水泥余热电站抽真空系统改造选型设计

（山东深信节能环保科技有限公司，山东 滕州 277500）

抽真空设备是发电站的关键设备，汽轮机在启动和正常运行过程中需要将汽缸内、凝汽器和汽水管路中的不凝结气体及时抽出，以维持凝汽器良好的热交换，改善传热效果，维持机组排汽真空度，提高汽轮机设备的热经济性。

水泥窑余热电站装机容量较小，常用的抽真空设备一般采用射汽抽气器或射水抽气器。电站采用滑参数运行，新蒸汽参数低时，抽气器抽真空能力下降，会引起凝汽器真空下降；射水抽气器要消耗一部分电力和水，占地面积大，特别是在夏季射水箱要不断地大量换水维持射水箱水温，耗水量较大。

目前油环抽真空装置耗能低，运转平稳，逐渐被接受。用于余热电站的油环抽真空装置选型，各生产厂家凭经验配置，针对此问题，以某水泥厂9MW水泥窑余热电站射水抽汽器改造为例，对油环抽真空装置选型设计做一个简要说明，此选型方法可用于余热回收、生物质、垃圾焚烧、燃煤和其他同类型凝汽机组的射水、射汽抽汽器装置的设计及改造选型。

1 主机设备主要参数

1.1 汽轮机主要参数

额定功率：9000kW；进汽压力：1.4MPa（a）；进汽温度：330℃；进汽量：42t/h；补汽压力：0.2MPa（a）；补汽温度：180℃；补汽量：6.2t/h；凝汽器进汽量：48.16t/h；排汽压力：0.007MPa（a）。

1.2 抽真空系统主要参数

射水泵扬程：0.46MPa；射水泵流量：160m3/h；射水泵电机功率：37kW。

2 真空泵类型选择

真空系统改造一般采用2BV真空泵，2BV型真空泵适用于抽除气体和水蒸汽。真空泵采用水作为工作液，工作水温在15℃时，极限真空可达到3.3kPa（a），采用循环水做冷却水的电站机组，夏季水温远高于15℃，抽真空装置很难达到上述性能；工作液采用变压器油时，极限真空可达到0.66kPa（a），由于油相比水在较高温度、较高真空下挥发性较小，即使油温度稍高也可以达到上述性能。

3 抽汽装置容量的确定

3.1 按照JB/T抽汽器技术条件确定

小机组一般采用单壳体凝汽器，1 个排汽口，根据《JB/T6470.1-1992 汽轮机射汽抽汽器技术条件》和《JB/T6470.2-1992汽轮机射汽抽汽器技术条件》确定抽汽设备容量，凝汽器进汽量为48.16t/h，按照标准选取抽气设备容量应为15.33kg/h。

3.2 按照德国电力协会VDEW标准凝汽器运行中泄漏空气流量确定

图1 凝汽器运行忠泄露空气流量

根据文献[4]介绍，汽轮机凝汽器真空系统泄漏量与该机组真空系统安装密封程度有关，一般可用单位时间内的凝汽器真空下降大小来衡量，对于新投产的汽轮发电机组，其泄漏量远低于图1特性曲线的所示数值，由于小机组排汽缸与凝汽器采用刚性连接，真空体积小，密封性能良好，真空设备容量选型可以参照图1曲线。

按照图1曲线，凝汽器进汽量为48.16t/h，抽汽设备容量应为5.8kg/h。

3.3 油环抽真空装置的容量确定

3.1选取的数据比3.2数据大了2.64倍，根据笔者装机经验，对于小机组，通过真空严密性实验再配合系统查漏，消除漏点，采用图1曲线选取装置是足够的。本机组采用按照图1曲线选取值1.2倍确定，得出本机组抽汽器容量为1.2×5.8kg/h=6.96kg/h。

3.4 混合气体体积流量

由于真空泵是容积型泵，需要将汽体质量流量转换成体积流量，根据体积流量进行选型。

3.4.1 混合汽体过冷度对汽体体积的影响

凝汽器抽空气出口混合汽体由干空气和水蒸气组成，凝汽器中空气抽出前设置了冷却管束区域，出口混合汽体具有一定的空气过冷度，此过冷度对凝汽器出口混合汽体中水蒸汽量及汽体体积影响较大，从图2可以看出，过冷度越大，干空气体积变化较小，但水蒸汽凝结而体积缩小，因此混合汽体体积越小。

图2 过冷度对混合汽体体积的影响

笔者对公司承担的水泥窑余热电站上百个真空机组改造项目测量的凝汽器出口混合气体温度统计发现，混合汽体温度几乎和汽轮机凝汽器工作压力所对应饱和蒸汽温度相等，也就是说凝汽器出口空气过冷度很小，凝汽器出口的混合汽体体积远大于2BV真空泵的最大抽汽量，所以必须设置前置冷却器先对混合汽体进行冷却，提高过冷度，降低混合汽体体积，以满足真空泵性能。

3.4.2 真空泵进口汽体混合物体积计算及选型

1）混合汽体干空气量：（已知）

2）混合汽体压力：

3）前置器冷却水温度：（设计选取）

4）前置器出口端差：（设计选取）

5）混合物温度：

6）混合汽体蒸汽分压（查《饱和水与饱和水蒸气表》tx的饱和蒸汽压力）：pv=0.005035MPa

7）混合汽体干空气分压：

8）混合汽体含湿量：

9）混合汽体蒸汽量：

10）混合汽体流量：

11）混合汽体分子量：

12）混合汽体分子数：

13）混合汽体体积：

14）查2BV真空泵性能曲线

根据工作压力0.00672MPa（a），混合汽体流量362.69m3/h，查真空泵性能曲线，选2BV151型真空泵。其性能参数，电机额定功率：11kW；最大气量：400m3/h；极限吸入压力：3.3kPa（a）；工作液流量：0.9m3/h。

4 油环抽真空装置设计注意事项

1）前置冷却器在夏季冷却水温度较高时应能把凝汽器出口混合汽体冷却至所需温度，否则会引起凝汽真空下降，影响发电效率；

2）工作液采用油时，油水分离及冷油器应能防止油乳化，油水不能分离；

3）油环真空装置投入前应对机组真空系统严密性进行检查，消除漏点；

4）混合汽体管道、阀门应充分考虑降低流动阻力，减少凝汽器出口到液环泵之间的管路损失；

5）采用循环水作为冷却水时，循环水水质杂质较多，冷却器应能方便清理。

5 实际改造效果

汽轮机启机冲转前，启动抽真空装置，并尽快投入汽轮机轴封用汽，约25分钟后即可达到汽轮机冲转真空；在相同运行工况下，凝汽器真空不低于使用射水抽气器时的真空，真空泵实际运行功率10kW左右，运转平稳，达到改造目的。