某环保电厂汽轮机真空系统节能降噪改造

高 峰

（广州环投增城环保能源有限公司，广东广州 511335）

0 引言

广州某环保电厂两台汽轮机为广重企业集团生产的N22－3.8/390 型冷凝式汽轮机，每台汽轮机配置了两台CDS 系列水环式真空泵，电机功率30 kW，最大排出压力20 kPa。自2018年1 月投入运行以来，水环真空泵一直存在运行噪声大、泵体及轴承振动值偏大的现象。为降低生产现场的噪声污染、提高汽轮机真空系统的安全性和经济性，2019 年10 月对2#汽轮机真空系统进行改造，加装了一套罗茨—水环真空泵组。机组正常运行时使用该泵组替代原有大功率水环真空泵运行。

1 水环真空泵现状及存在问题

水环式真空泵由圆柱泵体和装有固定叶片的转子等组成，转子相对泵体偏心安装。工作液随着转子旋转，在离心力的作用下沿着泵体形成同心液环。由于泵体和转子偏心安装，形成了体积逐渐增加和逐渐减少的腔体，因此分别形成了真空区和压力区。通过这种方式气体被吸入或排出（图1）。

图1 水环真空泵工作原理

（1）受到结构设计的限制，水环真空泵一直存在汽化工况，特别是叶轮及中间圆盘易发生汽蚀而受损，因此这类部件往往采用耐磨材料例如不锈钢来抵抗汽蚀；或者用牺牲吸气量来减缓汽蚀磨损速度。导致真空泵长期运行电耗较高，不利于节能，且运行噪声振动大的现象仍然存在。

表1 2#汽轮机水环真空泵运行噪声及振动情况

（2）受工作液饱和气压的限制，真空泵所能达到的最高真空度取决于工作液的饱和蒸汽压，随着工作液温度升高真空泵抽气能力会逐渐下降，导致机组的经济性和真空泵的安全性受到影响。

（3）水环真空泵在设计选型时，一方面需要满足机组快速建立真空，另一方面需考量机组最大允许漏气量，所以真空泵配置的功率普遍较大。其结果是机组正常运行时，因维持系统真空有较大富余量，长期运行下来真空泵能耗高、不经济。

2 罗茨—水环真空泵组简介

罗茨—水环真空泵组主要包括罗茨泵、水环泵、冷却器、汽水分离罐等设备。罗茨真空泵是一种容积式真空泵，其工作原理与罗茨鼓风机相似，因压缩比较低不能单独使用，为保障其运行安全及提高极限真空度，通常与水环泵串联组成泵组使用。

蒸汽和不凝结气体进入冷却器，经冷却器冷却后通过罗茨泵加压，然后进入下级水环泵，最后经水环泵后排入汽水分离罐。由于提高了水环泵的入口压力，可保证水环泵高效稳定运行，同时极大地提高水环泵效率和极限真空。

图2 罗茨—水环真空泵与原真空泵的运行参数对比

3 汽轮机真空系统节能降噪改造情况

3.1 改造方案

2019 年10 月，为解决原真空系统汽蚀噪声大、能耗高的问题，在不改变原真空系统设备及功能的前提下，在2#汽轮机组抽真空母管上并接了一套高效罗茨-水环真空泵组，其设计抽气量为10 kg/h，正常运行条件为入口真空不低于-87 kPa、汽轮机真空严密性试验下降速率不超400 Pa/min。

3.2 运行模式

（1）机组启动阶段。在机组启动建立真空期间使用原有的大功率水环真空泵运行，保证机组快速建立真空。

（2）机组带正常运行阶段。当机组并网后接带负荷达到8 MW以上，真空维持在-87 kPa 以上时，可投入罗茨-水环真空泵组并将原真空泵停作备用。

3.3 罗茨—水环真空泵运行的联锁保护

（1）罗茨—水环真空泵组运行时，可选择原大功率真空泵作为联锁备用泵（一台为优先备用，另一台为次优先备用）。

（2）当罗茨—水环真空泵组出现变频器故障、罗茨泵过载或（小功率）水环泵过载时，联锁启动优先备用的大真空泵，如果启动失败则启动次优先备用真空泵。

（3）当机组严密性不好或其他原因导致凝汽器真空无法维持时，如果真空降至-88 kPa 时联锁启动优先备用的大真空泵；如果真空继续下降至-87 kPa，则联锁启动次优先备用的大真空泵，确保机组安全运行。

3.4 改造后运行效果

2019 年10 月改造竣工后，11 月初完成单体调试，11 月14日完成动态整体调试并成功投入运行。至今已连续安全运行近半年时间，在真空严密性下降速率不超400 Pa/min 的条件下，罗茨—水环真空泵组运行稳定，节电效果明显，完全可以满足机组正常运行时维持真空需要（表2、图2）。由于罗茨—真空泵组运行噪声较小，替代原大功率真空泵运行时现场噪声下降明显，噪声污染得到了有效控制，改造非常成功。

表2 罗茨—真空泵组与原真空泵运行情况对比

3.5 运行注意事项

（1）罗茨—水环真空泵组适用于机组正常运行时维持系统真空，在机组启、停过程中不能替代原大功率真空泵运行。

（2）由于原大功率真空泵长期作为备用泵，应定期对其进行试运检查，确保设备备用正常，性能可靠。

（3）机组真空严密性合格是罗茨—水环真空泵组安全高效运行的前提条件，罗茨泵的工作电流的高、低直接反映出机组真空严密性试验下降速度的快、慢，因此必须严格做好机组真空严密性管理，确保真空严密性合格。

4 结语

目前环保电厂配备的汽轮机单机容量一般都在50 MW 以下，机组正常运行且机组真空严密性试验下降速率不超400 Pa/min 的条件下，非常适合使用罗茨—水环真空泵组维持机组真空，其节电效益可达70%以上；同工况下罗茨—水环真空泵组可小幅度提高机组真空约150 Pa。与原有大功率水环真空泵搭配使用，既能满足机组快速启动的要求，又能满足机组正常维持真空安全经济运行的要求，为同类型环保电厂进行汽轮机真空系统节能、降噪改造提供了参考。