火力发电厂汽轮机组抽真空系统设计优化研究

上海电力安装第二工程有限公司 郭 亮

1 引言

在火电厂抽真空系统设计过程中，由于缺乏对汽轮机组抽真空运行可靠性进行有效的研究、计算以及优化，导致汽轮机组抽真空系统运行性能较差，影响整个火力发电厂经济效益。本文以射阳港电厂2×100万kW 燃煤发电机组扩建工程为例，研究了火力发电厂汽轮机组抽真空系统设计优化。

2 轴封系统的优化研究

2.1 轴抽风机对轴加真空的影响

轴抽风机在加工过程中对轴加真空可以产生一定的影响。首先，通过在轴加工过程中施加真空，可以有效地减少加工过程中产生的切屑和废渣，避免其对加工表面的污染和影响。这样可以提高加工的精度和表面质量，减少后续的清洗工作。轴抽风机的运转会产生一定的噪声和震动，进而影响轴封的密封性，从而降低了轴加真空的效率[1]。因此，在轴抽风机的设计和制造中必须考虑噪声和震动的控制，确保轴封能够稳定运行并保持良好的密封性，有效减少轴抽风机的能源消耗，将会对整个抽真空系统的能效提升和节能降耗方面起到明显的作用，同时也能够减少对环境的污染和负担，以国产300MW 汽轮机组的轴抽风机为例，其关系曲线近似直线如图1所示。

图1 国产300MW 机组轴抽风机与轴加真空关系

2.2 轴加真空与轴封供汽压力对凝汽器真空的影响

轴封供汽压力是指轴封系统中用于调节轴封压力的供汽压力。在凝汽器的运行过程中，轴封供汽压力的大小和稳定性会直接影响轴封的密封性和泄漏情况，从而进一步影响凝汽器的真空度。因此，在设计轴封系统时，需要考虑轴封供汽压力的控制和调节问题，确保轴封的密封性和稳定性。

机组抽真空系统设计时必须考虑到的主要因素有：汽轮发电机组内部结构复杂、能量损耗大；由于蒸汽压力与温度变化等因素引起的压降较大，给水流量波动范围比其他类型工程要小。轴封供汽压力在0.03MPa 以下运行时，汽轮机组抽真空系统的压力波动比较大，极容易出现轴封启蚀及汽包阀瞬间开启失效等问题。通过大量试验可知，只有轴封供汽压力在0.04MPa 以上时，对凝汽器真空的影响较小，见表1。

表1 300MW 汽轮机组轴封系统对凝汽器真空的影响

2.3 轴封系统的优化

轴封主要作用就是防止泄漏，保护设备的安全运行。在实际设计过程中通常会出现轴承、密封等部件损坏或者泄漏对整个机组造成影响。以国产300MW 汽轮机组为例，轴加的汽侧最大压力通常为0.09MPa，凝汽器的最低压力约为0.003MPa，疏水密度约为1000kg/m3，则U 型管两侧水位高度差约表示:

凝汽器的水位一般在7～9m 左右，可以把U 型管加工成套筒式埋入地下，保证机组在各种工况下安全可靠运行。凝汽器抽真空时，U 型管正压水柱进入负压侧后，仍可有足够的水位高度，当真空被破坏后，使轴加不会进水，如图2所示。

图2 轴加U 管水封布置

3 抽真空系统的优化研究

3.1 抽真空设备的改进

目前市场上的抽真空设备类型较多，各具优缺点。为了提高抽真空系统的效率和稳定性，需要对抽真空设备进行改进。例如，改善气密性能，提高抽气速度，减小噪声和振动等[2]。此外，还可以通过优化设备的材料、结构、工艺等方面提高设备的使用寿命和稳定性。

3.2 真空工艺的优化

真空工艺是影响抽真空系统效率和稳定性的关键因素。在真空工艺优化中，通常采取的措施包括提高抽气速度，增加真空管路的密封性，降低系统内部的动态和静态压力等。同时，在真空工艺中还需要注意减小真空管路中气体泄漏以及在真空工艺中的温度、压力和时间等参数的控制。

3.3 抽气系统与加气系统的优化

抽气系统的优化主要包括改进抽气泵的类型和性能，提高抽气泵之间的匹配度和协调性，增加抽气泵的安全性等。而加气系统的优化则主要包括优化加气时间和气体流量，提高加气管路的密封性，改进气体净化和过滤设备等。

3.4 抽真空系统智能化的研究

通过引入智能算法、自动控制和传感器技术等，可以实现对抽真空系统的远程监控、诊断和控制，提高抽真空系统的运行效率和稳定性。目前真空泵连接系统如图3所示。

图3 真空泵连接系统

4 凝汽器故障诊断系统的设计

4.1 凝汽器故障诊断系统

射阳港电厂2×100万kW 燃煤发电机组扩建工程的凝汽器故障诊断系统核心设备是凝汽器，其主要作用是将蒸汽凝结成水，并将其回收利用。然而，在凝汽器的运行过程中，由于各种原因，可能会出现故障，例如泄漏、结垢、温度异常等，严重影响凝汽器的工作效率和安全性。为了及时、准确地发现和解决凝汽器故障，需要设计一套有效的凝汽器故障诊断系统，凝汽器故障诊断系统如图4所示。

图4 凝汽器故障诊断系统

综上所述，本文针对射阳港电厂2×100万kW燃煤发电机组扩建工程的凝汽器进行故障诊断系统设计。该系统不仅能够大幅提高凝汽器的可靠性和稳定性，还能够减少设备维护和更换的成本，从而提高整个发电系统的效率和经济性。

4.2 故障诊断系统的总体设计

故障诊断系统是一种利用机器学习和人工智能技术，通过对设备运行参数进行实时监测、分析和判断，提供故障预警、诊断和解决方案的信息化系统[3]。故障诊断系统的设计需要考虑设备的特性、监测参数和故障类型等多方面因素，并涉及数据采集、预处理、模型建立和应用界面等多个方面。

故障诊断系统的总体设计内容主要包括以下四个方面：

一是系统架构设计：根据设备的特性和操作需求，设计系统的硬件和软件结构，确定各模块间的接口、协议和通信方式等。系统架构如图5所示。

图5 系统架构

二是数据采集和处理技术设计：选择合适的传感器和监测参数，以合适的采样频率对数据进行采集和存储；对采集的数据进行预处理，例如去噪、滤波、归一化等。

三是模型建立和算法应用设计：基于采集到的数据，建立相应的数学模型和算法模型，例如神经网络、支持向量机等，对设备状态进行实时分析和判断，预测出现故障的可能性和影响。

四是应用界面设计：为用户提供方便的操作界面和故障报警提示功能，可以通过PC、Pad 或手机等终端设备实现远程监测和管理。

故障诊断系统是一个由多个技术模块组成的信息化系统，其设计需要综合考虑硬件、软件、数据采集和处理、算法模型和应用界面等多个方面，并通过不断的优化和改进，提高系统的精度和稳定性，为设备的安全运行和生产提供有力支持。

5 数据库设计研究

数据库设计是指将现实世界中的信息和数据组织成一个有结构的、可管理的数据集合，以方便获取、存储、修改和查询数据[4]，是数据库开发的重要组成部分，贯穿于数据库整个开发周期。

在进行数据库设计时，需要遵循以下基本原则：一是数据库设计需满足应用系统的需求。数据模型必须与应用系统的要求相适应，保证使用效果和可靠性。二是数据库设计需遵循一定的数据规范。标准化的数据模型可以增强数据的完整性、一致性和稳定性。三是数据库设计需考虑数据的安全性。在设计数据库时要考虑到数据的安全性，采用适当的安全策略，确保数据不会被恶意使用或其他危险性问题。

6 结语

射阳港电厂2×100万kW 燃煤发电机组扩建工程火力发电厂汽轮机组抽真空系统设计优化需要全面、合理地考虑各个方面的因素。在不断改进和优化抽真空系统结构、选用高效节能的设备以及完善管理运维等多方面下功夫，可以提高汽轮机组的安全可靠性和经济效益。同时，通过应用先进的控制技术和智能监测模式，可以实现对汽轮机组运行状态的实时监控和自动诊断，从而更好地确保抽真空系统的正常运行，促进火力发电行业的可持续发展。