高效抽真空装置在大型汽轮机组应用探讨

王金刚，李 凯，常延海，张 鹏

（华电淄博热电有限公司，山东 淄博 255054）

高效抽真空装置在大型汽轮机组应用探讨

王金刚，李 凯，常延海，张 鹏

（华电淄博热电有限公司，山东 淄博 255054）

华电淄博热电有限公司4号机组抽凝型式机组已改造为双背压双转子互换式供热汽轮机组，目前高效抽真空装置已在纯凝和抽凝机组上应用并推广，节能效果良好，但受制于汽轮机高背压工况凝汽器各参数与纯（抽）凝工况不同，还未在双背压双转子互换式汽轮机组上应用。高效抽真空装置在华电淄博热电有限公司大型双背压双转子互换式汽轮机组成功应用，取得了良好的经济效益和社会效益。

高效抽真空装置；双背压双转子互换式汽轮机组；应用

0 引言

电厂锅炉烧出的新蒸汽驱动汽轮机做功后，低参数的蒸汽进入凝汽器。凝汽器中装有大量换热管，并通过循环冷却水冷却，变成凝结水，所放潜热通过换热管传给循环冷却水并被带走，排汽被冷却时其容积急剧缩小，因此汽轮机排汽口下凝汽器内部造成比较高的真空，为了稳定维持凝汽器的真空度，必须通过抽真空装置将漏入凝汽器汽侧的不凝结气体抽出［1］。

目前，汽轮机凝汽器抽真空装置主要有水环真空泵、射水抽气器、蒸汽喷射器等。但实际运行中，上述抽真空装置普遍存在选型偏大、功耗较高、效率低、性能受制于工作水温度变化、维护成本高等缺点，近年开始推广高效抽真空装置，即多级罗茨泵加水环泵组合设备，既可有效解决水环泵汽蚀、气温高时抽气性能下降的问题，同时通过减少过大的设计裕量，可以节电50%～80%。高效抽真空装置已在纯凝和抽凝机组上推广，经济效益显著［2］，但还未在双背压双转子互换式供热汽轮机组上应用。

华电淄博热电有限公司4号机组由抽凝型式改造为双背压双转子互换式供热汽轮机组。所谓双背压双转子互换式供热汽轮机组就是夏季采用抽凝工况运行，凝汽器设计背压为4.9 kPa，凝汽器热量全部被开式循环水带走，被凉水塔排至大气；冬天采用高背压工况运行，设计背压为45 kPa，城市热网循环水作为凝汽器冷却水，热网循环水吸收低压缸排汽余热，充分利用机组的冷源损失进行城市集中供热［3］。目前，汽轮机双背压双转子互换式供热改造已经大量应用［4］，高效抽真空装置若能在双背压双转子互换式供热机组上推广，前景广阔。

1 汽轮机凝汽器高效抽真空装置工作原理

汽轮机凝汽器高效抽真空装置是由1台罗茨真空泵和1台水环真空泵串联而成的。当罗茨水环真空泵组运行时，蒸汽和不凝结气体经罗茨真空泵增压后经级间冷凝器冷却进入水环泵，由于罗茨真空泵的增压和级间冷凝器的冷凝作用，使得水蒸汽基本在级间冷凝器内凝结，其汽化潜热由级间冷凝器的冷却水带走，水环真空泵吸入的气体基本都是不凝结气体；同时罗茨真空泵的增压，使水环真空泵的入口压力提高1倍，可保证水环真空泵高效稳定运行。

但双背压双转子互换式汽轮机组与普通的纯凝机组和背压机组运行方式不同，非供热季采用纯凝转子，汽轮机排汽温度较低，凝汽器背压较低，循环水为开式循环，凝汽器吸收的热量全部被开式水带到凉水塔散发到大气中；供热季适当提高凝汽器背压，循环水为城市供热高温循环水，凝汽器吸收的热量对城市居民供热［5］。两种运行工况参数的截然不同，决定着抽真空系统形式和运行方式不同。

供热季汽轮机高背压运行工况，排汽温度高，凝汽器背压高，蒸汽温度高，含水量大，原抽汽系统无法在此高背压工况下运行，所以必须解决以下3个问题：一是抽汽温度高问题，二是抽气含水量大问题，三是系统内存水疏水问题。

2 汽轮机组高效抽真空装置改造

2.1 改造思路

机组进行双背压双转子互换供热改造后，在不改变原有的两台射水泵基础上增加1台高效抽真空装置，高效抽真空装置是由1台四级罗茨真空泵和1台水环真空泵串联而成的。当罗茨水环真空泵组运行时，蒸汽和不凝结气体经罗茨真空泵增压后经级间冷凝器冷却进入水环泵，由于罗茨真空泵的增压和级间冷凝器的冷凝作用，使得水蒸汽基本在级间冷凝器内凝结，其汽化潜热由级间冷凝器的冷却水带走，水环真空泵吸入的气体基本都是不凝结气体；同时罗茨真空泵的增压，使水环真空泵的入口压力提高1倍，可保证水环真空泵高效稳定运行。

为解决供热季汽轮机高背压工况抽汽温度高、抽气含水量大、系统内存水疏水问题，需对抽真空系统进行改进：在抽汽母管上增加节流孔板，控制水蒸汽的流量，提高高效抽真空装置入口真空；在抽汽管上增加冷凝器，降低蒸汽温度，除去抽气中的水分；冷凝器上加装多级水封回收凝水。通过上述措施，高效抽真空装置可以实现在双背压双转子互换式汽轮机组正常运行。

2.2 改造方案

在不改变原双背压双转子互换式汽轮机组射水抽气器设备基础上，增加1套高效抽真空装置，包括1台四级罗茨泵、1台水环泵、2台冷却器及附属阀门、控制箱、水箱等设备。

在抽汽母管上增加节流孔板，直径根据节流孔板临界孔径计算公式计算。

蒸汽临界流动时，孔板孔洞直径

式中：F′k为临界流动时，节流孔板孔洞面积。

式中：G为通过孔板的流量；T0为孔板前的滞止温度；K″为系数；μ为流量系数；p0孔板前的滞止压力；g为重力加速度；R为气体常数。

经计算得孔板直径为48mm，节流件材质为1Cr18Ni9Ti。增加节流孔板后，可有效控制水蒸汽的流量，防止大量蒸汽被高效抽真空装置抽出，保证高效抽真空装置抽气功能正常，此为高效抽真空装置能在高背压工况下运行的关键点之一。

在抽汽管上增加冷凝器，冷凝器冷却水采用工业水，冷凝器有两个作用，一个是降低抽气温度，二是将抽气内的水分冷凝，冷凝器采用板式冷凝器，冷却面积18m2。

在冷凝器凝结水出口增加多级水封引至凝汽器，既能保证正常疏水，也能回收工质和热值，此凝结水排出后，高效抽真空装置中罗茨泵将不会因积水而无法运行，高效抽真空装置即可长时间运行。因凝汽器设计背压为45 kPa，高效抽真空装置入口背压可达到3 kPa，所以为保证疏水通畅，必须保证一定疏水压差。

式中：Δp为疏水压差 ；ρ为介质密度，g为重力加速度；ΔH为疏水管高差高度差；n为水封级数；H为单级水封高度。

经计算，至少采用3级水封，每级水封高度为3m，可保证疏水通畅。改造后的系统如图1所示。

图1 高效抽真空装置与真空系统

2.3 装置投运后优化

高效抽真空装置投运后，出现罗茨泵泵体积水电流摆动和电机过载跳闸问题，经分析确定抽出的气体中含蒸汽量过多。进行了优化调整，一是将抽汽冷凝器疏水管接一路引至凝结水泵入口管，提高疏水压差，保证冷凝器内的疏水及时排出，防止进入罗茨泵内；二是在保证罗茨泵体温度不超40℃，尽量关小罗茨泵体冷却水进水门，防止对抽汽进一步冷却产生冷凝水累积在罗茨泵泵体内。通过实施上述两个优化调整方案，高效抽真空装置可以安全稳定运行。

3 结语

经过研究和探索，高效抽真空装置首次在大型双背压双转子互换式汽轮机组成功应用。系统投运后，罗茨泵电流13 A，水环泵电流11 A，与原射水抽气器170 A运行电流相比，降低146 A电流，按照全年5 000 h运行时间计算，每年可节约电量50.57万kWh，经济效益显著。

［1］蒋寻寒.大型汽轮机组双压凝汽器的抽空气系统设置［J］.安徽电力，2013，30（2）：17-20.

［2］雍干.1 000MW机组抽真空系统优化探讨 ［J］.电力科学与工程，2010，26（11）：65-68.

［3］张秀琨，郑刚，刘传威，等.抽凝机组低真空循环水供热技术分析与应用［J］.上海电力学院学报，2009，25（6）：543-546.

［4］赵伟光，李心国，江敏.东海热电厂3号汽轮机组低真空供暖改造经济性评价［J］.东北电力技术，2005，26（10）：1-5.

［5］郑杰.汽轮机低真空运行循环水供热技术应用［J］.节能技术，2006，24（4）：380-382.

Discussion on the A pplication of H igh E fficiency V acuum P um ping U nit in L arge S team T urbine

WANG Jingang，LIKai，CHANG Yanhai，ZHANG Peng
（Huadian zibo thermoelectricity power Co.，Ltd，zibo 255054，China）

The extraction condensing turbine of the No.4 unit of Huadian Zibo Thermal Power Co.Ltd has been transformed into a double pressure double rotor interchangeable heating units.The high vacuum pumping device has been used in the pure condensation and condensation pumping units and has been promoted，showing good energy－saving effect.However，subject to the condition of high back pressure steam turbine，the parameters of condenser and that of the pure（pumping）coagulation conditions are different.Due to this reason，the high vacuum pumping device has not been used on the double pressure double rotor type steam turbine application swap in before.The high efficiency vacuum pumping unit was successfully applied to the large double back pressure double rotor interchange steam turbine unit of Huadian Zibo thermal power company limited for the first time，and receiving good economic and social benefits.

High efficiency vacuum pumping unit；double pressure double rotor interchange type steam turbine；application

TK269

A

1007－9904（2017）06－0060－03

2017-02-09

王金刚（1979），男，工程师，从事火电厂汽机管理工作；李 凯（1987），男，从事火电厂汽机技术管理工作；张 鹏（1970），男，从事火电厂汽机检修管理工作；常延海（1970），男，从事火电厂汽机技术管理工作。