机组备用阶段真空系统运行方式的优化

吴叶忠 杜闻捷

上海申能临港燃机发电有限公司

0 引言

我厂燃机作为上海电网调峰机组，普遍采用日开夜停的运行方式，即为保证机组第二天能按时、顺利地并网，晚上停机后会保持轴封、真空系统运行。由于真空泵的耗电量在厂用电中占据了一定比例，在节能降耗的形势下，我厂也在积极探索在备用状态下用辅助真空泵（原水室真空泵）代替真空泵运行的方案。由于辅助真空泵的功率远小于真空泵，故当机组处于备用阶段时，用辅助真空泵不仅提高了设备使用率，还降低了厂用电，节约了用电量，起到节能降耗的效果［1］。

1 辅助真空泵的改造

1)凝汽器抽真空管道的改造

由于我厂凝汽器循环水侧是利用注水放空的方式，原设计凝汽器水室真空泵抽真空上水方式已基本不采用，设备被闲置在现场。现将水室真空泵与凝汽器水侧抽真空管道改接至汽侧抽真空管道（如图1图2所示），并将水室真空泵更名为辅助真空泵，如此就能在机组备用阶段使用辅助真空泵代替真空泵来维持凝汽器真空。

图1 改造前水室真空泵与水侧抽真空管道连接

图2 改造后水室真空泵与汽侧抽真空管道连接

2)辅助真空泵配套设施的改造

原设计水室真空泵仅在凝汽器循环水侧上水时短暂使用。真空泵冷却水设计为开放式，冷却水为除盐水，冷却水补水经真空泵后直接排入地沟，冷却水量为3 m3/h。现水室真空泵改为辅助真空泵，若长期运行，冷却水直接排入地沟浪费较大，故两台辅助真空泵增加一套共用的闭式循环冷却水设备，包括一组气水分离器及板式换热器，其中板式换热器的冷却水采用机组闭式水（如图3图4所示），可循环使用，节约了大量除盐水。

图3 改造前冷却水（除盐水）经真空泵后直接排入地沟

图4 改造后辅助真空泵配套的共用闭式循环冷却水设备

2 机组备用阶段用辅助真空泵代替真空泵维持真空的试验

当机组处于备用阶段（真空、轴封投入）时，凝汽器真空会影响凝水温度、低压缸排汽温度、低压缸星型轴承温度等。低压缸排汽温度过高会破坏汽机动静中心线的一致性，改变轴向位置，严重时会引起汽机振动或汽缸变形；而低压缸星型轴承温度超过设定值时将直接触发汽机跳闸；同样，当汽机转速超过9 Hz、凝汽器压力高于设定值时也会触发汽机跳闸，虽在备用阶段时，汽机转速为盘车转速低于9 Hz，不会触发汽机跳闸，但为安全起见，也需将凝汽器真空维持在设定值内，故需验证辅助真空泵维持凝汽器真空的效果。凝汽器压力触发汽机跳闸逻辑图见图5。

图5 凝汽器压力触发汽机跳闸逻辑图

1)凝汽器压力设定值与低压缸进汽压力的函数关系［2］，见表1和图6。

图6 凝汽器压力设定值与低压缸进汽压力的函数关系

当机组处于备用阶段时，凝汽器压力低于30 kPa。辅助真空泵替代真空泵试验结果为：在夏季，凝汽器压力维持在22 kPa左右，冬季在20 kPa，低压缸进汽压力为42 kPa，根据表1可看出，42 kPa低压缸进汽压力对应的凝汽器压力高设定值为30 kPa，故满足要求。

表1 凝汽器压力设定值与低压缸进汽压力的函数关系

2)用辅助真空泵替代真空泵后，凝汽器压力有所上升，当凝汽器压力上升后，低压缸星型轴承温度也会随之升高。用辅助真空泵替代真空泵试验结果显示，低压缸星型轴承温度虽从39.5℃上升到了50.5℃，但触发汽机跳闸条件为大于90℃（报警值为70℃），所以轴承温度离报警值仍有裕量，试验结果满足运行要求。

3 机组备用阶段辅助真空泵替代真空泵投入运行概况

试验结果证明，机组在备用阶段用辅助真空泵替代真空泵维持真空是可行的，但须满足以下条件：

①高旁、中旁及低旁开度小于5%

②汽机转速大于45 rpm

③燃机转速小于3 Hz且延时60 min

④凝汽器压力小于13 kPa

机组解列后，投用辅助真空泵需等燃机转速小于3 Hz，延时60 min；当机组刚投入真空、轴封时，投用辅助真空泵的条件就是等待凝汽器压力小于13 kPa。

投用辅助真空泵的操作：

确 认“SLC AUX VACUUM PUMP INTER‐LOCK”子环具备投用条件，并投用，同时投用“AUX VACUUM PUMP INTERLOCK DCO”子环，观察真空泵停用，待凝汽器压力到设定值后启动辅助真空泵。

需注意的是，机组运行阶段是严禁使用辅助真空泵代替真空泵的，因辅助真空泵不能维持真空，即使在机组联合循环后能维持真空，也会影响机组运行的经济性，故在机组启动前要将辅助真空泵退出。

以下是我厂机组解列后用辅助真空泵替代真空泵维持真空的过程，见图7～11。

图7 真空泵停用前

图8 辅助真空泵投用前

图9 真空泵停用后

图10 辅助真空泵子环投用后（凝汽器压力未到设定值，故辅助真空泵未启动）

图11 辅助真空泵投用后（凝汽器压力维持在稳定数值，不再上升）

基于各个机组真空的差异，辅助真空泵（包括备泵）起泵压力设定值略有不同。当两台辅助真空泵仍不能维持真空时，将启动真空泵，此时应查明真空无法维持的原因，必要时切除辅助真空泵子环。

由于辅助真空泵的功率远小于真空泵，当机组处于备用阶段时，用辅助真空泵替代真空泵不仅提高了设备使用率，还降低了厂用电［3］，节约了用电量。辅助真空泵及真空泵电气参数见表2。

表2 辅助真空泵及真空泵电气参数

从表2可看出，真空泵的功率为110 kW，而辅助真空泵仅为15 kW，以我厂机组日开夜停运行方式，一般停机到第二天并网的备用时间为8 h左右，即辅助真空泵运行时间按8 h计算，则一天可节约厂用电量为：（真空泵功率-辅助真空功率）×8=（110-15）×8=760 kWh按调峰机组特性，再减去一年中检修时间，全年一台机组有效备用天数在200天左右，我厂共有4台燃气轮机组，则全年我厂一共可节约的厂用电量为：760×200×4=608 000 kWh。

按燃机上网电价0.49元/kWh来算，我厂全年共可节约费用为：608 000×0.49=297 920元

4 结语

随着电力企业改革的不断深化及科技水平的不断提高，电力行业将逐步由生产型企业向经营型企业转变，要想取得更好的经济效益，就必须考虑系统优化，提高运行经济性。我厂通过对真空系统的优化，最终在机组备用阶段下，用辅助真空泵替代真空泵维持真空，提高了设备使用率，降低了厂用电、发电成本和发电费用，值得推广借鉴。