某联合循环电厂凝汽器真空节能改造

王 武

（中海福建燃气发电有限公司，福建莆田 351156）

1 系统概述

某联合循环电厂规划建设8 套390 MW 燃气—蒸汽联合循环机组，一期工程建设4 套机组，已于2010 年投产。机岛设备采用东方电气集团公司引进日本三菱技术生产的M701F3 燃气－蒸汽联合循环机组，一拖一单轴布置。余热锅炉为无锡华光锅炉股份有限公司引进比利时CMI 公司技术设计生产的三压、再热、立式、无补燃、自然循环余热锅炉。

汽轮机凝汽器是由喉部、水室、壳体、及底部的滑动、固定支座等组成的全焊接结构，系单壳体、双流程、表面式凝汽器。采用海水开式冷却，海水取自福建东南处的湄洲湾海域。凝汽器参数：凝汽器背压5.2 kPa，凝汽器进口冷却水温度20.69 ℃，空气泄漏质量流量12 kg/h，排入凝汽器乏汽量366.9 t/h，抽空气处气体过冷度4 ℃，循环水压力0.2 MPa。

每台机组凝汽器配置2 台水环式真空泵，总共8 台真空泵机组。启动时，两泵同时运行，快速建立真空，正常运行时，一运一备，维持凝汽器真空。

水环式真空泵由佶缔纳士机械有限公司生产，型号为TC-11 双级锥体水环真空泵（表1）。

2 系统存在的问题

2.1 机组正常运行中，真空泵余量过大

凝汽器真空泵的作用是抽走凝汽器中泄漏进去的干空气以及不凝结气体，以维持凝汽器的高真空。在凝汽器真空机组设计选型时，根据HEI 标准，真空泵的抽气能力需按照HEI 标准中泄漏量考虑100%的裕量来选型。实际在我国电厂设计中，会进一步扩大真空机组的抽气裕量。另外，考虑到每年燃气电厂开停机次数多，为了缩短开机时凝汽器建立真空的时间，真空泵的抽气量也会往大抽气量机型选型。根据统计佶缔纳士机械有限公司承接的电厂真空泵项目中，国内燃气电厂的凝汽器真空机组都存有高达100%以上的抽气余量。

表1 真空泵相关参数

电厂机组设计工况条件下（入口压力4.9 kPa，冷却水温20 ℃），现有机组TC-11 单泵出力高达65 kg/h。在凝汽器严密性良好的情况下，根据经验，350 MW 燃气发电机组凝汽器干空气泄漏量不足20 kg/h，真空泵抽气裕量已经高达250%。由于真空泵容量过大，给整个凝汽器系统带来许多弊端，会造成真空泵振动、噪声大、能耗高，容易发生气蚀，降低机组运行的安全性和经济性。

2.2 水环式真空泵的极限

由水环式真空泵的工作原理可知，当真空泵水环温度达到凝汽器压力下对应的饱和温度时，泵内水环开始汽化，不但使真空泵的抽吸能力急剧下降，达到极限能力，长时间运行还会引起真空泵叶片汽蚀损伤。此时若想再次提高水环式真空泵的极限，就必须不断降低水环温度，这显然需要较高的运行成本，经济性较差。

3 节能改造方案

3.1 综合考虑的因素

（1）现有真空泵有较大的抽气裕量，可以用小功率的真空泵替代。

（2）同时兼顾每次开机时快速建立真空需要大抽气量。

（3）考虑异常工况，凝汽器严密性异常。

3.2 研究思路

（1）保留现有的TC-11 真空泵，在原有真空系统上并联一套具有合适抽气量、高效低功率的小泵作为高真空维持系统使用，如图1 所示。

（2）开机时，3 台真空泵同时启动，达到极限出力后，2 台大泵关闭，1 台小泵维持。

（3）实际需求抽气量可通过实际测量确定，现有的大泵TC-11功率为110 kW，预计采用罗茨—水环泵组维持，额定功率29.5 kW。

（4）在常规罗茨—水环泵组基础上，采用双级串联冷却，设两个冷却器，一级冷却器冷却水来自复用水（淡水），采用管式换热器；二级冷却器冷却水来自中央空调冷冻水（除盐水），采用板式换热器，使泵组在高温季节或低负荷时，表现出比原配真空泵更高的真空值，使得凝汽器的真空更接近其应达真空值。

图1 凝汽器真空系统改造示意

3.3 研究改造的基本原则

（1）在不影响改造后真空效果前提下，尽可能利用原有设备，减少改造工作量。

（2）保持现有系统不变，现有的参数应保持不变，凝汽器真空甚至有所提高。

（3）保持真空泵的土建、基座位置不变。

3.4 改造可靠性分析

（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，原有抽真空设备切除做备用。

（3）机组真空系统发生严重泄漏，罗茨—水环泵组不能维持凝汽器真空时，将原有抽真空设备其中1 台或2 台投入运行以满足真空要求。

（4）罗茨—水环泵组在检修或设备故障时，原有抽真空设备自动投入运行，确保真空要求。

（5）改造后机组正常运行时主要以罗茨—水环泵组维持真空，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，故真空系统改造安全可靠。

4 改造后节能效果

从电厂3#机改造后的罗茨—水环泵组试运参数对比分析（表2），项目实施后，每台机组年节省费用约20 万元，可将优化改造前耗电费用降低86.1%，大幅降低凝汽器抽真空系统厂用电消耗，项目执行情况良好，成效显著。主要收益如下。

表2 真空系统改造前后运行参数对比

（1）单泵运行电流降低155 A。原TC-11 真空泵电机功率110 kW，运行电流180 A，新增罗茨—水环泵组2BW6-2600 电机功率29.5 kW，高真空状态下轴功率约18 kW，运行电流约25 A。

（2）节水。改造前耗水量90 m3/h，改造后15 m3/h。

（3）真空泵出现气蚀的状况减少，设备运维成本降低，大部分时间开小泵，小泵维修费用和损耗费用都比原大泵低。

（4）在未影响原有真空度的情况下，增加1 台真空泵，机组运行可靠性增加。

5 总结

本次凝汽器真空系统改造，不仅达到了高效节能的目的，还彻底解决水环真空泵的极限真空问题，使得水环泵真空泵的抽气性能不再受工作水温度制约。在高温季节或低负荷时，表现出比原配真空泵更高的真空值，使得凝汽器的真空更接近其应达真空值。技改后，原配真空泵长期在备用状态下，而不必作任何的检修计划，节省了大量检修工作量和维护费用。该节能改造项目具有很高的推广价值。