凝汽器抽真空系统的节能改造

2016-07-14韩丽娜李绍刚王刚

综合智慧能源 2016年5期

关键词：凝汽器

韩丽娜，李绍刚，王刚

(华电莱州发电有限公司，山东莱州　261400)

凝汽器抽真空系统的节能改造

韩丽娜，李绍刚，王刚

(华电莱州发电有限公司，山东莱州261400)

摘要：针对1 000MW超超临界机组水环式真空泵存在耗电大、效率低、维护费用高等问题，提出采用三级变频高效罗茨真空泵组的措施，并从节电率、极限真空度及适应机组真空严密性能力等方面对2种真空泵组进行了比较。改造后提高了机组的真空度，降低了机组的煤耗，提高了机组的效率。

关键词：凝汽器；水环式真空泵；罗茨真空泵；优化改造

0引言

凝汽器是汽轮机辅助设备中最主要的一个部套，其真空度对整个火电厂的安全和经济运行有着重要影响。一般凝汽器真空度每下降1%，煤耗增加1.0%～1.5%，出力约降低1%。华电莱州发电有限公司(以下简称莱州发电公司)一期百万机组一直存在真空度偏低、真空泵组电耗高的问题，凝汽器真空度一直在94%～96%间波动，比设计值低3～5百分点。如何维持凝汽器高度真空、降低真空泵组的耗电率成为火电厂实现节能减排的重要手段之一。凝汽器抽真空系统是将凝汽器中的不凝结气体(包括漏入空气及未凝结的水蒸气)抽出的直接系统，实现其增效是维持凝汽器高真空度的主要技术手段。为保证真空泵安全、经济、高效运行，提出了用三级变频高效罗茨真空泵组对真空系统进行优化改造，并对改造前、后的经济效益进行了分析。

1设备概况

莱州发电公司一期(2×1 000MW)超超临界百万机组的汽轮机为一次中间再热、单轴4缸4排汽、凝汽式。凝汽器为双壳体、双背压、单流程，设计背压为4.16/5.36kPa。莱州发电公司每台机组抽真空系统配置有3台鹤见真空工程(上海)有限公司生产的水环式真空泵，型号为250EVMA，一般情况下为2运1备方式运行。图1是以水环式真空泵为基础设备的抽真空系统，由水环式真空泵、工作水循环泵、工作水冷却用热交换器以及汽水分离器等设备组成，水环式真空泵将来自凝汽器的不凝结气体、空气混合气体抽出，被抽出的混合气体进入汽水分离器，通过汽水分离器的分离空气排向大气，蒸汽被冷凝循环利用，同时由于真空泵工作过程中水温会有一定程度地升高，需要用热交换器将工作水多余的热量带走，保证真空泵正常工作。真空泵参数见表1。

图1　抽真空系统

项目参数电机功率/kW160转速/(r·min-1)500热交换器材质复合钛板、钛管年运行时间/h7000极限真空度/kPa3.39额定电流/A287.8实际运行电流/A180.0建立真空时间3台泵同时运行抽至15kPa约需28min循环水压力/MPa0.2冷却水取自开式循环冷却水系统,水质为海水工作水补水闭式循环冷却水,水质为除盐水

2水环式真空泵组的缺陷及改造的必要性

(1)选型偏大。原设计抽真空设备主要用于在汽轮机启动初期快速建立真空系统，要求在30min内达到机组启动要求，在机组正常运行时，水环式真空泵维持系统所需真空度有较大余量，浪费了部分能耗。

图2　高效真空泵系统

(2)效率低。水环式真空泵自身的特性决定了它效率较低，其总效率一般低于30%。

(3)水环式真空泵性能、出力受制于工作水温度的变化。泵能获得的最高真空度取决于工作水温度，夏季高温时，水环式真空泵性能、出力急剧下降，可能导致凝汽器真空度下降，降低机组经济性。

(4)水环式真空泵设备的内部机械性能(如裂纹，断裂等问题)受汽蚀现象影响很大，设备维护成本高，也影响设备的安全运行。表现为真空泵的转子、叶轮(即使是不锈钢材质)经常性损坏，增加维护费用。

从提高机组经济性、降低厂用电率、增加经济效益、保护设备等综合角度出发，优化改造抽真空系统十分必要。

3泵组选型及优化改造方案

3.1泵组选型依据

目前，国内已经从单纯追求真空泵安全性、极限真空度和抽吸能力等指标，转为在兼顾以上指标的基础上降低真空泵能耗。采用高效真空泵方案能够满足这一需求，其工作流程如图2所示。

该系统由罗茨真空泵+管式换热器+水环式真空泵组成，罗茨真空泵是一种无内压缩的真空泵，压缩比很低，启动快，耗功少，运转维护费用低，抽速大，效率高(高达70%)，功率低。该系统与科尔庭-汉诺威蒸汽喷射器系统相比具有以下优点。

(1)节电率高，比原水环式真空泵节电70%～90%。更换前莱州发电公司每台机组各运行2台真空泵，平均电流约为180.0A，更换节能泵组后电流约为28.5A，每台泵减少电流多达150.0A，节电效果明显。

(2)极限真空能力更强。采用罗茨泵和水环式真空泵串联技术，极限真空度可达300～400Pa，比科尔庭-汉诺威蒸汽喷射器系统极限真空度(1 000Pa)高，在特定工况下可以提高凝汽器真空度200～500Pa。

(3)适应机组真空严密性能力更强。600MW及以上等级机组配置的罗茨泵采用变频技术，可以根据机组实际真空严密性情况，通过调节变频器转速来调整系统出力，因此适应能力更强。

由此可以看出，采用三级变频高效罗茨真空泵组对机组能耗较高的真空泵进行优化改造完全可行。

3.2优化改造方案

在原有基础上，拆除#1机组C真空泵，在拆除位置上增加2套三级变频罗茨高效真空度维持装置专利技术产品，占地约10m2，正常运行时2运2备，保持2套罗茨真空泵组运行，原水环式真空泵分别投入备用。A，B罗茨真空泵对应A，B凝汽器抽真空运行，A，B机械真空泵对应备用，A，B凝汽器抽空气母管装设电动联络门[1-8]。

改造后机组可靠运行。机组启动时，按原运行方式将原有抽真空设备投入运行，用以建立真空度；机组运行正常、真空度稳定情况下，三级罗茨变频真空泵组自动投入运行，用以维持真空度，原有抽真空设备停机作为备用；机组真空系统万一发生严重泄漏，三级罗茨变频真空泵组不能维持凝汽器真空度时，自动将原有抽真空设备中的2台投入运行，以满足真空度需求；三级罗茨变频真空泵组万一发生设备故障需要检修时，原有抽真空设备投入运行，满足机组对真空度的要求。改造后机组正常运行时，主要以三级罗茨变频真空泵组来维持真空度，设备间有联锁控制系统，确保系统可靠运行。

4改造后的效果分析

莱州发电公司于2015年对2台真空泵组及进口管系进行了改造，改造后运行效果良好，提高了机组的安全性和经济性。改造前、后参数对比见表2。

表2　改造前、后参数对比(2015-04-15)

通过表2可以得出以下结论。

(1)新增的2台三级罗茨真空泵组所消耗的电量比原有2台水环式真空泵所消耗的电量降低84%，相应也降低了厂用电率。假设#1机组全年运行330d，全年工作时间h=330×24=7 920 (h)，线电压U=380V，平均电流差ΔI=更换前平均电流-更换后平均电流，功率因数取0.85，倍数取1.732，则年节约电量U′= 1.732×0.85UΔIh=1.732×380×(180×2-28.5×2)×0.85×24×330÷1 000=1 342 512 (kW·h)。

(2)新增的2台三级罗茨真空泵组在维持#1机组凝汽器真空度过程中，在气温较低(海水温度为15.6 ℃)的季节，可以提高真空度300Pa，相应降低发电煤耗0.9g/(kW·h)。

(3)因三级罗茨真空泵组自身抽吸效率不受工作水温的影响，凝汽器真空系统在夏季理论上应该会比其他季节提高真空度。

5结论

综上所述，本次凝汽器抽真空系统的改造降低了机组电耗，提高了凝汽器的真空度，提高了机组经济性，降低了厂用电率，增加了经济效益，提高了设备可靠性，起到了良好的节能减耗作用。

参考文献：

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