泵运行稳定。

经过计算选型，新增1 台100%容量高效罗茨真空泵组（抽气量9000m3/h），较原设计抽气量（8040m3/h）增加12.2%。罗茨真空泵配套电机功率75kW,水环真空泵配套电机功率110kW，其中罗茨真空电机采用变频控制，以适应不同工况调节需要。

3.2 可靠性分析

抽真空系统改造接入1 台100%容量高效罗茨真空泵组。原有的2 台50%容量水环真空泵组仍保留，通过修改控制逻辑实现泵与泵之间的自动切换，确保抽真空系统安全可靠。

汽轮机组正常启动时，使用2 台50%水环真空泵组抽真空，实现快速建立真空，在机组稳定运行后，使用1 台高效罗茨真空泵组正常运行，通过罗茨真空泵变频电机调节，适应机组各工况需要。

在机组真空系统发生严重泄漏时，高效罗茨真空泵组不能维持凝汽器真空，原有2 台水环真空泵投入运行，满足机组运行要求。

3 台真空泵组互为备用，任意一台真空泵故障，都能联锁启动，实现快速切换。

4 效果评价

4.1 实施费用

项目总投资：1 台管式前置换热器：5.68万元。1 台100%高效罗茨真空泵组：62.97万元。设备安装施工费：4.5 万元。单台机组总投资73.15 万元。

4.2 厂用电节能效果评价

改造后，对机组进行性能试验，如表1。以单台机组年运行7000h 计，原2 台水环真空泵运行电流分别为170.40A 和170.97A，改造后高效罗茨真空泵组罗茨泵运行电流40.99A、水环泵运行电流163.50A。

表1 真空系统改造效果数据比较

式中T—真空泵电机1a 中运行时间，按7000h 计算；

P—真空泵一年运行所耗电量，kWh；

U—电机电压，kV；

I—真空泵电机电流，A；

cosφ—真空泵电机功率因数，取0.85。

按公式（3）计算，原2 台水环真空泵1a 运行所耗电量为：

1 套高效罗茨真空泵组1a 运行所耗电量为：

则年节约电量为：133.69 万kWh -80.08万kWh =53.61 万kWh。

电价按0.345 元/ kWh 计算，单台机组年节约电费约：0.345×53.61=18.49 万元。

4.3 机组煤耗节能效果评价

分析试验数据，如表1，在机组同负荷条件下，比较试验方案1、试验方案2，负荷660MW 时机组真空背压降低2.48kPa，负荷330MW 时机组真空背压降低3.9kPa。真空泵厂用电降低136.88A。比较试验方案2、试验方案3，在水环真空泵正常运行的条件下，投退真空泵入口前置冷却器后，负荷660MW时机组真空背压降低0.23kPa，负荷330MW时机组真空背压降低1.28kPa，真空泵厂用电平均降低约1A。

按背压变化对机组煤耗影响的定量计算方法比较计算，机组每降低1kPa 背压，节约2.3gce，标准煤平均单价600元/t，单台机组按降低背压2.48kPa计算。机组年平均运行4800h，节煤：4800×660×103×2.48×2.3×10-6×600=1084.2万元。

4.4 综合经济效果评价

单台机组真空系统改造总投资73.15 万元；单台机组改造后节省厂用电18.49万元/a；单台机组改造后机组降低背压2.48kPa，节约标煤1084.2 万元/a；按静态投资期法计算，约0.07a 收回投资，改造后经济性优良，节能效果明显。

5 结语

通过对真空系统改造，采用1 台100%容量高效罗茨真空泵组系统运行可靠，实现机组能耗降低。减少了原水环真空泵组运行时间，降低设备维护成本；降低厂用电率和机组煤耗。节能、经济性效果明显，达到节能降耗目的，改造效果优良,可为同行类似机组改造提供参考。